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本研究課題は、反応ホウ化焼結法を利用した粉末冶金的手法を通してホウ素系複合材料を作製し、金属-ホウ素間の共晶現象を利用した相組織構造制御および熱電特性の高性能化に取り組んでいる。本年度は特に組織形成過程と熱物性の精査を行った。
3d遷移金属系の二元系ホウ素化合物を炭化ホウ素の原料粉末に添加し焼結体を作製した。添加する金属相中の金属元素種により熱電特性は大きく変化した。ホウ素化合物の濡れ性の良いNiは炭化ホウ素合成を促進しつつ、炭化ホウ素粒子間に濡れ拡がったため、炭化ホウ素粒子が微細化し熱伝導率が低減した。金属的性質であるNiB系が微細ではあるものの、組織内に均一に分散したため、電気伝導率は添加量の増加に伴い向上した。ホウ素化合物と濡れ性の良くないMnは、中間相が局在化し今のところ熱伝導率への影響はあまりみられなかった。
中間相の導入は、ホウ素化合物の生成を促進し、特に炭化ホウ素など、高温材料の合成においても非常に有効な手法であった。また、熱電的性質はホウ素ー金属間の濡れ性にも依存しており、特に微細組織の影響を受けやすい熱伝導率、そして金属相のパーコレーションによって伝導パス形成が示唆された電気伝導率は、添加する金属元素種に依存しやすいことが明らかになった。
今回、特異な挙動となったMnにおいて、炭素ホウ素比を変更して試料を合成し、熱電的性質を評価した。炭素含有量の多い領域(B/C=4.5)においては、Mn-B系化合物が局在することなく均一に分散したため、Ni添加時と同様に、金属添加量の増加に伴い電気伝導率は向上した。しかし、炭素含有量の多い領域ではMn添加に関わらず、熱起電力の増加はみられなかった。ホウ素量の増加に伴い、Mn-B化合物の局在化、粒成長が生じたため、Mn粉の微細化、粉体混合並びに焼結の最適化により、局在を解くことができれば、さらに熱電的性質が向上すると見込まれる。
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