SiC/SiC複合材料の界面制御による肩靭性化への開発研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650682
• Research Institution: Fukushima National College of Technology
• Principal Investigator: 佐東 信司 福島工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70090511)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 修司 福島工業高等専門学校, 物質工学科, 助教授 (80185024)
• Keywords: SiC / SiC / SiC複合材料 / 界面制御 / 複合材料開発 / CVI法 / 強度特性

Research Abstract

SiCは大気中において1500℃まで使用可能な物質で、耐熱性、熱伝導性、耐酸化性に優れ、高温材料として注目されている。このため、SiC/SiC複合材料は核融合炉材料および航空宇宙材料として期待されている。しかし、国内においてSiC/SiC複合材料は今だ満足できる密度や強度特性が得られるほどの優れた材料は出来ていない。
本研究では120mmφの大型SiC/SiC複合材料を化学気相反応法(CVI)で作製し、繊維の強度が有効に活用される複合材料の開発を目指している。このため繊維とマトリックスとの界面に第3の層を導入することで界面の接合性を弱め、繊維の強度を有効に利用し、強度や靭性の改善を行い、新たなる材料開発の指針を得ることを目的とた。
複合材料作製で使用したSiC繊維はハイニカロンで、繊維直径は14μmである。この繊維で平織りしたものを7枚積層して用い、約1000℃の炉中でCVI法によって繊維表面にSiCを堆積して複合材料を作製した。作製した複合材料の平均密度は約2.1g/cm^3であるが、密度の分布および厚さ分布もほぼ均一にできた。密度と曲げ応力との関係は、検出した結果を一時回帰分析すると、体積密度が2.5g/cm^3まで上昇すれば560MPa程度の曲げ強度が得られると推測され、これまで作製していた40mmφ材料よりも高強度が期待される。また、炭素被覆厚さを0.45μm施した材料では、全域にわたってほぼ均一に被膜を形成することができた。曲げ強度は340MPaで被覆材より強度低下を示したが、40mmφ材料の時よりも約15%ほど高強度が得られた。今後、炭素被覆をlμm施す事によって約700MPaの高強度が期待され、120mmφの大型複合材料の開発に対する指針が得られた。