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セラミックス基複合材料としてTi-C-Ni、Ti-Si-C系の固相一固相間の燃焼合成反応とガス圧燃焼焼結による緻密化挙動、およびNb-N-C、Ti-N系の固相一気相間の燃焼合成を解析し、以下の知見を得た。
TiC-Niでは、Ni系添加による燃焼合成温度の変化を実測し、熱力学計算による温度と一致することを確認し、理論的な断熱燃焼温度を反応制御パラメータに使える事が分った。又Ni添加による組織変化、機械的熱的変化を解析し、TiC/Ni傾斜材料設計の指針を得、その作成に成功した。
Ti-Si-C系では、Si組成が多い領域でTi_3SiC_2を含む高温安定相が凍結された焼結体となる。又、反応時にはTi_3-Si_3-SiC相であったものが、冷却時表面より低温安定相で高密度のTiSi_2-TiC系に相転移し、焼結体内部に気孔が残される場合もみられた。Ti組成が多いTi_5Si_3-TiC-Ti系では充分緻密化し、曲げ強度1115MPa、破壊靭性10MPa√<m>の良好な強度特性を示す複合材料が得られた。Ti-Si-C系では、新しい材料としてTi_3SiC_2焼結体の合成が期待される。
Nb-N-C系では、NbN_<1-X>Cx固溶体でX=0.8まで燃焼が継続し、良好な結晶性の固溶体粉末が合成された。燃焼温度と組成の関係を解析することにより、NbN_<1+X>Cx固溶体は、Nbの窒化燃焼がまず生じ、ついでその燃焼然によって炭化反応が進行する機構により合成されることが判った。
Ti-N系の窒化燃焼反応の解析から、Ti金属板上にTi粉末を燃焼剤として適量コーティングし、数MPaの窒素圧中で燃焼させることにより、瞬時に数μmのTiN層を形成する窒化処理法を開発した。
以上の解析により、固相一固相および固相一気相間の燃焼合成プロセスが解明でき、プロセスの制御により傾斜機能材料を含むセラミックス基複合焼結体、固溶体粉末合成、金属表面窒化処理等、種々の複合材料を作製し得ることがわかった。
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