| 研究概要 |
本研究では,構造材料に対する現状の膜形成技術における技術的課題の克服を目指し,新しいコーティング技術として超微粒子積層法の開発を試みた.本法は,ガス中蒸発と真空中蒸着を組み合わせた手法であり,超微粒子の生成から超微粒子の搬送・成膜までを同一閉空間内でおこなうPVD法である.すなわち,Heガス雰囲気とした超微粒子生成室において素材を蒸発させることにより生成した超微粒子は,生成室と真空排気されている膜形成室との差圧により発生するガス流によって基板まで搬送され,高速で基板に吹き付けられることにより成膜する.
本研究では,超微粒子積層法の基礎的研究としてAlおよびTiの金属膜の形成を試み,本法の制御パラメータの影響を明らかにした.種々のパラメータのなかで,超微粒子に付与する速度が成膜への重要な支配因子と考え,粒子速度の増加を試みた.そのために超微粒子を搬送するガス流速を高めるため,まずノズルの設計から行なった.すなわち,ノズル内のガスの流れを一次元等エントロピ流れと仮定し,ノズル出口でのマッハ数は3.6になるよう設計し,このノズルで成膜した.
その結果,以下の知見を得た.(1)粒子径が成膜性の因子の一つであり,肥大粒子の生成の抑制によりTiおよびAlの金属膜の形成を可能とした.(2)成膜速度は,蒸発加熱量に比例し,増加する.(3)皮膜の断面観察から成膜にノズル加熱が大きく影響を及ぼすことを明らかにした.(4)界面にビッカース圧子(荷重4.9N)を打ち込んだ結果,Al,Ti膜共にクラックは発生せず,基板と皮膜との密着性が高いことが確認された.また,本法における成膜の支配因子の一つが搬送ガス速度であることが確認されたため,本法の名称をこれまで使用してきた超微粒子積層法から超音速フリージェットPVDと改めた.
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