ホットプレスによる長繊維強化複合材料作製条件の最適化システム

• Project/Area Number: 04555177
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 溶接工学
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 恩澤 忠男 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016438)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 邦夫 東京工業大学, 工学部, 助手 (70226827) ; 鈴村 暁男 東京工業大学, 工学部, 助教授 (80114875)
• Project Period (FY): 1992
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1992)
• Budget Amount: ¥14,100,000 (Direct Cost: ¥14,100,000); Fiscal Year 1992: ¥14,100,000 (Direct Cost: ¥14,100,000)
• Keywords: FRM / 金属間化合物 / SiC繊維 / 密着過程 / 反応過程 / 数値計算 / 条件設定 / 材料選択

Research Abstract

長繊維強化金属(金属間化合物)基複合材料の作製はホットプレスを用いるものが主流である.ホットプレスで作製された複合材料の信頼性は,繊維とマトリックスの密着性および反応性に依存している.密着プロセスと反応層成長プロセスを予測できれば,事前にFRMの作製条件を絞ることが出来るはずである.ところが現在,このような立場に立って条件最適化システムを構築した例はない.本研究では,現在完成しつつある密着プロセス予測システムに,反応層成長プロセス予測システムを加えた.そして,ホットプレスによる複合材料作製条件の最適化システムを構築した.得られた結果および知見を以下に示す.
1.チタン,アルミおよびTi-A1金属間化合物をマトリックスとした複合材料の密着過程を予測計算する.実際に実験を行い,密着率の時間変化を観察した.いくつかの条件で計算結果との対比を行い,予測計算の妥当性が示された.適応限界としては,繊維間隔が十分広く,マトリックス箔が弾性体のブリッジを形成しない範囲であることが示された.
2.チタン,アルミおよびTi-A1金属間化合物をマトリックスとした複合材料の界面反応をEPMAおよびAugerで分析した.生成物および反応層の時間変化を観察した.界面反応速度の予測計算を行い,実験結果から決定したパラメーターを用いれば,反応層の成長を精度良く予測できる事が示された.
3.上述の2つの予測計算を組み合わせて作製条件最適化システムを構築した.従来,純チタンをマトリックスとしたFRMを作る事は,経験的に難しいとされ,A1やVの添加元素で反応層成長速度を下げる工夫が行われていたが,密着プロセスと反応層成長プロセスの検討からその経験が理論的に正しい事が裏付けられた.また今回はじめて作製した,Ti_3A1をマトリックスとしたFRMの作製条件も正しく予測する事ができた.