| 研究課題/領域番号 |
21H01218
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
井上 遼 東京理科大学, 工学部機械工学科, 准教授 (60756295)
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| 研究分担者 |
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)
新井 優太郎 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 講師 (70844439)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | セラミックス基複合材料 / 溶融含浸法 / 毛細管現象 / 反応性濡れ / マルチフィジックス / 分子動力学 / 濡れ性 / 反応 / 溶融含浸 / SiC/SiC複合材料 / 界面 / CMC / CFD / 熱力学データベース / アーク溶解 / セラミックス複合材料 / マルチフィジックスシミュレーション / 力学特性 / 流体シミュレーション / 高温強度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セラミックス繊維織物中に溶融金属を含浸させ複合材料のマトリックスを形成させる溶融含浸プロセスを高度化し、既存の複合材料の耐熱限界を打破することを目的に行う。熱力学データベースを用いて溶融金属と反応を予測し、1500℃以上の耐熱性能を有するマトリックスを設計・その場形成させる。含浸不良を防ぐべく、プロセスの肝である固/液界面での反応層の形成を考慮できる流体シミュレーション手法を確立する。溶融含浸時に生じる現象を定量的に理解するとともに、気孔率5%以下の複合材料を創製できるプロセス条件を導き出す。
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| 研究成果の概要 |
SiC繊維強化SiCマトリックス複合材料の製造プロセスである金属Siの溶融含浸(MI)法について、プロセス中の含浸挙動をシミュレーションで再現した。MI法は溶融状態のSiと繊維プリフォーム内に形成させた炭素源との反応を利用しSiCをIn-situ形成させる方法であり、固/液界面で流路狭窄が生じる。本研究では界面で生じる反応生成物の影響を加味したマルチフィジックスシミュレーションを行い、流路閉塞を再現することに成功した。一方、含浸高さの実験結果とは差異が存在し、固/液界面で生じた反応生成物による濡れ性の変化による寄与が大きいことが分子動力学による解析からも明らかになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
SiC/SiC複合材料はジェットエンジンのタービンブレードなどへ社会実装されつつあり、従来材料に比べ軽量で耐熱性に優れるゲームチェンジャーである。一方、その製造方法は複雑で試行錯誤的に温度や圧力、時間などのプロセスパラメーターが決定されてきた。本研究の成果により、実験による検証回数を大幅削減に寄与することができる。また、新たな材料系に溶融含浸法を適用する場合にも有効活用が可能である。
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