ガスデポジション法による高強度セラミックスの常温製膜

气相沉积法室温成膜高强度陶瓷

• 批准号: 17760570
• 负责人: 赤尾 尚洋
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760570/
• 关键词: 材料工学; セラミックス膜; 表面改質; ガスデポジション法; 耐食性; 耐熱性; 耐摩耗性

加工の容易な金属材料に,耐摩耗性,耐熱性,耐食性のよい高強度セラミックスをコーティングできれば,互いの利点を生かした優れた構造材料となりうると考えられている.しかしながら,現在適用されている手法はいずれも高コストであり,かつ腐食に弱い低融点金属材料(Al, Mg合金等)にコーティングするには不向きである.ガスデポジション法(コールドスプレー法,エアロゾルデポジション法とも言われる)は,上記の困難を克服しうる手法として,近年注目を集めている.この方法では,原料粉末を被覆材に高速(〜500m/s)で吹き付けるのみで,高融点のセラミックスを常温でコーティングすることが可能となる.そこで,このガスデポジション法を用いて,高強度セラミックス(アルミナ)の金属材料へのコーティング手法を確立することを目的とする.【これまでの成果】(1)連続的な製膜実験を可能とする大容量(650l/min)真空ポンプを備えたガスデポジション装置を製作した.(2)さらに,原料粉末の連続供給装置の設計開発を行い,これにより連続製膜実験を行うことが可能となり,実効的な製膜パラメータの最適化が可能となった.(3)飛行時間測定原理に基づいた実質的な粒子速度の測定装置を設置し,粒子速度と各種パラメータとの相関を調査した.その結果ガス種としてはHeが適しており,原料粒子径は最適値を持つことがわかった.(4)以上の改良を行なった実験装置を用いて,アルミナ/アルミニウム基板の製膜実験を行った.以上の結果より,ガスデポジション法により各種基板に対し10μm程度のセラミックス(アルミナ)皮膜を室温で形成できることがわかった.形成された皮膜は緻密なアモルファス状態であり,熱処理により再結晶化するが,膜質は多孔質となった.【今後の課題】以上の知見より,膜厚及び製膜品質の向上を図るため,製膜メカニズムのより詳細な検討が必要である.

人们相信，如果能够在易于加工的金属材料上涂覆具有良好耐磨性、耐热性和耐腐蚀性的高强度陶瓷，则可以成为一种取长补短的优异结构材料。这些方法的成本昂贵并且使用低熔点金属材料（Al、近年来，气相沉积法（也称为冷喷涂法或气溶胶沉积法）作为一种可以克服上述困难的方法而受到关注，利用该方法可以在室温下涂覆高熔点陶瓷。只需将原料粉末高速（~500 m/s）喷涂到涂料上即可。该项目的目的是建立一种使用气相沉积法在金属材料上涂覆高强度陶瓷（氧化铝）的方法 [迄今为止的成果] 我们制造了配备有容量为 650 升的真空泵的气相沉积装置。 (2)此外，我们还设计开发了原料粉末连续加料装置，使连续成膜实验成为可能。 (3)我们安装了基于飞行时间测量原理的实用颗粒速度测量装置，并研究了颗粒速度与各种参数之间的相关性。发现He作为气体类型比较合适,原料的粒径也有一个最佳值。(4)利用上述改进的实验设备,在氧化铝/铝基体上进行了成膜实验。由以上结果发现，采用气相沉积法，可以在室温下在各种基材上形成约10μm的陶瓷（氧化铝）薄膜。形成的薄膜处于致密的非晶态，并且可以通过加热而再结晶。然而，薄膜质量变得多孔。 [未来的工作] 基于上述发现，需要对薄膜形成机制进行更详细的研究，以提高薄膜厚度和薄膜质量。

项目成果

Redox Behavior During the Transformation in Zirconia with Low Yttria Content

低氧化钇含量氧化锆转化过程中的氧化还原行为

• 发表时间: 2006
• 作者: T.Akao; T.Motohashi; M.Karppinen; H.Yamauchi; M.Hayakawa
• 通讯作者: M.Hayakawa

Fabrication of Ceramics Coatings by Gas-assisted Deposition

气体辅助沉积陶瓷涂层的制备

• 发表时间: 2007
• 作者: Takahiro Akao; Motozo Hayakawa
• 通讯作者: Motozo Hayakawa