反応性溶射による窒化物セラミックス成膜技術の開発

反应热喷涂氮化物陶瓷涂层技术的开发

• 批准号: 11J02575
• 负责人: SHAHIEN Mohammed
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02575/
• 关键词: 窒化アルミニウム; プラズマ溶射; 窒化反応; 原料粉末材料

窒化アルミニウム(AIN)はセラミックス特有の高い絶縁性と耐食性に加え、金属と同様に高い熱伝導率を有することから、各種電気・電子分野での適用が期待されている。しかし、AINを層として形成するのに有効な溶射法ではAINが融点を持たずに分解してしまうため、適用することが不可能である。そこで本研究では熱プラズマの反応性を利用した溶射法によるAIN皮膜の作製を行うとともに、その反応過程の調査を行った。原料粉末としてアルミニウム(Al)を用いた反応性プラズマ溶射により、安定相である六方晶ではなく準安定相である立方晶窒化アルミニウム(c-AlN)の形成が確認できた。これは反応過程において形成された立方晶のアルミニウム酸窒化物(Al_5O_6N)が急冷凝固して立方晶を維持したまま反応が進んだためと考えられる。金属のAlが酸窒化物の状態を経てAlNになることが明らかになったため、原料粉末としてセラミックス材料であるアルミナ(Al_2O_3)を用いた成膜を行った。これにより、皮膜中への金属成分残留による特性劣化を抑制することも可能になる。実際にAl_2O_3を原料とした反応性プラズマ溶射においてもc-AlN相を含む皮膜の作製が可能であった。その反応過程を調査した結果、プラズマ内を飛行中の粒子表面から溶融し、反応生成物であるAl_5O_6Nを形成していく、その後基材表面に衝突・偏平し、さらにプラズマにさらされることで反応が促進されc-AlNを形成したことが分かった。また、原料粉末の粒径を小さくすることで比表面積を大きくし、反応を促進させることが可能であった。また、AlN粉末を原料に添加、プラズマガス流量を適正化することによっても窒化反応の促進を可能にした。これら成膜条件の適正化により、AlN含有率の高い皮膜の作製が実現した。

Smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (AIN) は セ ラ ミ ッ ク ス の unique high い never try と resistance of predatory に え, metal と with others に high thermal 伝 い conductivity を す る こ と か ら, various electric 気 electronic eset で の applicable が expect さ れ て い る. し か し, AIN を layer と し て form す る の に have sharper な dissolve reflection で は AIN が melting point を hold た ず に decomposition し て し ま う た め, suitable す る こ と が impossible で あ る. そ こ で this study で は hot プ ラ ズ マ の anti 応 を using し た dissolve reflection に よ る AIN を line the skin membrane の cropping う と と も に, そ の の investigation against 応 process line を っ た. Raw material powder と し て ア ル ミ ニ ウ ム (Al) を い た anti 応 sex プ ラ ズ マ dissolve shot に よ り, stable phase で あ る hexagonal で は な く quasi stable phase で あ る cubic smothering the ア ル ミ ニ ウ ム (c - AlN) の form が confirm で き た. こ れ は anti 応 process に お い て form さ れ た cubic の ア ル ミ ニ ウ smothering ム acid compound (Al_5O_6N) が rapid cooling solidification し て cubic を maintain し た ま ま anti 応 が into ん だ た め と exam え ら れ る. State of metal の Al smothering が acid compound の を 経 て AlN に な る こ と が Ming ら か に な っ た た め, raw material powder と し て セ ラ ミ ッ ク ス material で あ る ア ル ミ ナ (Al_2O_3) を い た film-forming を line っ た. <s:1> れによ, residual へ metal components in the membrane による property deterioration を inhibition する と と と <e:1> になる possibly になる. Be interstate に Al_2O_3 を materials と し た anti 応 sex プ ラ ズ マ dissolve shot に お い て も c - AlN phase を む skin membrane の as containing が may で あ っ た. そ の を investigation against 応 process し た results, プ ラ ズ マ を flight within の particle surface か ら melt, し 応 products で あ る Al_5O_6N を form し て い く, そ の に conflict, base material surface after partial し, さ ら に プ ラ ズ マ に さ ら さ れ る こ と で anti 応 が promote さ れ c - AlN を form し た こ と が points か っ た. ま の た, raw material powder particle size small を さ く す る こ と で is greater than surface area を き く し, anti 応 を promote さ せ る こ と が may で あ っ た. ま た, AlN powder を materials に added, プ ラ ズ マ ガ ス flow を optimum is the す る こ と に よ っ て も smothering the anti 応 の may promote を に し た. <s:1> れら film formation conditions <s:1> normalization によ <e:1>, high AlN content rate <e:1> of <s:1> skin film <e:1> preparation が actual occurrence た た.

项目成果

Reactive Atmospheric Plasma Spraying of AlN coatings : Influence of Al uminum Feedstock Particle Size

AlN 涂层的反应性大气等离子喷涂：铝原料粒度的影响

• 发表时间: 2011
• 期刊: Journal of Thermal Spray Technology
• 影响因子: 3.1
• 作者: Yuuki Nagamoto;Yoshiji Takemoto;Kiyosei Takasu;M.Shahien
• 通讯作者: M.Shahien

N_2 and H_2 Plasma Gases' Effects in Reactive Plasma Spraying of Al_2O_3 Powder

N_2和H_2等离子气体对Al_2O_3粉末反应等离子喷涂的影响

• 发表时间: 2013
• 期刊: Surface and coatings technology
• 影响因子: 5.4
• 作者: Koeda;K.;Yoshino;T.;lmai;H. and Tachihara;K.;井土宏,福間康裕,高橋三郎,前川禎通 大谷義近;M. Shahien
• 通讯作者: M. Shahien

Bonding Chemistry of CFRP Composite Surface to the Thermal Sprayed Copper Particulates.

CFRP 复合材料表面与热喷涂铜颗粒的键合化学。

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuuki Nagamoto;Yoshiji Takemoto;Kiyosei Takasu;G. Amirthan
• 通讯作者: G. Amirthan

Reaction Pathway Controlling upon Fabrication of AlN Coating through Plasma Nitriding of Al Powder

铝粉等离子渗氮制备AlN涂层的反应路径控制

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuuki Nagamoto;Kiyosei Takasu;Yoshiji Takemoto;M. Shahien;M. Shahien;M.Shahien;M.Shahien
• 通讯作者: M.Shahien

Aluminum Nitride Coating Formed by Reactive Plasma Spraying with Controlled Ambient.

在受控环境下通过反应等离子喷涂形成氮化铝涂层。

• 发表时间: 2012
• 作者: Yuuki Nagamoto;Akira Hattori;Kiyosei Takasu;Yoshiji Takemoto;M. Shahien
• 通讯作者: M. Shahien