化学気相浸透法によるセラミックス傾斜機能材の製造とプロセスモデリング

使用化学气相渗透法制造功能梯度陶瓷材料并进行工艺建模

• 批准号: 09750837
• 负责人: 河瀬 元明
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750837/
• 关键词: 傾斜機能材; C; Cコンポジット; 熱分解炭素; 炭化珪素; 液相含浸法; 化学気相浸透法; CVI; CVD; セラミックス複合材

本研究では、炭化珪素/炭素傾斜機能材(FGM)の母材部分と表面層を連続して気相合成することにより、組織の連続化をはかり、耐剥離性を向上させることを目指した。本年度の主な成果は以下の通りである。1. 化学気相成長法による炭化珪素ならびに炭素の共成長の速度解析 炭素原料として,プロパン,エチレン,ベンゼン,m-キシレンを用いて,熱分解炭素の成膜実験を行なった。また,これらの原料とジメチルジクロロシランを同時にCVD装置に供給して珪素含有炭素膜の成膜実験を行った。各原料について,成膜反応速度定数を求めたところ,炭素の単独成膜ではベンゼンからの成膜反応が最も速いことが明らかとなった。また,プロパンで認められた,ジメチルジクロロシラン添加による成膜の促進効果がベンゼンの場合には観察されないことがわかった。2. 繊維強化傾斜機能材の特性評価 温度勾配化学気相浸透法(CVI法)による傾斜機能材製造実験を行った。炭素繊維織物プリフォームを直接CVD反応により高密度化するには長時間を要することが明らかとなったため,フェノール樹脂を炭素繊維織物プリフォームに含浸,炭化し,予め高密度化してからCVIを行なうことにより,製造時間を短縮した。含浸の際に微細な細孔構造を残しておき,この細孔部分への炭素CVIと表面の組成傾斜層ならびに炭化珪素層のCVDとを一貫して行なうことにより,耐剥離性に優れたFGMを合成することに成功した。3. FGM製造プロセスの反応工学的モデリングと数値シミュレーション FGMで最も重要な組成傾斜層の製造プロセスについて,原料組成と得られる膜組成ならびに膜成長速度の関係を定式化し,共成膜の数値シミュレーションを行なった。計算結果は実験で得られた膜中の組成分布を良好に再現することができ,任意の組成分布をもつ傾斜層を作製するための原料組成の経時プロファイルを決定することが可能になった。

This study is aimed at improving the bonding and delamination resistance of carbon/carbon gradient functional materials (FGM) based on their parent material and surface layer. The main achievements of this year are as follows: 1. Analysis of the co-growth rate of carbon and carbon by chemical phase growth method Carbon raw materials are used in film formation by thermal decomposition of carbon. In addition, the raw materials and the film forming process of the carbon-containing film are simultaneously supplied to the CVD apparatus. For each raw material, the film formation speed is determined, and the carbon film formation speed is determined. In addition, the film formation promotion effect is observed in the case where the film is added. 2. Evaluation of Properties of Inclined Functional Materials by Temperature Matching Chemical Phase Infiltration (CVI) Method Carbon fiber fabrics are impregnated, carbonized, and densified by direct CVD, and the production time is shortened. Immersion of fine pore structure, fine pore part of carbon CVI surface composition inclined layer, carbonized silicon layer CVD, excellent peeling resistance, FGM synthesis 3. FGM production process is the most important component of inclined layer production process, raw material composition and film composition, film growth rate relationship is formulated, co-film formation process is carried out. The calculation results show that the composition distribution in the film is well reproduced, and the composition distribution of any composition is determined by the composition of the raw material.

项目成果

M.Kawase,T.Tago,M.Kurosawa,H.Utsumi and K.Hashimoto: "Chemical Vapor Infiltration and Deposition to Produce a Silicon Carbide-Carbon Functionally Gradient Material" Chemical Engineering Science. (印刷中).

M. Kawase、T. Tago、M. Kurosawa、H. Utsumi 和 K. Hashimoto：“化学气相渗透和沉积生产碳化硅-碳功能梯度材料”化学工程科学（正在出版）。

M.Kawase,T.Tago,M.Kurosawa,H.Utsumi and K.Hashimoto: "Production of a Functionally Gradient Material by Chemical Vapor Infiltration" Proceeding sof the 15th International Symposium on Chemical Reaction Engineering Newport Beach,Sept.,1998. 143-144 (1998)

M.Kawase、T.Tago、M.Kurosawa、H.Utsumi 和 K.Hashimoto：“通过化学气相渗透生产功能梯度材料”第 15 届国际化学反应工程研讨会论文集，纽波特海滩，1998 年 9 月。