高効率コンバインド発電システム用SiC繊維強化酸化物マトリックス動翼材の開発研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555208
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 吉田 誠 広島大学, 工学部, 助手 (80277847)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 敏弘 宇部興産株式会社, 宇部研究所・機能材第1研究部, 部長 ; 佐々木 元 広島大学, 工学部, 助教授 (30192595) ; 福永 秀春 広島大学, 工学部, 教授 (90034347)
• Keywords: 複合材料 / セラミックス / 酸化物 / 炭化珪素 / 繊維

Research Abstract

酸化物をマトリックスとする焼結SiC繊維強化複合材料の製造プロセス、および機械的性質に関する検討を行った。製造プロセスとしては、溶融含浸法、スラリー含浸法、ともに可能であり、緻密なマトリックスを得ることが出来た。Al2O3-YAGマトリックスの場合は、1300℃での曲げ強度が780MPaであり常温の破壊エネルギーも14000J/m2に達した。しかし、界面強度調整のためのグラファイトの酸化問題と、強化繊維とマトリックスの線膨張係数の違いによるクラックの発生が問題となった。
高温でプリフォーム中に酸化物を溶融含浸させるプロセスで作製したガラス+ムライトマトリックスの場合は、常温で曲げ強度1GPa,1300℃での曲げ強度が500MPa,常温破壊エネルギーは50000J/m2が得られている。線膨張係数の違いによるクラックはない。グラファイトを界面強度調整に用いた。酸化物に覆われているが、高温での酸化はまぬがれなかった。それゆえ、CVD-BNコーティングへの変更を検討することにした。
残留応力状態は、マトリックス中のムライトの晶出量、すなわち、組成によって制御できることを、FEM解析およびプッシュアウト法で確認した。SiC強化繊維の線膨張係数は、シリカガラスとムライトの線膨張係数の間に存在する。それゆえ、ムライトの体積率を制御することで、複合材料中の残留応力を制御することができたものと考えられる。高温強度を向上させるためには、ムライトの体積率が大きい方が有利と予想されるため、50モル%アルミナ組成で複合材料を作製したが、1650℃、30MPa,3.6ksecのホットプレス条件では、十分に緻密な組織が得られていない。ホットプレス温度が1700℃になると、繊維が損傷を受けることが分かっている。従って、より高い圧力での複合材料作製を検討している。

Research Products

• [Publications] Makoto,YOSHIDA: "Fabrication and Mechanical Properties of SiC Fiber Peinforced Oxide Matrix Composites"Proc.2nd Int.Conf.on Processing Materials for Properties(PMP2000). 121-126 (2000)
• [Publications] 永久堅也: "SiC繊維強化酸化物マトリックス複合材料の作製と機械的性質,各種環境下における繊維強化複合材料の力学特性"各種環境下における繊維強化複合材料の力学特性(九州大学応用力学研究所編). 39-42 (2000)