Ta-C DLCコーティングとTaC炭化タンタルコーティングの違い

ta-Cはピュアカーボンフィルムで、DLCダイヤモンドライクコーティングの一種。そしてTaC/TACは炭化タンタルで、金属炭化物の一種。この2つはまったく異なる素材である。

01 DLCタクロムコーティングとは #

DLC(DIAMOND-LIKE CARBON) ダイヤモンドライクカーボンコーティング。SP3（ダイヤモンド構造）とSP2（グラファイト構造）を持つ、または水素、ケイ素、フッ素、金属などの元素とハイブリッド化した合成材料。dLCは炭素膜材料の総称で、その異方性は構造結合の比率と配位子結合元素の種類に依存する。水素を含まない70%周辺のDLC構造。

機械的接触タイプの自己潤滑用途では、従来のDLCソリューションは水素化アモルファス（a-C:H）炭素膜であり、動作条件の制約（温度、荷重、酸化雰囲気など）が異なると性能に大きな差が生じる。

タCアモルファス四面体炭素膜であり、DLCのユニークな特性を維持しながら、より過酷な作業条件でも使用できる。リフティングなど：

• 耐摩耗性の向上
• 摩擦化学摩耗に対する耐性が向上
• より広い圧力/温度範囲

しかし、応力が高いほどTa-C膜は薄くなる。膜厚を蒸着するには、表面粗さを小さくするための研磨が必要になる。

02 炭化タンタルコーティング #

炭化タンタル（TaC）は、高い硬度（室温でモース硬度9～10）、高い融点（約3880℃）、高いヤング率（283～550GPa）、高い電気伝導率（25℃で32.7～117.4μΩ・cm）、高温超伝導（10.5K）、化学腐食や熱衝撃に対する高い耐性、アンモニア分解や水素分離に対する高い触媒活性を持つ。アンモニア分解や水素分離の触媒活性が高い。主な用途は、超硬合金、コンデンサー、電子機器、高温部品、化学装置、徹甲弾など。また、炭素系材料表面のTaC保護膜としても使用され、耐酸化性、耐食性、耐摩耗性、機械的特性を効果的に向上させることができる。

ハフニウム-タンタルカーバイド合金とは、五炭酸テトラタンタル-ハフニウムという化合物のことで、既知の化合物の中で最も高い融点を持つ。

炭化タンタルの調製 #

炭化タンタルの調製法：固相法、液相法、気相法があり、焼結法、CVD法、ゲル法（ゾルゲル法）などがある。スラリー焼結法は複合コーティングの調製が難しく、コーティングの耐熱衝撃性が低い。CVD法はコーティング組成を制御でき、密度が最も高いが、蒸着効率が低い。

TaCの熱膨張係数（6.6×10^-6K^-1グラファイト、カーボンファイバー、C/Cコンポジットなどの炭素系材料とは一定の違いがあり、その結果、単相のTaCコーティングはクラックや剥離を起こしやすい。TaCコーティングの性能をさらに向上させるため、研究者は複合コーティング・システム、固溶体強化コーティング・システム、グラデーション・コーティング・システムなどのコーティング・システムを開発してきた。

03 高温耐性と耐酸化性はイコールではない #

炭化タンタルのような多くの材料は融点が非常に高いが、空気中で急速に酸化する。タンタルとタンタル合金の高温機械的特性は優れているが、高温での耐酸化性が悪く、タンタル金属は500℃以上で酸化が促進され、Ta2O5を生成する。 タンタルとタンタル合金の高温酸化防止には、主に次の2つの方法がある：①表面コーティングの高温酸化防止②合金化の高温酸化防止。

合金化法は、タンタルおよびタンタル合金の酸化防止特性を高めることができるが、マトリックスの他の特性、特に高温機械的特性に大きな影響を与える。

表面コーティングは同時に、低酸素透過性、良好な化学的・物理的適合性と安定性、低揮発性、熱膨張係数と結合能力の良好な一致、高温自己修復能力などの利点を持つことができ、タンタル合金基材の元の良好な機械的特性に影響を与えることはできません。

• Ir、PL、Rh、HIなど多くの貴金属は高融点特性を持ち、その中でも金属Irの融点は2410℃まで上昇し、高温酸素透過係数と酸素拡散係数が低いため、高温酸化防止性能に優れているが、高温大気環境に直接さらされる金属Irを避けるために、その酸化物の蒸気圧が高く、コーティングの金属Irの他の成分の外層に添加する必要がある。
• MoSi、SiN、SiCなどの高温耐酸化性セラミック・シリサイド・コーティングは、その優れた熱安定性（1200℃での酸素拡散係数が10-"g/(cm's)、2200℃での酸素拡散係数が10-1g/(cm's)）から注目されている。）
• 複合コーティングは、高温耐性のセラミックコーティングと高温耐性の酸化防止コーティングと組み合わせて使用される高温耐性のガラスまたは高温酸化物（外層）であり、高温環境で動作することができるだけでなく、マイクロクラックの自己修復能力のコーティングの能力を持っています。例えば：CVD-MoSiバリア層、Ir-Si拡散層、SrZrO; (Al0;)耐食層。

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