| 研究課題/領域番号 |
22K04790
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
正木 匡彦 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00360719)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 炭素材料 / 溶接接合 / 凝固組織 / 接合 / グラファイト / 溶接 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目的は、新たな耐熱性構造材料として期待されている炭素繊維強化グラファイト（C-Cコンポジット）などの純グラファイト材料に対して、炭化ホウ素（B4C）を融剤とした溶接加工の技術を確立することにある。これまでの研究から炭化ホウ素を用いて高純度アルゴン雰囲気下（大気圧）における無酸素アーク溶接を行うことにより、焼結グラファイトやガラス状炭素（グラッシーカーボン）のロウ付けができることを見出した。本研究計画はその成果をさらに発展させ、自動車や航空機など超軽量構造材料としての用途が見込まれるグラッシーカーボンやC-Cコンポジットなどより強度の高い炭素素材の溶接接合の技術の確立を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、新たな耐熱性構造材料として期待されている炭素繊維―炭素複合材料（C-Cコンポジット）などの純グラファイト材料に対して、炭化ホウ素（B4C）を融剤とした溶接加工の技術を確立することにある。これまでの研究において、純グラファイトと炭化ホウ素は共融点を有し、炭化ホウ素を半田材料とした接合が可能であることを見出している。
本年度は、純グラファイトの溶接時の条件の詳細化と形成される組織の関係を調査した。グラファイトと炭化ホウ素の接触界面近傍では極めて微細な組織が形成されているが、ここに添加元素を導入することにより接合強度の向上が得られることが明らかになった。しかしながら、溶接条件（温度や時間）に依存して溶接部にグラファイトの大きな粒界が発生する場合があり、この粒界を微細化させるような添加元素の導入が必要であることが明らかになった。
これまでは焼結グラファイトを母材として接合強度の数値化を図り、いくつかの合金組成において母材と同程度の引張強度が得られることを明らかにした。また、引張試験の治具と試料の拘束部に特殊な処理を施すことで、測定値の精度・確度を向上させ、脆性材料である焼結グラファイトの強度試験を的確に行うことができるようになった。これと並行して、繊維強化型グラファイト（C-Cコンポジット）の溶接前の試料の作成を試み、焼結グラファイトと同じ形状の引張試験片を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度は溶接条件の詳細化と酸素濃度の把握を計画しており、溶接条件の詳細化については、アーク溶接の電流量や時間・炭化ホウ素と添加元素の最適組成など、最適な条件を見出すことができた。結果として、焼結グラファイトの母材と同程度の接合強度を得ることができている。酸素濃度の把握については、既存の計測装置の修理で対応することができ、溶接環境の酸素濃度の把握が可能となったため、安定した溶接ができるようになった。以上のことから、研究は順調に進捗していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度については、溶接部の組織の微細化とC-Cコンポジットの溶接接合を試みる。溶接部の微細化については、炭化ホウ素と合金組織を形成する添加元素を探索し、そのくみあわせや最適な組成を明らかにする。また溶接部の詳細な観察を行うため、所属の大学に既設のSEM，EPMAを活用する。C-Cコンポジットの溶接前の試料についてはすでに準備が完了しており、上記の条件が見いだされたのちに直ちに溶接試験を始められる状況にある。溶接条件をより正確に把握するため、申請時の計画にあるように高温の測定が可能な放射温度計を本研究費で導入する。
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