自己修復性耐酸化機能を有する炭素基材料の開発に関する共同研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09044176
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 佐野 秀明 長崎大学, 工学部, 助手 (10253634)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): GE Su 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; UEI YongーLia 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; CHENG FuiーMi 中国科学院, 金属研究所, 教授 ; 内山 休男 長崎大学, 工学部, 助教授 (50039690)
• Keywords: 炭素材料 / 炭化ホウ素 / 炭化ケイ素 / 複合材料 / 耐酸化性 / 機械的特性 / 酸化保護層 / 自己修復機能

Research Abstract

1. 研究概要・高温構造材料として用いられる炭素基材料は、不活性雰囲気下では2500℃もの高温でも使用できるが、酸化性雰囲気下では酸化消耗してしまう。そこで、炭素基材料に耐酸化特性を付与させる目的で、セラミックス粒子を分散複合化させた炭素/セラミックス複合材料を作製し、複合材料の耐酸化性に及ぼすセラミックスの添加効果を詳しく調べ、自己修復機能を有する構造材料の開発を目指した。
2. 研究経緯 昨年度の研究において、セラミックス成分としてB_4CおよびSiCを選び、日本側および中国側双方が粒径の異なる原料を用いて組成比の異なる炭素/B_4C/SiC複合材料をそれぞれ作製し、本複合材が優れた耐酸化性と自己修復機能を有する可能性のあることを明らかにした。本年度では、本複合材料の耐酸化性の発現と自己修復機能の発現メカニズムを詳しく調べることを目的とし、共同研究を行った。研究を進めるにあたり、平成10年8月に日本側研究者が中国へ出張して実験内容の打ち合わせを、また、平成10年10月に中国側研究者を招聘して測定実験を実施し、平成10年12月に研究代表者が中国に出張し本年度の研究成果の取りまとめに関する打ち合わせを行った。
3. 研究成果 表題に基づき、炭素/B_4C/SiC複合材料の耐酸化性の発現と自己修復機能の発現メカニズムを詳しく調べた。その結果、耐酸化性は表面に生成するガラス成分により異なり、また添加したセラミックス成分の粒子径に依存すること等を明らかにした。また、生成するガラス成分が酸化温度に依存することから、自己修復機能の発現は、酸化温度が高くケイ素含有量の多い1200℃において顕著に認められ、その発現メカニズムを熱力学的計算により明らかにすることができた。

Research Products

• [Publications] W.G.Zhang: "Oxidation kinetics and Mechanisms of Cevamic-Carban Composites." Carbon. 36・7-8. 991-995 (1998)
• [Publications] W.G.Zhang: "The Effects of Nanopavticulate SiC Upon The Oxidation Behavior of C-SiC-B_4C Composites." Carbon. 36・11. 1591-1595 (1998)
• [Publications] G.B.Zheng: "Preparation and Fracture Behavior of Carbon Fiber/SiC Camposites by Multiple Impregration and Pyrolysis of Polycarbosilane" Journal of the Ceramic Society of Japan. 106・12. 1155-1161 (1998)