溶湯含浸in situ合成法によるセラミックス基複合材料の製造とその強靱化

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452319
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 長 隆郎 名古屋大学, 工学部, 教授 (50023114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小橋 真 名古屋大学, 工学部, 助手 (90225483)
• Keywords: 複合材料 / In situ合成 / セラミックス / 自発的浸透 / 強靱化 / 耐熱衝撃特性

Research Abstract

NiOおよびTiB_2粒子からなる混合粉末をアルミナ坩堝に装入し、この上にAlインゴットを置いたのち、温度1473K、窒素雰囲気下にて加熱して溶融Alを混合粉末中に浸透させた。このとき、反応:3NiO+2Al→Al_2O_3+3Niを通してin situ生成したAl_2O_3がマトリックスとなり、これにNiおよびAl_3Niが分散した複合材料を創製できた。なお、Alの浸透には、濡れ性を向上させるために18vol%以上のTiB_2粒子混合を必要とした。また、NiO+Al混合粉末を圧粉試料について示差熱分析を行なった結果、Alの融解した後、上記の反応を示す発熱ピークが見られた。さらに、コスト低減を目的にして混合粉末層にAl_2O_3骨材を混合した結果、溶融Alの浸透には影響がなかった。なお、温度を893Kから293Kへ、および1293Kから293Kへと急冷して耐熱衝撃特性を測定した結果、複合材料では、この急冷による割れの発生は見られないが、Al_2O_3単体材料では多くの割れが観察され、本プロセスによって作製した複合材料は強靱であり、優れた耐熱衝撃特性を示した。
一方、溶融AlをMg_3N_2粒子圧粉体内に自発的に浸透させ、反応:2Al+Mg_3N_2→2AlN+3Mgを通して、in situ生成AiN基複合材料の創製を試みた。その結果、温度1473K、窒素雰囲気下にて溶融Alは完全Mg_3N_2圧粉体内に浸透し、58vol%AlNおよび42vol%Mg-Al合金からなる複合材料を得ることができた。