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セラミックスの中では群を抜く高い熱伝導率を持ち、腐食性の高い活性プラズマに対する耐性も持つセラミックス材料に窒化アルミニウム(AlN)がある。ただし、AlNは難加工材料であり、半導体製造装置、大型ディスプレイなどへの需要がありながら、有効な成型加工技術が確立されていない。本研究では、熱プラズマの反応性を利用することにより、アルミニウムを原料とした大気中反応性プラズマ溶射によるAlN皮膜作製プロセスの最適化のため、窒化反応過程の解明および最適条件の選定を行った。これにより、従来法では減圧チャンバー内での成膜であったものを大気中で可能にするとともに、より緻密な組織からなる皮膜形成を実現した。しかしながら、AlN相を多く含み、かつ厚い皮膜の形成は困難であった。反応を促進させるには粒径の小さな原料粉末が有効であるが、厚膜は得られず、大きな粒子を用いると窒化反応が不十分であった。これに対し、反応助材として塩化アンモニウム(NH_4Cl)を大きな粒子に添加することで、窒化反応を促進し、AlNを主相とする厚膜の形成に至った。
アルミニウムを原料とした成膜は可能であったが、皮膜中に残留する金属成分がセラミックス皮膜としては大きな特性劣化につながるため、セラミックスのみから構成される皮膜形成を目指し、アルミナを原料として大気中反応性プラズマ溶射によるAlN皮膜の作製も試みた。現時点で得られている皮膜の窒化物含有量はまだ多くないが、AlN皮膜作製の可能性を見出し、着実に成果を上げつつある。今後、NH_4Cl添加による反応促進により、高特性AlN皮膜作製技術の確立を行っていく。
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