2021 Fiscal Year Final Research Report

Development of ultra-high-temperature ceramic composite coatings with excellent oxidation resistance via high-speed chemical vapor deposition techniques

Research Project

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Project/Area Number	19H02484
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	Katsui Hirokazu 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70610202)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	近藤直樹国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (50357050) 原田勝可名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 客員教授 (60552726)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	化学気相析出 / 超高融点 / 非酸化物 / コーティング / レーザー / 耐酸化性
Outline of Final Research Achievements	This study aimed to develop ultra-high-temperature boride ceramic coatings with the enhanced oxidation resistivity by a high-speed chemical vapor deposition technique. Coating layers of zirconium-based and boron-based non-oxides, such as zirconium carbonitride, boron carbonitride, boron-containing zirconium carbonitride, and those composites with silicon carbide, were deposited at high deposition rates by laser-assisted chemical vapor deposition using organic compound precursors. High-speed coatings of tantalum-based non-oxides, such as tantalum carbonitride, boron-containing tantalum carbonitride, and those composites with silicon carbide, were also demonstrated. The tantalum-based non-oxide layers exhibited superior oxidation resistance to the zirconium-based ones. The addition of boron and silicon carbides was supposed to enhance the durability of the coating layers under high-temperature oxidation environments.
Free Research Field	材料加工・組織制御学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	超高融点を持つ遷移金属系非酸化物セラミックス（Ultra-High-Temperature Ceramics: UHTC）は主に粉末冶金プロセスにより作製されたバルク材の研究開発が中心であったが、本研究では有機化合物を原料にした気相プロセスによりコーティング層の合成や複合化に成功し、従来のバルク材とは異なる構造や組成を明らかにした点は無機材料工学や薄膜工学の進展に貢献するものと考える。また、UHTCのコーティングは、構造部材として優位な炭素あ炭化ケイ素の繊維強化複合材へ適用可能であり、エンジンやリーディングエッジなど先進航空宇宙部材開発に資する技術になるものと期待できる。