有機高分子から創製されたセラミックスの結晶化と超塑性

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これまでに本研究者らは,ポリボロシラザン高分子を前駆体とした非晶質Si-B-Nセラミックスの生成過程を報告してきた.非酸化物系結晶質セラミックスが高温で超塑性を示すか否かについてはまだ明らかにされていない.そこで本報告では,非晶質Si-B-N-Cセラミックスをより高温で二次焼結して結晶性セラミックスを作製し,その結晶化挙動とボロンの添加効果・微細結晶化条件を調べることを目的とした.ポリシラザンとトリスジメチルアミノボラン系を用いトルエンを溶媒としAr雰囲気で2週間の環流を行い,溶媒除去後Ar雰囲気において673Kで6時間加熱し,架橋反応によりポリボロシラザン高分子を合成した.同高分子を粉砕・分級(<75mm)・成型(CIP:60MPa)後,Ar雰囲気において1273Kで2時間の一次焼結を行い,非晶質Si-B-N-Cセラミックスを合成した.続いて同セラミックスをAr雰囲気でより高温で熱処理して結晶性セラミックスを作製した.非晶質セラミックスの構造の同定にはFT-IRおよび固体NMRを,結晶性セラミックスの結晶相はXRD(CuKa_1,モノクロメーター)を用いて調べた.ポリシラザン,ポリボロシラザンのAr,NH_3雰囲気中1273Kの熱処理でSi-C,Si-N結合を持ったセラミックスが生成することがFT-IRおよび元素分析により明らかになった。非晶質Si-B-N-CセラミックスをAr雰囲気で2時間,所定の温度で二次焼結を行った.これよりポリボロシラザン高分子から合成された非晶質セラミックスは,1773Kにおいても結晶化していないことがわかった.1873Kからβ-SiCが生成し始め,その結晶子サイズは49.1nmと非常に微細であることが確認された.Si_3N_4が生成しなかったのは,Nと結合したBがSi_3N_4の生成を妨げたためではないかと考えられる.以上のように,ポリシラザンに分子レベルでボロンが結合した有機高分子から創製された非晶質Si-B-N-Cセラミックスから数十nmの結晶子サイズからなるセラミックスが合成されることが示されたので,来年度は,これら結晶質セラミックスの高温における機械的性質を調べ,非酸化物・結晶性セラミックスの高温超塑性の可能性を明らかにしたい.