CVD法による炭化チタン系非酸化物セラミックスの耐熱鋼上への被覆

水を熱化学反応により分解して水素を製造するプロセスの中で"UT-3"が期待されている。"UT-3"ではBr_2やHBrなどの高腐食性ガスを1000K程度の高温に保つ過程を含んでいるため、装置材料の高温腐食は重要な課題である。装置材料としては、加工性に優れ、機械的強度の高い金属材料を用いる必要があるが、金属材料の耐食性は充分ではない。そこで本研究では耐食性の高い材料を開発することを目的として、CVD法によりステンレス鋼上に炭化チタン(TiC)を被覆し、そのBr_2-O_2雰囲気下における腐食機構を調べた。また、TiCよりも耐食耐熱性の高い炭化ケイ素(SiC)を複合化したTiC/SiC多層膜の最適合成条件および腐食挙動の検討を行った。まず、TiCl_4、CH_4およびH_2ガスを原料として、CVD法によりステンレス鋼(SUS304)上に合成温度を1173〜1423K、原料ガス中のCH_4/TiCl_4比を0.17〜17の範囲で変化させ、TiC膜の最適合成条件を見い出した。次に、TiC膜を被覆したSUS304のBr_22-O_2雰囲気における腐食挙動を、腐食温度973〜1173K、臭素分圧0〜4.4kPa、酸素分圧0.15〜97kPaの条件で、熱天秤を用いて調べた。TiC膜を被覆したSUS304では、TiC膜を被覆していないSUS304に比べて腐食による重量増加が著しく低下したが、TiC膜中にわずかに存在するマイクロクラックやピンホールなどの欠陥を通して下地のSUS304が腐食されることがわかった。そこで、TiC膜を被覆したSUS304上に(CH_3)_4Si+H_2およびCH_3SiCl_3+H_2を原料ガスとしてTiC/SiC多層膜を被覆した。なお、SUS304にTiC膜を被覆しないで直接SiC膜を被覆しようとしても、FeSi_2が多量に形成され、緻密な保護膜は形成されないことがわかった。TiC/SiC多層膜を被覆したSUS304のBr_2-O_2雰囲気下での腐食による重量変化を測定した結果、ほとんど重量変化が認められないものがあった。また、下地のSUS304の腐食も認められず、繰り返し腐食にもよく耐えることが明らかになった。

水を熱化学反応により分解して水素を製造するプロセスの中で"UT-3"が期待されている。"UT-3"ではBr_2やHBrなどの高腐食性ガスを1000K程度の高温に保つ過程を含んでいるため、装置材料の高温腐食は重要な課題である。装置材料としては、加工性に優れ、機械的強度の高い金属材料を用いる必要があるが、金属材料の耐食性は充分ではない。そこで本研究では耐食性の高い材料を開発することを目的として、CVD法によりステンレス鋼上に炭化チタン(TiC)を被覆し、そのBr_2-O_2雰囲気下における腐食機構を調べた。また、TiCよりも耐食耐熱性の高い炭化ケイ素(SiC)を複合化したTiC/SiC多層膜の最適合成条件および腐食挙動の検討を行った。まず、TiCl_4、CH_4およびH_2ガスを原料として、CVD法によりステンレス鋼(SUS304)上に合成温度を1173〜1423K、原料ガス中のCH_4/TiCl_4比を0.17〜17の範囲で変化させ、TiC膜の最適合成条件を見い出した。次に、TiC膜を被覆したSUS304のBr_22-O_2雰囲気における腐食挙動を、腐食温度973〜1173K、臭素分圧0〜4.4kPa、酸素分圧0.15〜97kPaの条件で、熱天秤を用いて調べた。TiC膜を被覆したSUS304では、TiC膜を被覆していないSUS304に比べて腐食による重量増加が著しく低下したが、TiC膜中にわずかに存在するマイクロクラックやピンホールなどの欠陥を通して下地のSUS304が腐食されることがわかった。そこで、TiC膜を被覆したSUS304上に(CH_3)_4Si+H_2およびCH_3SiCl_3+H_2を原料ガスとしてTiC/SiC多層膜を被覆した。なお、SUS304にTiC膜を被覆しないで直接SiC膜を被覆しようとしても、FeSi_2が多量に形成され、緻密な保護膜は形成されないことがわかった。TiC/SiC多層膜を被覆したSUS304のBr_2-O_2雰囲気下での腐食による重量変化を測定した結果、ほとんど重量変化が認められないものがあった。また、下地のSUS304の腐食も認められず、繰り返し腐食にもよく耐えることが明らかになった。