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空隙率が低く高温特性に優れたセラミックス繊維/SiC複合材料の製造方法

シーズコード S000005084
掲載日 2001年11月21日
研究者
  • 香山 晃
  • 野田 哲二
  • 荒木 弘
研究者所属機関
  • 京都大学 エネルギー理工学研究所
  • 独立行政法人 物質・材料研究機構
研究機関
  • 京都大学 エネルギー理工学研究所
技術名称 空隙率が低く高温特性に優れたセラミックス繊維/SiC複合材料の製造方法
技術概要 原子力、航空宇宙分野等の特殊環境や極限環境で使用される材料として、SiCやCなどが有望視されており、特に欠点となる脆さを解消するために、SiC繊維やC繊維で強化した複合材料の開発が進められている。この中でも特に、セラミックス繊維/SiC複合材料が注目されている。本製造技術により、このような複合材料の従来の課題である低空隙率(~20%)を解消し、90体積%を越える高緻密度をもち、SiC本来の特性を活用した高温特性に優れたセラミックス繊維/SiC複合材料を得ることに成功した。製造プロセスは、SiC繊維またはC繊維の成形体を1~3MPaで加圧し、加圧状態の繊維成形体にアルキルクロロシランを浸透させ、その熱分解反応により生成したSiC相で隣接するSiC繊維又はC繊維を相互に結合させた後に、繊維成形体を加圧状態から開放し、更にアルキルクロロシランの熱分解によりSiC相を繊維成形体の内部に析出させる。アルキルクロロシランは、繊維成形体を900~1200℃に加熱保持することにより熱分解してSiC相を析出する。このような、加圧状態と加圧解除状態の2段階でSiC相を析出させることにより、繊維成形体の内部空隙をSiC相のマトリックスで充填した、緻密度の高い複合材料が得られた。図1、図2に、得られたSiC繊維/SiC複合材料の組織写真、80倍と800倍をそれぞれ示す。この場合の空隙率は5体積%であった。
画像

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従来技術、競合技術の概要 SiCは高温特性には優れているが、それ自体は脆いという欠点を克服するためSiC繊維/SiC基複合材料の開発が進められている。マトリックスとなるSiC相を形成する方法として、クロロシランの熱分解を利用する方法が一部に採用されているが、通常の方法では、所定の形状に成形された繊維成形体の内部空隙が十分充填されない部分が生じやすく、最終的な空隙率を20%以下にすることは困難であった。
研究分野
  • セラミック材料
  • セラミック・陶磁器の製造
展開可能なシーズ 加圧状態と加圧解除状態の2段階において、アルキルクロロシランの熱分解でSiC相を析出させる方法による高緻密度の SiC繊維/SiC複合材料の製造方法。
用途利用分野 耐熱性や対磨耗性に優れた材料
原子力・航空宇宙等の特殊環境用材料
研究の進捗状況 基本技術開発は完了している。
関連発表論文 (1)Kotani,M.; Kohyama,A.; Okamura,K.; Inoue,T. Fabrication of High Performance SiC/SiC Composite by Polymer Infiltration and Pyrolisis Methods. Ceramic Engineering and Science Proceedings, 20, 4, 1999, p.309-316.
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 CRESTタイプ 研究領域「環境低負荷型の社会システム」
研究報告資料
  • 香山 晃. 環境低負荷型の社会システム 低環境負荷エネルギー用複合機能構造材料の開発. 戦略的基礎研究推進事業 平成11年度 研究年報,2000. p.1111 - 1118.
出願特許   特許 国際特許分類(IPC)
( 1 ) 独立行政法人物質・材料研究機構, . 香山 晃, 荒木 弘, 野田 哲二, . セラミックス繊維/SiC複合材料の製造方法. 特開平11-335171. 1999-12-07
  • C04B  35/52     
  • C04B  35/571    
  • C04B  35/80     

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