Si-C-O系」繊維のアロイングによる微細構造制御と機械的特性

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11124213
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 矢野 豊彦 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (80158039)
• 研究分担者: 宮崎 広行 東京工業大学, 工学部, 助手 (30239389) ; 井関 孝善 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016818)
• キーワード: Si-C-O系繊維 / 繊維強化複合材 / 微構造観察 / コーティング / 機械的性質 / ホットプレス法 / ポリカルボシラン

研究概要

Si-C-O系繊維を用いて高密度の繊維強化複合材を得ることを目的として,ホットプレス法による焼結方法を検討した。すなわち、Si-C-O系繊維に、カーボン、BN等のコーティングを施し、制御した雰囲気、種々の温度で、SiCマトリックス複合材を作製し、その密度、機械的特性を測定した。さらに、複合材中のSi-C-O系繊維の微細構造を、高分解能電子顕微鏡観察、EDXにより分析した。Al-B-C系助剤添加の場合は、BNコーティングした繊維を用いることにより、破壊時に繊維の引き抜けが観察されたが、複合材の強度は高くなかった。Al_2O_3-Y_2O_3-CaO系を添加して作製した複合材においては、BNコーティングをした繊維を用いた場合の方が、焼結密度が高いが、脆性破壊を示し、複合化の効果は見られなかった。微細構造観察の結果、繊維コーティングが無い場合は、Al-B-C系助剤添加の場合にはAl_2O_3-Y_2O_3-CaO系助剤に比べて助剤成分の繊維への拡散は著しく、その結果、繊維中のSiC結晶の粒成長が促進され、繊維強度の低下をもたらすことが明らかとなった。BNコーティングをすることにより、Al-B-C系助剤添加の場合では助剤と繊維の反応はかなり抑えられるが、Al_2O_3-Y_2O_3-CaO系助剤の場合は、コーティングは拡散障壁とはならず、逆に焼結反応が促進される結果となった。Si-C-O繊維へのAlやY、Caの拡散は、結果的に繊維中のSIC結晶の粒成長を促進し、繊維強度の低下を招いた。Al_2O_3-Y_2O_3-CaO系助剤を使用し、BNコーティングをしたSi-C-O系繊維を用い、あらかじめポリカルボシランを含浸させて助剤成分の拡散を抑えることにより、良好な機械的性質を示すSiC/SiC複合材をホットプレス法により作製することができた。

研究成果

• [文献書誌] Katsumi YOSHIDA: "Microstructure and Mechanical Properties of Hot-Pressed Silicon Carbide Fiber-Reinforced Silicon Carbide Composite"Key Engineering Materials. 164-165. 217-220 (1999)
• [文献書誌] Toyohiko YANO: "TEM Investigation and Fracture Behavior of SiC/SiC Composites Fabricated by Hot-Pressing"Key Engineering Materials. 166. 135-138 (1999)
• [文献書誌] Katsumi YOSHIDA: "Room and Elevated-Temperature Mechanical Properties of Sic Fiber-Reinforced SiC Composite Fabricated by CVI and PIP Methods"J. Ceram. Soc. Jpn.. 108 [3]. (印刷中) (2000)
• [文献書誌] Katsumi YOSHIDA: "Room and High-Temperature Mechanical and Thermal Properties of SiC Fier-Reinforced SiC Composite Sintered under Pressure"J. Nuclear Materials. (印刷中). (2000)