2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24656554
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
橋本 直幸 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50443974)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
向井 紳 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70243045)
佐々木 克彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90215715)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱伝導率 / 複合材料 / 構造材料 / カーボンファイバー / カーボンナノチューブ / 二次元配向 / 焼結 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
接合体として純鉄及び低放射化フェライト・マルテンサイト鋼(F82H)を用意し、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を接合面へ塗布し真空ホットプレス(VHP)で接合させた。接合方法や条件による熱伝導率の変化は観られず、接合面におけるMWCNTの量と配向性の制御が課題となった。また、接合界面に炭化物が散見され、MWCNTから鉄系材料への浸炭を抑制する拡散障壁が必要となったため、鉄とMWCNTとの間に銅を挟んだ鉄‐銅‐CNTの複合材の開発を目標に設定した。銅を接合面に配置しVHPで作製した複合材料は良好な接合界面を有し、熱拡散率は1.3倍に向上した。また、鉄系MWCNT複合材料及び銅‐MWCNT材料における母相への浸炭は最大3ミクロンであり、CNTと銅の間に3ミクロン程度の銅層を導入することで、鉄中への浸炭を抑制できる。複合材料の熱伝導率が母材の3~5倍となる基本組成を複合側により算出し、Fe-30%CF-0.2%CNTを得た。この複合材料をCFが圧力方向と垂直な面に二次元配向するよう焼結したところ、鉄及びF82H複合材料の熱伝導率はそれぞれ母材の2.8倍、1.7倍となった。この鉄複合材料は焼結中の浸炭により純鉄と比較して高い硬度を示したが、引張特性については僅かな伸びの増加と強度低下が観られ、組織観察結果と併せて母相/CF界面の脆弱性が明らかとなった。作製した複合材料に対し電子線照射実験を行い、CF及びCNTの照射下安定性について評価した。CF及びCNTの結晶構造は照射温度に強く依存し、低温電子線照射下で急速な層間隔の増加とグラフェン層の非晶質化が観られた。一方、高温電子線照射の場合、CNTの結晶構造は300℃以上で、CFの結晶構造は400℃で比較的安定であり、照射によるフレンケル対の生成速度が消滅速度を下回る閾温度の存在を示した。
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