化学気相浸透法による炭化珪素/炭素傾斜機能材料の製造とプロセスモデリング

• 研究課題/領域番号: 07455313
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 反応・分離工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 橋本 健治 京都大学, 工学研究科, 教授 (20025919)
• 研究分担者: 向井 紳 京都大学, 工学研究科, 助手 (70243045) ; 河瀬 元明 京都大学, 工学研究科, 助手 (60231271) ; 増田 隆夫 京都大学, 工学研究科, 助教授 (20165715)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 8,700千円 (直接経費: 8,700千円); 1996年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 1995年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
• キーワード: 傾斜機能材料 / セラミックス複合材 / C / Cコンポジット / 炭化珪素 / 化学気相浸透法 / 数値シミュレーション / CVI / CVD

研究概要

本研究では、炭化珪素/炭素傾斜機能材料を化学気相浸透法で作成することにより、製造時間の短縮ならびに、耐剥離性の向上を目指している。
昨年度作成した実験装置を使用し、繊維強化傾斜機能材料の製造実験を行なった。炭素と炭化珪素の成膜の反応原料には、1,1,2-トリクロロエタンとジメチルジクロロシランを用いた。既存のX線マイクロアナライザーを用いて、珪素と炭素の元素分布分析を行ない、昨年度提出した化学気相浸透法の数値モデルと炭化珪素ならびに炭素の成膜速度式を用いた数値シミュレーションの結果と比較を行なった。その結果、炭化珪素と炭素を同時に成膜した場合には、観察される成膜速度が大幅に低下し、シミュレーションから予測される組成よりも炭化珪素が少なくなることが明らかとなった。プロセスの最適化と製品品質の制御のためには、数値シミュレーションが不可欠である。そこで、管型熱CVD装置を用いて、炭化珪素と炭素の共成膜の反応機構の解析を行なったところ、炭素の混入により炭化珪素の結晶成長が妨げられることを明らかとなった。また、昨年度作成した装置では、ヒーター自体への成膜があり、長時間の安定した運転が困難であり、機械的特性評価に耐えられるだけのサンプルを得ることはできなかった。そこで、実験装置を外熱式に改造し、実験を継続中である。最後に、文献データを援用し、最適な炭化珪素/炭素の組成分布について検討した結果、予め作製した炭素/炭素複合材の上に傾斜コーティングを行なっても、母材部分の炭素とコーティング層炭素の界面において、剥離が生じることがわかった。これを避けるには、基材となる炭素/炭素複合材部分から炭化珪素の成膜を行なう必要がある。最適なクロスオーバー量については、今後も継続して実験を行ない明らかにしていく予定である。