一方向凝固法によるAl_2O_3-Y_2O_3系共晶酸化物/炭化物系強化繊維の複合化

• Project/Area Number: 09750811
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 吉田 誠 広島大学, 工学部, 助手 (80277847)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1998: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 1997: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: composite / eutectic / SiC / Al_2O_3 / YAG / solidification / Al203

Research Abstract

本研究では、酸化物共晶合金(Al203-YAG)とSiC(長繊維またはウィスカー)を溶融状態で複合化させ、超高温材料を製造することを最終目的としている。そのためには、溶融酸化物とSiCが共存する状態において互いに熱力学的に安定に存在することが必要である。これまでに、熱力学安定性を実験的、理論的に検討した。実験的には、酸化物共晶合金とSiCウィスカー粉末を混合、アーク溶解して複合化し、XRD,MDG(微小部エックス線回折),WDX,SEM,OPをもちいて反応式の検討を行った。この結果、アーク溶解によって液相の温度が上昇するとSiCは酸化物融液を還元し、一酸化炭素、または二酸化炭素を生成すると同時に金属Si相,Al相、また、Si,Yを含む炭化物相を生じることがわかった。反応の自由エネルギー計算を行った結果、2373Kにおいて、共晶酸化物融液とSiCの反応を防ぐためには、4.43atmの一酸化炭素分圧が必要であることが分かった。また、得られた複合材のビッカース硬度およびインデンテーションフラクチャー法によって常温靭性値番評価した。IF方による靭性値評価では、SiCウィスカーを体積率40%含む場合、 9MPam0.5となり、複合化により2倍近い向上が見られた。次に、モリブデン製の坩堝に、SiC長繊維と共晶合金を挿入し高周波加熱を行った。その結果、共晶融液は、SiC繊維の束に自発的に浸透し、凝固後、複合材両組織を形成した。