| Project/Area Number |
23K17793
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岸本 弘立 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (30397533)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芹澤 久 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (20294134)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | SiC / ホウ化ジルコニウム / 断熱材 / 傾斜機能材料 / 傾斜構造材料 / 極超音速機 |
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| Outline of Research at the Start |
最高で2000℃程度に達する極超音速機の表面構造材には高温強度が高く耐熱性に優れたSiC系複合材料の使用が期待されるが、耐熱温度は1500℃程度であるため断熱材が必要となる。本研究はまずSiCと炭素を混合した層の上下両面に緻密なSiC層とホウ化ジルコニウムを配置したモジュール焼結体を成型する。従来の大気中酸化処理ではモジュール中央部の炭素の除去は難しかったが、本申請では金属的性質を持つホウ化ジルコニウムを電極として使用し、大気中で焼結体に通電処理を行なって炭素を酸化除去し、ホウ化ジルコニウムを表面層に有するSiC断熱モジュールを試作する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は炭素を多孔質層を酸化除去して形成する前のZrB2主体の表面層と多孔質化する前のSiC-C層の一体成型条件を研究を行った。(a) ZrB2、(b) ZrB2-10wt%SiC、(c) ZrB2-30 wt%SiC、(d) ZrB2-40 wt%SiC-30wt％C、(e)SiC-20wt％C、(f)SiC-50wt％Cの6つの層について一体化可能かの検討を行った。試料作製は必要な組成の粉末を混合し、積層したのち、Arガス雰囲気中で所定の保持温度で保持時間1.5時間、保持圧力20MPaで加圧焼成を行って製作した。まず（a)-(c)-(d)-(e)の4層の組み合わせで1800℃および2200℃で一体化が可能かの検討を行った。この結果を踏まえて（a)-(b)-(c)-(d)-(e)-(f)の6層ので2000℃で成型して一体化実験を行った。1800℃で製作した4層のZrB2-SiC耐熱材は大きなクラックは発生せず一体化されていた。最上部の(a) ZrB2から(d) ZrB2-40wt%SiC-30wt％C層までのZrB2粒子の粒径は2-3μmであり著しい粒成長は生じていない。2200℃では(a) ZrB2の結晶粒径は47μm程度に達し、マクロなクラックが多く導入されていた。以上の結果から2200℃はZrB2層を形成できないことがわかったため、2000℃程度で実施することととし（a)-(b)-(c)-(d)-(e)-(f)となる6層の断熱材試作を行ったところ(c)-(d)部に大きな水平クラックが入る傾向があった。本試料はZrB2メインの相とSiCメインの相がほぼ同じ厚さとなったが、ZrB2層は対酸化性と摩耗性確保のためより薄くする必要性が示唆された。また大気中の通電試験を炭素の酸化除去を小片に対して行ったところ、小片の温度が700℃まで上昇し炭素が除去できることも示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
傾斜機能材料の製造条件は高温ではZrB2の焼結が進み過ぎてクラックが発生するため、2000℃程度あるいはそれ以下に抑える事、ZrB2メインの層は一層2㎜程度であるものをより薄くし1層程度に抑えることが適当であることが分かった。大気中の通電により炭素が除去できることも示された。計画は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1800℃および2200℃で作製した4層の試験片を用いて、大気中通電により炭素を除去する技術研究を行う。温度はサーマルビジョンで測定し、10mm角程度の断熱構造体を製作する。温度傾斜法で熱伝導度を測定しSiCZrB2層の条件を決定する。この条件で傾斜機能材料を製作し、大阪大学接合研のレーザー加熱装置で熱負荷試験を行い、表面状態の変化を確認する。
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