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2014 年度 実施状況報告書

極過酷ヒートショック環境に耐えられるセラミックス厚膜の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26420697
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

中村 淳  長岡技術科学大学, 工学部, 客員准教授 (90725649)

研究分担者 斉藤 秀俊  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80250984)
小松 啓志  長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70721231)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード熱履歴 / 金属酸化物 / 熱衝撃耐性 / 亀裂
研究実績の概要

当該年度は、極過酷ヒートショック環境に耐えられるセラミックス膜の熱履歴および熱衝撃耐性を詳細に検討した。まず、自作の回転機に取り付けた、SUS 基板上の酸化イットリウム(Y2O3)膜に対して、H2-O2フレーム炎を用いた(外炎:2700℃)燃焼炎サイクル試験を実施し、基板の熱履歴を調査した。この時、試料がフレームを1回通過することをスキャン数と定義した。100、300、500 scanのサイクル試験をおこなった。SUS基材の最高到達温度は、それぞれ100scanの時は、450.5℃、300scanの時は625.5℃そして500scanの時は728.5℃だった。次にSUS基材上の堆積物は、ハナワルト法による物質同定の結果、立方晶系のY2O3結晶を含有しており、副生成物の混入は確認されなかった。そして、Y2O3膜の断面解析により、膜厚が8.8-13.5μm、2次元気孔率5.1-7.2%の緻密な膜が得られたことがわかった。Y2O3膜中の微細構造中の亀裂を画像解析により評価したところ、熱衝撃試験前後で亀裂数、亀裂長さ、単位面積毎の亀裂数いずれも増加したものの、scan回数には比例しておらず、高い熱衝撃耐性を有することがわかった。今後、より過酷な熱衝撃試験を展開する為に、最高400 rpmまで対応可能な専用回転器を検討し、専門業者と設計を行い、導入した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の目的は、本研究では30,000℃/s の極過酷ヒートショックで破壊しない金属酸化物の作製方法と普遍的な結果、すなわち、どの原料酸化物+基材金属の組み合わせでも同様の結果が得られるのか明らかにすることである。本年度は、極過酷ヒートショックに耐えうるY2O3膜の熱履歴および熱衝撃耐性の解明を目指した。そこでは、当初の予定通り、SUS基材上のサンプル作製に成功し(過去において研究知見を有している)、燃焼炎サイクル試験の実施で高いヒートショックY2O3膜が得られる発見があった。より過酷な熱衝撃試験の実施を予定しており、またことなる原料酸化物や基材金属での実施も、検討予定である。

今後の研究の推進方策

今後の方針として、更なる極過酷ヒートショック金属酸化物の作製および検討を行う。前年度に設計・導入した専用の回転器を用いて、より過酷な熱衝撃試験の実施、Y2O3以外の原料酸化物(Er2O3等)への適用、SUS以外の基材金属上への適応などを検討する。また本年度は、次世代の熱遮蔽コーティング(TBC)用の新規キレート原料の創生への挑戦を行いつつ、実験を進める予定である。以上の実験計画により、前年度と同様に合成したサンプルの詳細な構造をX線回折法や電子顕微鏡、エネルギー分散型X線分析により解析を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

より過酷な熱衝撃試験を展開する為に、最高400 rpmまで対応可能な専用回転器を検討し、専門業者との協議を基に設計を行ったところ、当初想定していた物品費より低い価格で購入ができたため。

次年度使用額の使用計画

発生した次年度使用額は、次世代の熱遮蔽コーティング(TBC)用の新規キレート原料の創生への挑戦に使用する。具体的には、キレート金属原料の作製に用いる、Y、Er、La等の希土類酸化物または希土類金属化合物の購入に使用する予定である。また、サンプルの熱履歴調査に用いる熱電対など装置の消耗品の購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Synthesis of metal oxide particles using reaction route from rare-earth metal-EDTA complexes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Komatsu,T. Tsuchiya, Y. Hasebe, T. Sekiya,A. Toyama,A. Nakamura, H. Akasaka, H. Saitoh
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Spray Technology

      巻: 23 ページ: 885-889

    • DOI

      10.1007/s11666-014-0099-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deposition of thick metal oxide films from metal-EDTA complexes by flame spray technique2014

    • 著者名/発表者名
      K. Komatsu, T. Sekiya, A. Toyama, Y. Hasebe, A. NakamuraM. Noguchi, Yu Li, S. Ohshio, H. Akasaka, H. Muramatsu,H. Saitoh,  M. Noguchi, Yu Li, S. Ohshio, H. Akasaka, H. Muramatsu, H. Saitoh
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Spray Technology

      巻: 23 ページ: 833-838

    • DOI

      10.1007/s11666-014-0104-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of Y2O3 films by spray coating with milled Y-EDTA complexes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Komatsu,T. Sekiya, A. Toyama, A. Nakamura, I. Toda, S. Ohshio, H. Muramatsu, H. Saitoh
    • 雑誌名

      International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering

      巻: 8 ページ: 1322-1326

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 金属-EDTA 原料粒径を制御し合成した酸化物膜の微細構造2015

    • 著者名/発表者名
      白井友之、淡エンキン、小松啓志、中村淳、大塩茂夫、齋藤秀俊
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2015年 年会
    • 発表場所
      岡山大学(岡山県)
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [学会発表] 金属-EDTAの原料粒径を制御して合成した酸化物2015

    • 著者名/発表者名
      白井友之、淡エンキン、小松啓志、中村淳、大塩茂夫、齋藤秀俊
    • 学会等名
      第62回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] 金属-EDTA錯体由来の急速加熱冷却に耐えうるY2O3膜の合成2015

    • 著者名/発表者名
      外山歩、白井友之、佐藤彰紀、淡エンキン、小松啓志、中村淳、戸田育民、大塩茂夫、村松寛之、齋藤秀俊
    • 学会等名
      第62回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県)
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] Synthesis of Y2O3 Films By Spray Coating With Milled EDTA・Y・H Complexes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Komatsu,T. Sekiya, A. Toyama, A. Nakamura, I. Toda, S. Ohshio, H. Muramatsu, H. Saitoh
    • 学会等名
      ICMSME 2014 : 16th International Conference on Materials Science and Mechanical Engineering
    • 発表場所
      タイ(バンコク)
    • 年月日
      2014-12-17 – 2014-12-19
  • [学会発表] フレームデポジション法により合成した酸化イットリウム膜の気孔率2014

    • 著者名/発表者名
      白井友之、中村淳、大塩茂夫、戸田育民、小松啓志、齋藤秀俊
    • 学会等名
      第75回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] フレームデポジション法により合成した酸化エルビウム膜の堆積速度と気孔率2014

    • 著者名/発表者名
      白井友之、中村淳、大塩茂夫、戸田育民、小松啓志、齋藤秀俊
    • 学会等名
      第75回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 金属-EDTA錯体由来の高い熱衝撃性を有するY2O3膜の合成2014

    • 著者名/発表者名
      外山歩、白井友之、伊関孝郎、小松啓志、中村淳、大塩茂夫、戸田育民、村松 寛之、齋藤 秀俊
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島県)
    • 年月日
      2014-09-09 – 2014-09-11

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公開日: 2016-05-27  

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