高融点酸化保護傾斜膜を自己形成する炭素基複合材料の開発

• Project/Area Number: 15760598
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Aerospace engineering
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 佐野 秀明 長崎大学, 工学部, 助手 (10253634)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2004: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2003: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 炭素 / セラミックス / 複合材料 / 高融点酸化保護傾斜膜 / 自己形成 / 最適作製条件 / 耐酸化性 / 機械的特性

Research Abstract

炭素にB_4CおよびSiCを添加した複合材料は比較的低温である500℃からB_2O_3が、また1100℃以上の高温でSiO_2が生成し、平滑で緻密なボロシリケート酸化保護膜を自己形成し、1400℃までの高温で優れた耐酸化性を示す。初年度の研究として、このボロシリケート酸化保護膜にZrO_2を傾斜的に配合させた複合材料を試作した。その結果、ZrO_2を含むボリシリケート酸化保護膜は、酸化抑止効果は予測値よりも小さく、最適成分の探索を行う必要性が明らかとなった。そこで昨年度の研究では、従来の質量変化測定に加え、赤外線式ガス濃度測定装置(申請設備)を用いたCOおよびCO_2ガス量の測定、酸化前後のガス中における酸素量の測定により得られるデータから耐酸化性を評価する方法を確立することを目的とし実験を行った。その結果、質量変化に加えCOおよびCO_2のガス量の測定、酸化前後のガス中における酸素量の測定を行うことにより、炭素基複合材料の酸化挙動を精査することができた。本年度の研究では、1800℃までの耐酸化性が評価可能な評価システムの構築とZrO_2に代わりAl_2O_3を配合した炭素基複合材料の作製を行い、その耐酸化性を評価した。その結果、誘導加熱炉とCO、CO_2およびO_2ガス測定、白金黒ガス調整炉を組み合わせることにより1800℃までの酸化挙動の評価システムが構築できた。Al_2O_3の塗布は比較的酸化を進行させ、Naシリケートの使用は比較的低温で炭素の酸化を進行させるが、1400℃までの総酸化量を抑制できることが判った。C/B_4C/SiC複合材表面へのムライト質酸化保護膜の形成には原料とするAl_2O_3の剥離や流出を抑制する技術が必要であることが判った。これらの耐酸化性評価技術や炭素基複合材料の1800℃までの超高温での酸化挙動の知見は、今後更なる信頼性が求められている航空宇宙の材料開発に貢献することが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of Oxidation Behavior of the C-B_4C-SiC Composite through Continuous Measurement of Mass Change and Gas Concentration (2006)
  • Author(s): Y.Uchiyama, Y., Abe, G.B., Zheng, H.Sano
  • Journal Title: Materials Science Forum 510-511 Pages: 402-405