2015 Fiscal Year Annual Research Report
炭素繊維強化複合材料と耐熱超合金の金属中間層を用いた高品位異材接合
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24560126
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
池庄司 敏孝 近畿大学, 次世代基盤技術研究所, 准教授 (40302939)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | C/C複合材 / ろう付 / 活性金属 / Nb合金 / 炭化物 / 熱膨張係数 / Ni基合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究によりＣ／Ｃ複合材とＮｉ基耐熱合金をろう材を用いた直接接合では，１０００℃超の高温域で接合を行うために，Ｃ／Ｃ複合材とＮｉ基耐熱合金の熱膨張係数（ＣＴＥ値）の差が大きいことに起因して接合後の冷却中に接合部にき裂が生じることが確認された．これに対して，接合部界面のＣＴＥ値を調整するためにろう材に炭素短繊維や黒鉛紛を混合して接合を試みた．結果として，炭素短繊維や黒鉛粉は接合中に界面から排出されたり，偏在がおきて凝固ろう層が均質にならず，界面層にき裂を生じたり，ろう層とＣ／Ｃ複合材の界面接合を阻害したりした。ここでいう界面接合とは界面に挿入した低融点合金，いわゆる，ろう材とＣ／Ｃ複合材が接合していることを指す。界面層のき裂はろう材とＣ／Ｃ複合材の界面ではなく，界面直下のＣ／Ｃ複合材内部や，界面層中央部に生じた。これらの結果から，ろう層を接合過程で複合材化することは困難と考えられた．
つぎに，より強固な界面接合を得るために，Ｃ／Ｃ複合材－Ｎｉ基耐熱合金接合用ろう材としてＮｉ－２７Ｃｒ－２０Ｎｂ合金粉末とＮｉ－１９Ｃｒ－１３Ｓｉ合金粉末を作成した．それぞれ，Ｎｂ，ＳｉがＣ／Ｃ複合材中のＣと反応して炭化物を形成する活性金属の役割を担い，強固な界面接合を得られると考えられた．Ｃ／Ｃ複合材板上のぬれ広がり試験では電子顕微鏡による微視的観察からＣ／Ｃ複合材とろう材の界面に空孔などは観察されず良好なぬれ性と界面接合が得られたと確認した．しかし，Ｃ／Ｃ複合材－Ｎｉ基耐熱合金の接合ではＣ／Ｃ複合材内部でのき裂が確認され，接合体として高い継手強度は得られなかった．これはＣＴＥ値のミスマッチに起因するものと考えられた．Ｃ／Ｃ複合材，Ｎｉ基耐熱合金には厚さ３ｍｍの板材を使用したが，これらに対して３ｍｍ以上の厚い界面層を形成する必要があることがＦＥＭ解析で示された．
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