粒界設計・制御による構造用セラミックスの耐摩耗性の向上

通过晶界设计和控制提高结构陶瓷的耐磨性

• 批准号: 14655061
• 负责人: 川原 浩一
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655061/
• 关键词: 炭化珪素; 耐磨耗特性; 微量添加元素; 湿度; SiC; 粒界; 磨耗; 添加元素; 酸化・水和反応

本研究は、優れた耐磨耗性を有する構造用セラミックス開発のための基礎的知見を得ることを目的として、硬度特性に優れ、耐磨耗性材料として期待されているSiCの粒界微細組織と耐磨耗性、破壊強度との相関を明らかにするとともに、最適粒界微細組織に関する知見を得ることを目的として行われたものである。住友大阪セメント製の超高純度SiC粉末を出発粉末とし、焼結助剤としてBを0.5mass%添加し、さらに微量添加元素として周期律表においてSiと同一周期で価数の異なるMg、Al、Pのいずれかを0.1〜1mass%添加してホットプレス法(2373k、40MPa、5min)により作製した焼結体を試料として用い、微量元素添加によるSiCの摩耗特性に及ぼす微量添加元素の影響を検討した。ホットプレスSiCの粒界微細組織は添加元素の種類に依存しており、粒径はP添加材、Al添加材、Mg添加材の順に大きくなること、Al添加材やMg添加材では粒界に微量添加元素の偏析が確認され、偏析量は粒界のタイプに依存しており、高エネルギーのランダム粒界に優先的に偏析することが明らかとなった。SiCの摩耗特性に及ぼす添加元素の影響は摩耗環境に著しく依存し、湿度60%の環境では微量添加元素の種類に依らずSiCの摩擦係数が約0.2であるのに対し、湿度30%の比較的ドライな環境下におけるSiCの摩擦係数は微量添加元素の有無あるいは種類に依存しており、無添加材の約0.8に対してMg添加材では約0.4と低下することが明らかとなった。摩耗試験後の表面観察およびSEM/EDX分析の結果、Mg添加材では摩耗痕近辺に紙縒り状のSiO_2が観察され、Mg添加材ではドライ環境下でSiO_2が形成され、形成したSiO_2が潤滑材として働くものと考えられる。

This study aims to obtain the basic knowledge of wear resistance, hardness characteristics, wear resistance and wear resistance of SiC grain microstructure, and to obtain the knowledge of wear resistance, wear resistance and wear resistance of SiC grain microstructure. Ultra-high purity SiC powder manufactured by Sumitomo Osaka is prepared by powder preparation, sintering aid, B, 0.5mass % addition, trace element addition, periodic table, Si, Mg, Al, P, 0.1 ~ 1mass % addition, and method of preparing SiC powder.(2373K, 40MPa, 5min) The wear characteristics of SiC sintered with trace elements and the effects of trace elements were investigated. The grain boundary microstructure of SiC depends on the type of additive element, the particle size of P additive, Al additive and Mg additive is large, the segregation of trace additive element in grain boundary of Al additive and Mg additive is confirmed, the segregation amount depends on the type of additive element in grain boundary, and the segregation of grain boundary with high priority is obvious. The friction characteristics of SiC and the influence of additive elements depend on the friction environment. The friction coefficient of SiC depends on the type of trace additive elements in the environment with humidity of 60%. The friction coefficient of SiC depends on the type of trace additive elements in the environment with humidity of 30%. Without additive, the ratio is about 0.8%. With Mg additive, the ratio is about 0.4%. The results of SEM/EDX analysis show that SiO_2 is formed in the surface of Mg doped materials in the vicinity of wear marks, and SiO_2 is formed in the surface of Mg doped materials in different environments.

项目成果

S.Tsurekawa: "Effects of Processing and Doping Elements on the Grain Boundary Microstructure and Mechanical Properties of SiC"Key Engineering Materials. 247. 331-334 (2003)

S.Tsurekawa：“加工和掺杂元素对SiC晶界微观结构和力学性能的影响”关键工程材料。

S.Tsurekawa: "The Control of Intergranular Oxidation Brittleness in Silicon Carbide by Grain Boundary Engineering"Materials Science Forum. (in press).

S.Tsurekawa：“通过晶界工程控制碳化硅中的晶间氧化脆性”材料科学论坛。

V.S.R.Murthy: "Interface in Ceramic Matrix Composites"Annales de chime Science des materiaux. Vol.27 Suppl.1. S113-S128 (2002)

V.S.R.Murthy：“陶瓷基复合材料中的界面”年鉴材料科学。

S.Tsurekawa: "The Control of Intergranular Oxidation Brittleness in Silicon Carbide by Grain Boundary Engineering"Key Engineering Materials. 247. 327-330 (2003)

S.Tsurekawa：“通过晶界工程控制碳化硅晶间氧化脆性”关键工程材料。

S.Tsurekawa: "Effect of Processing and Doping Element on the Grain Boundary Microstructure and Mechanical Properties of SiC"Materials Science Forum. (in press).

S.Tsurekawa：“加工和掺杂元素对SiC晶界微观结构和机械性能的影响”材料科学论坛。