次世代超高温透光性耐火物-アルミニウムオキシナイトライドの物理化学とプロセッシング
【研究分野】金属生産工学
【研究キーワード】
酸窒化アルミニウム / 窒化アルミニウム / 相安定図 / 標準生成ギブズエネルギー / 第三法則エンタルピー / III族窒化物 / 炭素熱還元窒化法 / 単結晶 / 標準生成自由エネルギー / 混合のエンタルピー / 混合のエントロピー / alon / 熱力学 / 第3法則エンタルピー / 酸化アルミニウム / 相安定領域 / 相平衡
【研究成果の概要】
(1)酸窒化アルミニウム(alon)の標準生成ギブズエネルギーの決定を行った。ALN-Al_2O_3-C/N_2-COおよびalon-Al_2O_3-C/N_2-COを平衡させ、その気相の組成を四重極質量分析計およびガスクロマトグラフを用いて測定を行った。その結果より次式の反応の標準ギブズエネルギー変化を決定した。
Al_2O_3(s)+3C(s)+N_2(g)=2AlN(s)+3CO(g) [1] Δ_<r[1]>G^o/kJ=711.2-0.3534×T(±0.49)(1725〜1903K) (64+x)/(3x)Al_2O_3(s)+3C(s)+N_2(g)=2/xAL_<(64+x)/(3)>O_<32-x>N_x(AL_2O_3sat.)+3CO(g) [2] Δ_<r[2]>G^o/kJ=760.0-0.3788×T(±0.63)(1903〜2030K) (2)[1]式の反応の標準ギブズエネルギー変化から、第3法則を用いて298.15KにおけるAlNの標準生成エンタルピーを727.78(±0.49)/kJと求めた。この値を過去の熱量測定の結果と比較したところ、比較的良い一致を示し、この実験方法の妥当性を確認した。
(3)青色および紫外発光材料であるIII族窒化物用の基板材料として、高品位の単結晶AlN膜を単結晶α-Al_2O_3の窒化になって作製を行った。なおこの窒化の条件は、[1]で作製したAl-O-N-C系相安定図に従って選別を行った。この作製した窒化膜についてEPMAを用いて膜圧の測定を行い、さらにAFMを用いて表面形状を調べた。
【研究代表者】