2017 Fiscal Year Annual Research Report
チタンシリサイドをマトリクスとするSiC繊維強化複合材料の創出
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17H03485
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
青木 卓哉 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (40358635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 克己 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20337710)
小笠原 俊夫 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20344244)
久保田 勇希 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 宇宙航空プロジェクト研究員 (30737044)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 長繊維強化セラミックス基複合材料 / シリサイド / 溶融含浸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、1400℃程度の温度域において優れた耐熱性・耐久性を有する実用的な耐熱材料として、チタンシリサイド(TiSi2) 等の高融点シリサイドをマトリックスとするSiC繊維強化シリサイド基複合材料を創出することを目的としている。既存の代表的製造法であるSi溶融含浸法やCVI法で得られるSiC繊維強化SiC基複合材料と比較して、耐熱温度の向上、製造コストと気孔率の大幅低減 、耐酸化性の飛躍的な向上を同時に実現することを目標としている。
初年度は、主としてモデル基材である多孔質SiC対してTiSi2等の高融点シリサイドを溶融含浸する実験を行い、基本的な溶融含浸プロセス条件の検討と試作材料のキャラクタリゼーションを行った。その結果、TiSi2、CrSi2、CoSi融液はいずれもSiCとの濡れ性が良く、多孔質SiC基材に対する含浸性が良いことが確認できた。しかしながら、 TiSi2融液は SiCとの反応性が高く、副生成物として Ti3SiC2と遊離Siを生成した。このため、溶融含浸後の材料は DSC測定の結果、 TiSi2単体の融点（1470℃）よりも低い温度（1335℃）で材料の一部が溶融した。一方、CrSi2、CoSiの融液はSiCとの反応性が乏しく、副生成物を生成しないため、溶融含浸後の材料はシリサイド単体と同等の高い融点（Siの融点1414℃以上）を示した。このように、SiCとの反応性はシリサイドごとに異なり、研究目標を達成するためには、適切なシリサイドの選定、SiCとの反応メカニズムの解明と反応制御が重要となることが明らかとなった。
なお、CoSiは、多孔質SiC及びSiC繊維織物基材の両者に対して含浸性が良いこと、1200℃水蒸気環境下で100時間暴露後も酸化層は試験片外表面から数ミクロン程度と薄く、良好な耐酸化性を示すことが明らかとなった。
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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
いずれの高融点シリサイドも SiC基材に対する溶融含浸性が基本的に良好であることを確認することができた。このうち、CrSi2、CoSiを溶融含浸した多孔質SiCは、従来のSi溶融含浸によって得られる材料よりも高融点となることを確認できた。以上のことから、緻密で高耐熱なシリサイドマトリックスを有するSiC繊維強化複合材料を創成できる可能性があることを示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、多孔質SiC基材に加えてSiC繊維織物基材に対して高融点シリサイドの溶融含浸を行い、引き続いて溶融含浸プロセス条件を検討する。特に、初年度に優れた含浸性と耐熱性が得られたCoSi系に着目して研究を進める予定である。
また、試作材料の組織、力学特性、耐酸化性の評価を進め、材料特性の改善に資する基礎的な知見を得る。具体的には、気孔率5%以下、曲げ強度がSiC繊維強化SiC複合材料と同等のシリサイド基複合材料の作成を目指す。
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