界面/微構造レベル空間での新炭素材料の創出

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09243104
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 安田 榮一 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (70016830)
• 研究分担者: 逆井 基次 豊橋技術大学, 物質工学系, 教授 (50124730) ; 奥 達雄 茨城大学, 工学部, 教授 (90224146) ; 松尾 陽太郎 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016608) ; 嶋田 志郎 北海道大学, 工学部, 教授 (90002310)
• キーワード: カーボンアロイ / 黒鉛 / ガラス状炭素 / 炭化ホウ素 / カーバイド / 組織制御

研究概要

カーボンのアロイングによる特性制御のサイトとして黒鉛結晶の配列すなわち組織ならびに界面を選び、ヨウ素になるピッチの電荷移動錯体やフラン樹脂への超音波の照射あるいは表面官能基の導入を行った。流れ組織を呈するピッチを前駆体とする炭素はヨウ素の導入により等方性モザイク組織へと移行し炭素収率を50%から一気に90%以上に上げることに成功した。また、超音波の照射によりフラン樹脂の重合過程を均一且つ迅速に行うことを可能にし、その結果、縮重合の結果生ずる重縮合水の除去を容易とし、これまで3mm以上の厚さのガラス状カーボンは亀裂が入ったり大きな気孔が入ってしまったものが、1cmでも均一なガラス状炭素を得ることに成功した。
また、炭化物の酸化過程に生成する炭素層の制御とその生成機構を検討した。その結果、金属-炭素-酸素の非平衡相図を作成し、これにより炭素膜の生成機構を説明できた。界面制御あるいは組織制御を行って作製したC/C複合材料の最適な力学的特性評価方法の検討を行った。その結果、C/C特有の層間セン断破壊をさける試験方法を開発することができた。
ヘテロアトムのアロイングの一つとして銅を選び、高温熱伝導率の向上に成功し、これにイオン照射を行って熱伝導率の変化について検討した。
黒鉛の層状結晶と類似のBNを用いて複合材料を作製し、炭素の耐酸化性の向上ならびに力学的特性の向上をめざして組織制御と界面制御の手法の開発にも成功した。

研究成果

• [文献書誌] K.Hoshi,M.Ishibashi,M.Utsunomiya,T.Akatsu,E.Yasuda and Y.Tanabe: "Microstructural Change of Furan Resin Derived Carbon by Addition of Carbonaceous Fine" Proc.of the International Symposium of Carbon,1998. P09-03. 16-17 (1998)
• [文献書誌] Y.Ohtake,Y.Matsumoto,A.Otsuka,H.Masumoto,E.Yasuda and K.Hatanaka: "Shear Fracture Properties of Three-Dimensional C/C Composites at Elevated Temperatures" Proc.of the International Symposium of Carbon,1998. CP10-01. 452-453 (1998)
• [文献書誌] Y.Matsuno,S.Kumagai and K.Yasuda: "Mechanical Properties of Carbon Fiber-Reinforced hBN Matrix Composites at Elevated Temperature" Key Engineering Materials. 164-165. 137-140 (1999)
• [文献書誌] T.Oku,A.Kurumada,T.Sogabe,T.Oku,T.Hiraoka and K.Kuroda: "Effect of Titanium Impregnation on the Thermal Conductivity of Carbon/Copper Composite Materials" Journal of Nuclear Materials. 257. (1998)
• [文献書誌] M.Li,M.Tsujimura and M.Sakai: "Crack-Face Grain Interlocking/Bridging of a Polycrystalline Graphite:The Role in Mixeed Mode Fracture" Carbon. (approved for publication). 59-66
• [文献書誌] M.Li,R.Matsuyama and M.Sakai: "Interlaminar Shear Strength of C/C-Composites:The Dependence on Test Methods" Carbon. (approved for publication).