Development of Diffusion-Bonding Technique for SiC CMC using the principle of TLP-Bonding

炭化ケイ素（SiC）繊維結合セラミックスは構造材として優れた高温強度、耐食性、熱安定性を持つため、航空宇宙産業やエネルギー分野での応用が期待されている。しかし、加工や大型化が難しく、有効な接合技術の確立が急務となっている。我々はSiC繊維結合セラミックスの中間層を用いた拡散接合処理について研究してきた結果、界面で液相拡散接合（TLP接合）が発現した接合体は高い接合強度を示すことが分かってきた。そこで、SiC系材料をターゲットとした液相拡散(TLP)接合について調査した。2022年度はTLP接合反応を示すCu/Ti系の金属箔の組合せに対して、Cu/Tiの組成比が接合界面組織に与える影響についての調査を実施した。これまでの調査でCu単体、Ti単体のみではTLP反応は起こらず、1200℃の熱処理では十分な接合強度も得られないことが分かっている。金属箔の厚みをCuの比率が大きい条件と小さい条件で調整し、ホットプレス処理を実施した結果、処理を実施した全てのサンプルで堅牢なSiC接合体が得られた。作製した接合体の接合界面をSEMにより調査した結果、TLP接合反応が起こったと考えられる界面組織が観察された。さらに、ホットプレスによって形成された接合界面は金属箔の仕込み厚さに関係なく、Cuの比率が高いほど界面厚さが薄くなることが分かった。一般的に、界面に形成される化合物が同じであれば、接合界面は界面層が薄いほど接合強度が高くなることが知られており、界面厚さの制御は接合プロセスにおいて非常に重要である。今回の結果は金属の組成比によって金属中間層の仕込み厚さに関わらず、TLP接合界面の厚さを制御できる可能性を示すものとなった。なお、以上の成果は日本セラミックス協会の秋季シンポジウムおよび年会で報告している。

炭化ケイ素（SiC）繊維結合セラミックスは構造材として優れた高温強度、耐食性、熱安定性を持つため、航空宇宙産業やエネルギー分野での応用が期待されている。しかし、加工や大型化が難しく、有効な接合技術の確立が急務となっている。我々はSiC繊維結合セラミックスの中間層を用いた拡散接合処理について研究してきた結果、界面で液相拡散接合（TLP接合）が発現した接合体は高い接合強度を示すことが分かってきた。そこで、SiC系材料をターゲットとした液相拡散(TLP)接合について調査した。2022年度はTLP接合反応を示すCu/Ti系の金属箔の組合せに対して、Cu/Tiの組成比が接合界面組織に与える影響についての調査を実施した。これまでの調査でCu単体、Ti単体のみではTLP反応は起こらず、1200℃の熱処理では十分な接合強度も得られないことが分かっている。金属箔の厚みをCuの比率が大きい条件と小さい条件で調整し、ホットプレス処理を実施した結果、処理を実施した全てのサンプルで堅牢なSiC接合体が得られた。作製した接合体の接合界面をSEMにより調査した結果、TLP接合反応が起こったと考えられる界面組織が観察された。さらに、ホットプレスによって形成された接合界面は金属箔の仕込み厚さに関係なく、Cuの比率が高いほど界面厚さが薄くなることが分かった。一般的に、界面に形成される化合物が同じであれば、接合界面は界面層が薄いほど接合強度が高くなることが知られており、界面厚さの制御は接合プロセスにおいて非常に重要である。今回の結果は金属の組成比によって金属中間層の仕込み厚さに関わらず、TLP接合界面の厚さを制御できる可能性を示すものとなった。なお、以上の成果は日本セラミックス協会の秋季シンポジウムおよび年会で報告している。