| 研究概要 |
セラミックス材料の力学的安全性と信頼性を向上させるには、その破壊様式を金属類似の塑性変形(応力とひずみが非線形の関係を示す)へ改善するとともに、破壊に要するエネルギーを大きくしてクラックの進展を阻止する必要がある。本研究では鉄筋コンクリートをモデルとして、鉄筋の役割をセラミックス長繊維にもたせ、砂、岩石に対応するフィラーとしてセラミックス微粉体を、そしてセメントに対応する反応性接着剤としてセラミックス収率の高い無機高分子を用いて材料合成を行うこととした。メディアン径1.7μmのムライト粉体(3Al_2O_3・2SiO_2)を水溶液に分散させ、このサスペンション中で直径11μmのSi-Ti-C-O繊維(Si 54.0,C 31.6,O 12.4,Ti 2.0 mass%)の織物を10枚積層させた。その後、この成形体を1100℃のアルゴン雰囲気中で1h仮焼した。積層材の開気孔にキシレン溶液に溶かしたポリチタノカルボシラン(Si 44,Ti 2,C 42,O 3,H 9wt%)を含浸し、アルゴン雰囲気中、1000℃で熱分解した。この工程を8回くり返し、積層材の緻密化を計った。合成した積層材の相対密度は約90%で、四点曲げ試験において著しい塑性変形を示した。最高強度は310MPaで、変位量1.6mmまでの破壊エネルギーは25kJ/m^2に達した。一方、高温の酸化雰囲気で使用できる複合材料をめざし、セリア被覆アルミナ長繊維/アルミナマトリックス系材料の開発を検討した。直径10-15μmのアルミナ繊維及びシリカ-アルミナ繊維表面を硝酸セリウムの熱分解物(CeO2)でコートした。これとアルミナマトリックスからなる積層材(繊維量48-57vol%)を1200℃の加圧焼結法で作製した。積層材は相対密度98%まで緻密化した。しかし、この材料はぜい性破壊を示し、繊維の引き抜き等は認められなかった。
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