2015 Fiscal Year Research-status Report
電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基複合材料の界面層形成プロセスの開発
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26420677
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 克己 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教 (20337710)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学プロセス / セラミックス基繊維強化複合材料 / 界面層 / 導電性ポリマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積（EPD）法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的とする。
平成27年度は、導電性ポリマー被覆を施したセラミック繊維に対し、EPD法を用いた界面層形成プロセスについて、EPD条件及びEPD用懸濁液の調製条件を検討し、EPD法による界面層形成プロセスの最適化を図るとともに、これらのセラミックス繊維を強化材として、セラミックス基繊維強化複合材料を作製し、得られた複合材料の微構造評価、機械的特性、キャラクタリゼーションを行った。
導電性ポリマーを被覆したSiC繊維表面に、EPD法によるカーボン界面層の形成を試み、100nm以上の厚さを有するカーボン界面層を形成した（導電性処理繊維）。これらの繊維を強化材として、ポリマー溶液含浸・熱分解（PIP）法によりマトリックスを形成し、1次元SiCf/SiC複合材料を作製した。比較のため、カーボン界面層を形成していないSiC繊維（未処理繊維）、導電性ポリマーを被覆せずにEPD法を行ったSiC繊維（低導電性EPD繊維）を強化材とした複合材料も作製した。その結果、未処理繊維及び低導電性EPD繊維を強化材とした複合材料では、繊維引き抜けは見られず、モノリシックセラミックスと同様な脆性的な破壊挙動を示したが、導電性処理繊維を強化材とした複合材料は、繊維強化複合材料に特有な擬塑性的な破壊挙動を示し、繊維引き抜けも見られた。以上の結果から、低導電性SiC繊維表面に導電性ポリマーを被覆し、繊維表面に導電性を付与することで、EPD法により界面層の形成が可能であり、EPD法により優れた機械的特性を有するSiCf/SiC複合材料の界面層の形成が可能であることを明らかにした。
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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
本研究では、非導電性または低導電性セラミック繊維に導電性ポリマーを被覆することにより導電性を付与し、電気泳動堆積（EPD）法を用いた電気化学的アプローチによる高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスの開発を目的としている。
非導電性または低導電性セラミック繊維表面への導電性ポリマー被覆プロセスに関しては、プロセス条件の目処付けを終え、現在最適化を図っており、研究計画通りに進行している。EPD法を用いた界面層形成プロセスに関しては、カーボン界面層形成プロセスについては、プロセスの最適化はほぼ達成している。また、窒化ホウ素界面層形成プロセスについては、現在、EPD用懸濁液の調製条件及びEPD条件の最適化を図っており、平成28年度も引き続き行う。EPD法による非導電性Al2O3繊維へのリン酸ランタン界面層被覆に関しては、リン酸ランタン粒子の水系懸濁液の調製条件及びEPD条件を引き続いて検討中である。複合材料の作製プロセスに関しては、すでに最適化を達成しており、研究計画通りに進行している。また、特性評価及びキャラクタリゼーションについては、特に界面特性の評価について検討を行っており、平成28年度も引き続き行う。
以上のことから、現在のところ、本研究は研究計画通りにおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製した1次元SiCf/SiC複合材料及び1次元Al2O3f/Al2O3複合材料の特性・微構造評価及びキャラクタリゼーションを行い、得られた成果を導電性ポリマー被覆プロセス及びEPD法による界面層形成プロセスにフィードバックし、導電性ポリマー被覆及びEPD法による界面層形成プロセスの最適化及び確立を目指すとともに、高性能セラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層形成プロセスを提案する。また、セラミックス基繊維強化複合材料の特性発現に重要な界面特性をプッシュアウト試験により実施し、複合材料の特性と界面特性の結果をもとに、優れた特性を有するセラミックス基繊維強化複合材料の界面層設計指針を導出・提案する。さらに、セラミックス基繊維強化複合材料の界面層形成プロセスの確立に加えて、新規なセラミックスプロセシングとして、「ミクロスケール基材へのナノ-ミクロスケール粒子集積プロセス」の確立に向けた基本概念の提案を目指す。
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