高速一方向溶融凝固法による超高温耐熱強度材ファイバーの開発 〜ミクロ構造の制御〜

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10555254
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福田 承生 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30199236)
• 研究分担者: 和久 芳春 株式会社 超高温材料研究所, 山口研究所, 主幹研究員 ; 島村 清史 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90271965) ; 吉川 彰 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50292264)
• キーワード: 酸化物共晶体 / 高温強度 / 強化繊維

研究概要

本研究は、セラミック複合材料であるY_3Al_5O_<12>(YAG)/Al_2O_3(sapphire)共晶体、GdAlO_3(GAP)/sapphire共晶体の組織および構造をサブミクロンからナノスケールで制御することによって得られる耐熱強度特性に着目した材料開発研究に形状のミクロンスケール制御(ファイバー化)という概念を取り入れた研究てある。特に1700℃以上の超高温大気中で安定に使用できる耐熱強化繊維を目指し、その微細構造の制御、ファイバー径の制御法の確立、高品質・安定成長条件、結晶の均質性・完全性、高温強度特性等について基礎から応用まで幅広く研究を行った。特に以下のような結果が得られた。
1.微細組織の制御:共晶体を構成するYAGとsapphireまたはGAPとsapphireの微細組織を透過型電子顕微鏡の電子線回折像を利用して詳細に観察し、それら微細組織の方位関係を明らかにした。これは今後の共晶体成長メカニズム解明の鍵となるものである。
2.ファイバー径の制御:ファイバー作成時にはるつぼ先端にメニスカスを保持するが、このるつぼ先端の形状とファイバーの径の間に強い相関関係が存在するのをすでに見出しており、この解析結果を応用し、150μmφまでの細径化を実現した。
3.高温強度特性:引っ張り強度を室温(大気中)および1500℃(アルゴン中)において評価した結果、熱膨張率等の基礎物性値が明らかになった。引っ張り強度は、これまでに、室温(大気中)で927.3MPa、1500℃(アルゴン中)で576.5MPaという値が得られている。

研究成果

• [文献書誌] Akira Yoshikawa: "Growth of Al_2O_3/Y_3Al_5O_<12> eutectic fiber by micro-pulling-down method and its high temperature strength and thermal stability"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L55-L58 (1999)
• [文献書誌] Boris M.Epelbaum: "Microstructure of Al_2O_3/Y_3Al_5O_<12> eutectic fibers grown by μ-PD method"Journal of Crystal Growth. 198/199. 471-475 (1999)
• [文献書誌] Valery I.Chani: "Growth of Y_3Al_5O_<12>: Nd fiber crystals by micro-pulling-down technique"Journal of Ctystal Growth. 204. 155-162 (1999)
• [文献書誌] Akira Yoshikawa: "Microstructures in oxide eutectic fibers grown by a modified micro-pulling-down method"Journal of Crystal Growth. 205. 305-316 (1999)
• [文献書誌] Akira Yoshikawa: "Growth and diameter control of Al_2O_3/Y_3Al_5O_<12>,Al_2O_3/GdAlO_3 eutectic fiber by micro-pulling-down method and its high temperature strength and thermal stability"Ceramic Engineering and Science Proceedings. 20. 275-282 (1999)
• [文献書誌] Kenji Hasegawa: "Micorstructure and high temperature mechanical properties of sapphire/R-Al-O (R=Y,Gd,Er,Ho,Dy) eutectic fibers grown by micro pulling-down method"Journal of Korean Association of Crystal Growth. 9. 432-436 (1999)
• [文献書誌] Valery I.Chani: "Melt growth of(Tb,Lu)_3Al_5O_<12> mixed garnet fiber crystals"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2000)
• [文献書誌] Valery I.Chani: "(Tb,Yb)_3Al_5O_<12> garnet: crystal-chemistry and fibers growth by micro-pulling-down technique"Materials Science and Engineering B. (in press). (2000)
• [文献書誌] Valery I.Chani: "Grwoth of Tb_3Ga_5O_<12> fiber and bulk crystals using micro-pulling-down apparatus"Journal of Crystal Growth. (accepted).