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

等离子离子镀Sialon薄膜的制备及其性能评价

• 批准号: 22K04717
• 负责人: 鈴木 裕
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04717/
• 关键词: 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; コーティング; イオンプレーティング; サイアロン; 薄膜

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。

这项研究是使用国立材料科学研究所拥有的磁场激发等离子体离子镀装置进行的。首先，将碳化硅(SiC)、氮化硅(Si 3 N 4 )、氧化铝(Al 2 O 3 )、氧化锆(ZrO 2 )等各种陶瓷基板固定于装置的真空室内的加热支架上，将基板温度设定为约400°C。接下来，将氩气（Ar）、氧气（O2）和氮气（N2）作为混合气体引入装置的反应容器中，同时控制它们各自的流量，并从电加热的钨（W）丝安装在反应容器中的氩气(Ar)通过热电子转变为等离子体，氧气(O2)和氮气(N2)进一步被氩(Ar)等离子体电离。在混合等离子气体气氛中对铝-13%硅（Al-13%Si）合金进行电子束加热，使合金熔化、气化，转化为电离氧（O2）气和电离氮（N2）气我们尝试与蒸发的铝 (Al) 和硅 (Si) 发生反应。将反应产物沉积在加热的陶瓷基板上以形成薄膜。对陶瓷基板上的产物进行扫描电子显微镜（SEM）观察，发现其呈数百纳米厚的薄膜形式，且表面具有由以下物质组成的薄膜结构：连续细粒薄膜。