プラズマイオンプレーティングによるサイアロン薄膜の作製とその特性の評価

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04717
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 鈴木 裕 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (20354350)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 垣澤 英樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, グループリーダー (30354137) ; 下田 一哉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (40512033)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: セラミックス基複合材料 / 耐熱性向上 / 耐酸化性向上 / サイアロン薄膜 / 気相合成法 / コーティング材料 / 高温機械特性評価 / 界面特性評価

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、物質・材料研究機構が保有する磁界励起型プラズマイオンプレーティング装置を用いて実施した。先ず炭化シリコン(SiC)、窒化シリコン(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)等、種々のセラミックス基板を装置真空容器内の加熱ホルダーに固定し、基板温度を約400℃に設定した。次に混合ガスとして、アルゴン(Ar)ガス、酸素(O2)ガス、窒素(N2)ガスをそれぞれ流量コントロールしながら装置反応容器内に導入、反応容器内に設置した通電加熱タングステン(W)フィラメントからの熱電子によって、アルゴン(Ar)ガスをプラズマ化、さらに、そのアルゴン(Ar)プラズマにより酸素(O2)ガス、窒素(N2)ガスをイオン化した。その混合プラズマガス雰囲気中でアルミニウム-13%シリコン(Al-13％Si)合金に対して電子ビーム加熱を行い、合金を溶解、蒸発させ、イオン化酸素(O2)ガス、イオン化窒素(N2)ガスと、蒸発したアルミニウム(Al)、シリコン(Si)との反応を試みた。反応生成物は加熱したセラミックス基板上に蒸着し、薄膜を形成した。セラミックス基板上の生成物は走査電子顕微鏡(SEM)観察の結果、厚さ数百nmの薄膜状であり、また、その表面は粒状細かい膜が連続した薄膜構造であることが判明した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究スケジュールでは、令和5年度は、サイアロン薄膜作製条件と組成・構造の関連付、及び作製薄膜の高温安定性、界面密着性の評価を行う予定であったが、令和4年度中に、本研究で使用する物質・材料研究機構保有の磁界励起型プラズマイオンプレーティング装置に故障が生じ、その故障修理作業に約3か月の期間がかかり、研究作業に中断が生じた。現在までの進捗状況は、令和4年度からのサイアロン薄膜作製条件の検討段階にとどまっている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、早急にサイアロン薄膜の作製条件の確立を目指し、速やかにサイアロン薄膜の高温安定性並びに界面密着性の評価研究を進める方策である。

Causes of Carryover

令和4年度中に、本研究で使用する物質・材料研究機構保有の磁界励起型プラズマイオンプレーティング装置に故障が生じ、その故障修理作業に約3か月の期間がかかり、研究作業に中断が生じた為である。今後は、研究作業の迅速化に努め、早急にサイアロン薄膜の作製条件の確立を目指し、速やかにサイアロン薄膜の高温安定性並びに界面密着性の評価研究を進める方策である。