自己修復性耐酸化機能を有する炭素基材料の開発に関する共同研究

• 研究課題/領域番号: 09044176
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究分野: 複合材料・物性
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 佐野 秀明 長崎大学, 工学部, 助手 (10253634)
• 研究分担者: WEI Yong?Liang 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; CHENG Hui?Ming 中国科学院, 金属研究所, 教授 ; 内山 休男 長崎大学, 工学部, 助教授 (50039690) ; GE SU 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; GE Su 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; UEI YongーLia 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; CHENG FuiーMi 中国科学院, 金属研究所, 教授 ; WEI YongーLia 中国科学院, 金属研究所, 助手 ; SHEN ZuーHong 中国科学院, 金属研究所, 教授 ; CHEN HuiーMin 中国科学院, 金属研究所, 教授 ; 小林 和夫 長崎大学, 工学部, 教授 (30225495)
• 研究期間 (年度): 1997 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 1998年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 1997年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
• キーワード: 炭素材料 / 炭化ホウ素 / 炭化ケイ素 / 複合材料 / 耐酸化性 / 機械的特性 / 酸化保護層 / 自己修復機能

研究概要

1.研究背景 高温構造材料として用いられる炭素材料は、不活性雰囲気下では2500℃もの高温でも使用でき、航空・宇宙関連材料、原子炉・核融合炉用材料、等として期待されている材料である。しかし、炭素材料には、高温・酸化性雰囲気下では酸化・損耗してしまう欠点がある。このため、世界各国で炭素材料への耐酸化性の付与が研究されているが、外部の耐酸化システムが破損した際の自己修復性を論じた報告はほとんどなく、本研究グループでは、信頼性の高い高温構造材料の研究・開発が必要であると考えた。
2.研究実施計画 本研究では、日本国長崎大学工学部の極限材料研究グループと中華人民共和国中国科学院金属研究所の先進炭素材料研究グループとが共同して、炭素マトリックスに炭化ホウ素および炭化ケイ素を添加し複合材料とした耐酸化特性を有する炭素基材料の開発することを目的とした。具体的には、両国で組成の異なる炭素基材料を作製し、材料の耐酸化性に及ぼすセラミックの添加効果を詳しく調べ、耐酸化性発現機構を解明する。その後、材料設計を行い自己修復機能を有する炭素基材料の開発を共同で行うことを目指した。
3.研究成果 両国で組成の異なる炭素基材料を作製し、それぞれの複合材料について乾燥雰囲気下での酸化特性などの物性を評価した結果、セラミックス粒子を分散させた炭素/セラミックス複合材料は、酸化後に表面酸化保護膜を形成して優れた耐酸化性を発現し、その発現機構を明らかにした。ついで、材料設計を行った複合材料を作製し、耐酸化性および機械的特性に優れた炭素基材料の開発に成功し、本複合材料は、自己修復機能を有することを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] W. G. Zhang: "Oxidation Kinetics and Mechanisms of Ceramic-Carbon Composites I. Modeling for the Nonreactive Ceramic Layer Type"Carbon. 36・7-8. 991-995 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] G. B. Zheng: "Effects of Borcn Addition on the Mechanical Properties of Carbon fiber Reinforced SiC Composites"Key Engineering Materials. 159-160. 393-398 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W. G. Zhang: "The Effects of Nanoparticulate SiC Upon The Oxidation Behavior of C-SiC-B_4C composites"Carbon. 36・11. 1591-1595 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] G. B. Zheng: "Preparation and Fracture Behavior of Carbon Fiber / SiC Composites by Multiple Impregnation and Pyrolysis of Polycarbosilane"Journal of the Cerami Society of Japan. 106・12. 1155-1161 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] W.G. Zhang, H.M.Cheng, T.S. Xie, Z.H. Shen, B.L.Zhou. SANO.H., UCHIYAMA,Y., KOBAYASHI,K.: "Oxidation kinetics and Mechanisms of Ceramic-Carbon Composites I. Modeling for the Noreactive Ceramic Layer Type"Carbon,. Vol. 36. 991-995 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] G.B.Zheng, SANO,H., UCHIYAMA,Y., KOBAYASHI,K.: "Effects of Boron Addition on the Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced SiC Composites"Key Engineering Materials. Vol. 36, No. 11. 159-160 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W.G.Zhang, H.M.Cheng, SANO,H., UCHIYAMA,Y., KOBAYASHI,K., L.J.Zhou, Z.H.Shen, B.L.Zhou: "The Effects of Nanoparticulate SiC Upon The Oxidation Behavior of C-SiC-BィイD24ィエD2C Composites"Carbon. Vol. 36,No.11. 1591-1595 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] G.B.Zheng, SANO,H., UCHIYAMA,Y., KOBAYASHI,K., SUZUKI,K., H.M.Cheng: "Preparation and Fracture Behavior of Carbon Fiber/SiC Composites by Multiple Impregnation and Pyrolysis of Polycarbosilane"Journal of the Ceramic Society of Japan. Vol. 106, No.12. 1155-1161 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] W.G.Zhang: "Oxidation kinetics and Mechanisms of Cevamic-Carban Composites." Carbon. 36・7-8. 991-995 (1998)
• [文献書誌] W.G.Zhang: "The Effects of Nanopavticulate SiC Upon The Oxidation Behavior of C-SiC-B_4C Composites." Carbon. 36・11. 1591-1595 (1998)
• [文献書誌] G.B.Zheng: "Preparation and Fracture Behavior of Carbon Fiber/SiC Camposites by Multiple Impregration and Pyrolysis of Polycarbosilane" Journal of the Ceramic Society of Japan. 106・12. 1155-1161 (1998)