• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2012 年度 実施状況報告書

高強度・高靱性型SiC繊維強化多孔質SiCマトリックス複合材料の開発と耐酸化性能

研究課題

研究課題/領域番号 24760560
研究機関京都大学

研究代表者

下田 一哉  京都大学, エネルギー理工学研究所, 研究員 (40512033)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード複合材料 / 炭化ケイ素 / セラミックス / ポーラス / 耐酸化性
研究概要

耐酸化性・耐食性と高温強度の両面をバランスよく1000℃以上の耐用温度を備える超高温材料の開発を目的に、新たな材料設計コンセプト(SiC繊維強化多孔質SiCマトリックス(SiC/ポーラスSiC))を考案した。本研究により、①結晶性の高くないSiC繊維の選択と反応焼結法によるマトリックス形成によって低コスト化に成功した。②マトリックス気孔率と繊維体積率の制御によってC界面を施すことなく200MPaを超える高強度化と擬延性挙動を兼ね備える革新的な高擬延性型SiC基複合材料の開発に成功した。③C界面を施した従来SiC/SiCと比較し、大気暴露後の800℃及び1100℃での強度・擬延性の顕著な向上を実証した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成24年度の研究計画に記載した、反応焼結法と脱炭処理によるポーラスSiCマトリックス形成させるプロセスの構築、強度特性(最大強度・破断歪み値)に及ぼす繊維体積率・気孔率の影響の解明は十分に達成した。また、平成25年度の研究計画に記載した1500℃までの大気暴露試験による温度毎の耐酸化機構の解明は今年度先取りで実施し、問題点をすでに抽出している。マトリックスの各物性値の数値計算から得られる破壊挙動のモデリングが現時点では実験とは多少異なっており、繊維で強化した複合材料独特の特徴を考慮した破壊挙動のモデリングが今後の課題である。

今後の研究の推進方策

今年度に行ったTD-DTA結果から、1200℃以上の急激な質量増加を伴う酸化がSiC/ポーラスSiCにも確認した。今後の研究として、まず大気暴露後の最大強度値・破断歪み値・破壊挙動の変化と気孔形状を中心とした微細組織・構造変化を電子顕微鏡で観察、解析を行い、SiC/ポーラスSiCの耐酸化機構を解明する。マトリックス部に気孔という特殊形状を有するSiC/ポーラスSiCは、暴露温度によっては大気暴露中気孔閉口というリスクも考えられることから、事前に1000℃程度の高温で高酸素分圧下におけるSiC独自の保護酸化機構(SiC+3/2O2=SiO2+CO)を利用し、以後の酸化を抑制する保護膜(緻密でSiC表面を完全に覆うSiO2相)の形成を並行して研究する。同様の1500℃までの大気暴露試験で保護膜の有無による気孔閉口抑制と耐酸化性向上を調べ、技術的にSiC/ポーラスSiCに適応可能かを検証する。

次年度の研究費の使用計画

国際学会1回、国内学会2回、京都大学への出張等の計40万円を旅費として計画している。試験片加工代、また京都大学でのXRD、SEM、TEM、FIB等の装置利用代金の95万円をその他として計画している。京都大学での装置利用の人件費の5万円を人件費・謝金として計画している。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2013 2012

すべて 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [学会発表] Development and Characterization of SiC Fiber-Reinforced Porous SiC Matrix Composites2013

    • 著者名/発表者名
      K. Shimoda, S. Maeta, T. Hinoki
    • 学会等名
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • 発表場所
      Limoges, France
    • 年月日
      20130623-20130627
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanical Properties of Porous Silicon Carbide Composites Following Exposure at Elevated Temperature in Air2013

    • 著者名/発表者名
      T. Hinoki, K. Shimoda, S. Maeta, N. Konishi, K. Toyoshima, T. Kawahara, A. Sato
    • 学会等名
      The 36th International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites
    • 発表場所
      Daytona Beach, Florida, USA
    • 年月日
      20130127-20130201
  • [学会発表] Oxidation Resistance of SiC Ceramic Fiber-Reinforced Composites2013

    • 著者名/発表者名
      K. Shimoda, T. Hinoki, S. Maeta
    • 学会等名
      The 51th Symposium on Basic Science of Ceramics
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 年月日
      20130109-10
  • [学会発表] Silicon Carbide Composites without Fiber/Matrix Interphase2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hinoki, K. Shimoda
    • 学会等名
      Numat 2012: The Nuclear Material Conference
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      20121022-20121025
  • [学会発表] 繊維強化型ポーラスSiC複合材料の耐酸化性2012

    • 著者名/発表者名
      下田一哉、豊島和沖、檜木達也、前田晋
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2012年季シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20120919-21
  • [学会発表] Porous Silicon Carbide Composites for LWR Cladding2012

    • 著者名/発表者名
      T. Hinoki, K. Shimoda
    • 学会等名
      2012 American Nuclear Society (ANS) Annual Meeting
    • 発表場所
      Chicago, IL, USA
    • 年月日
      20120624-28

URL: 

公開日: 2014-07-24  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi