| 研究概要 |
炭化珪素(SiC)は高温強度に優れていることから、1273Kを超える超高温環境下での利用が検討されている。一般にSiCは耐酸化性に優れると考えられている。しかし、高温、低酸素分圧下においては、SiC+O2→SiO+COの反応が生じ、蒸気圧が高いSiOが形成され、激しい蒸発により酸化脆化が生じる。SiCの酸化脆化は、温度、酸素分圧ばかりでなく、焼結材料の粒界微細組織の相違にも依存するものと推察される。さらに、セラミック材料の力学的特性、機能特性は微量不純物の影響を強く受けることから、作製プロセスが同じであっても、添加元素の影響を受けることが予測される。そこで、本年度は、Siと同一周期で価数の異なるMg,Al,Pを添加した試料を作製し、粒界酸化脆性に及ぼす微量添加元素および粒界微細組織の影響を調べた。得られた結果を下記に示す。
1 高温酸化挙動に及ぼす微量添加元素の影響
いずれの試料も放物線的に酸化重量増加が生じた。特にMg添加材では、他の試料に比較し約1桁も酸化重量変化が大きいことが見出された。酸化表面のSEM観察から、Mg添加材では、粒界に沿って著しい粒界酸化が生じていることが明らかになった。また、酸化された試料を室温において3点曲げ試験を行い、破面を観察したところ、Mg添加材では粒界破壊が起こっていたのに対し、他の試料では主に粒内破壊が生じていた。
2 粒界酸化脆性に及ぼす粒界微細組織の影響
得られた多結晶試料の結晶粒方位分布、粒界性格分布などをFE-SEM/EBSP/OIM方位自動解析装置を用いて定量的に評価し、粒界微細組織に及ぼす微量添加元素の影響を調べた結果、微量元素の種類により粒界性格分布、特に耐酸化性が高いΣ3双晶粒界の存在頻度を有効に変化させうることが見出された。また、粒界酸化脆性は、粒径および粒界性格分布に依存し、試料中のランダム粒界の存在頻度が低く、粒径が小さいほど酸化脆性が抑制されることが明らかとなった。
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