セラミック・金属ナノコンポジットの超音速衝突・堆積機構の解明

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電極材料や触媒といった表面反応が鍵となる分野で、組織を高度に制御した複合材料膜(コンポジットコーティング)の重要性が高まっている。光触媒を例に取ると、酸化チタンなどのセラミック成分が本質的に要求される光電気化学特性を担保する一方、その性能を十分に発揮させるために金属をコンポジット化して助触媒作用や導電性を付与する。一般に、これらのコンポジット材料系において、機能性セラミック成分の粒子径を小さくすることは、反応比表面積増大・量子サイズ効果発現など、その高性能化に極めて有効である。コーティング手法として、低温・高速のガス流体に原料粉末を投入し、その化学組成変化、結晶相転移、粒子粗大化などの熱的劣化を抑制したままターゲット上に連続的に衝突・堆積させ、高い界面密着力を得るプロセスが近年注目されており、本研究課題を遂行するにあたり最も適切であると考えられる。そこで、上記プロセスにおける粒子の衝突・堆積機構を解明することが、本研究課題の具体的な目的である。平成19年度は主として以下の項目について研究を行った。コーティング作製前年度(平成18年度)に作製した造粒粉末を用い、作成した条件マップのうち、等速度・温度可変となる条件にてWarm Spray装置によりコーティングの作製を行った。コーティングの物理化学的性質評価作製したコーティングについて、以下の項目について評価を行った。堆積粒子径および形状:ターゲット上に堆積した粒子(スプラット)について走査電子顕微鏡(SEM)を用いてコーティングの表面および断面の観察を行い、決定した。堆積粒子の化学組成:エネルギー分散型X線分光分析装置(EDS)により、元素定性分析および定量マッピングを行い、決定した。結晶相:X線回折(XRD)装置により、コーティングの結晶相を同定した。密着性:スクラッチ試験により評価を行った。