ナノ制御粒界相を有する高温高硬度材料の作製及び産業分野への応用のための基礎的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560588
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 松下 純一 東海大学, 工学部, 助教授 (50281746)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新原 皓一 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (40005939)
• Keywords: ホウ化ケイ素 / ナノコンポジット / ホウ化物 / 高温材料 / 硬度 / 粒界 / 焼結 / 焼結体

Research Abstract

1000℃以上で、硬度低下が認められないあるいは低下が少ない優れた硬質セラミックス材料の開発をめざす。すなわち、ナノオーダーで粒界相を最適に制御したホウ化物系コンポジット(SiB_6-SiC-B_4C)の作製を行い、その材料の産業分野への応用展開に関する研究を目的とした。
本年度は、カーボンを添加したSiB_6の焼結性に及ぼすカーボン添加量の影響について、調べるためにカーボン源(出発原料)として、グラファイトを用い、SiB_6に0〜20mass%のグラファイトを添加し、30MPaの圧力下、1500〜1700℃、1時間、真空中でホットプレス焼結を行った。
得られた試料の相対密度は、1700℃の焼結条件で、カーボンの添加量が、5〜15mass%の試料が、最も緻密化し相対密度95%以上の焼結体を得ることができた。さらに、得られた焼結体試料の成分(構成相)の同定を行った。カーボンを添加した試料は、いずれも、ホウ化ケイ素(SiB_6)の回折ピーク以外に、炭化ホウ素(B_4C)および炭化ケイ素(SiC)の回折ピークを認めた。この結果から、添加したカーボンは、ホウ化ケイ素と反応し、炭化ホウ素(B_4C)および炭化ケイ素(SiC)を生成したものと考えられる。室温におけるビッカース硬度を調べる目的で、ホットプレス法によって作製した焼結体を、研削装置および研磨機を用いて、5x5x10mmサイズのビッカース硬度測定用試料に加工後、ビッカース硬度計(荷重1kgf、負荷時間30s)を用いて、室温におけるビッカース硬度の測定を行った。その結果、カーボン無添加のホウ化ケイ素の約22GPaに比べて、カーボンを5〜15mass%添加した試料の値は、約22〜24Gpaで、硬度の向上が認められた。