窒化珪素基新規固溶体の作製と評価

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共有結合性が強い窒化物,炭化物,ホウ化物等の非酸化物セラミックスは,その強固な化学結合に由来して,高温でも高強度を示すことが知られており,21世紀を支える高温・構造材料として期待されている.しかしこの強固な化学結合は,材料の難焼結性や難加工性と密接に関係し,これらの材料の工学的有用性を低下させているのが現状である.本研究では非酸化物セラミックス中のイオンの一部を,他のイオンで置換(固溶)することにより,原子間結合の共有性/イオン性を人工的に制御して,非酸化物セラミックスの諸特性(とくに力学物性)を改良することを目的とした.まず,共有結合性の強い窒化ケイ素にアルミナを固溶させて調製されているサイアロンセラミックス中の粒界ガラス相を,固溶反応を利用して消失させた後,高温域までの弾性率と内部摩擦を測定した.その結果,粒界ガラス相を消失させる操作は,この種の材料の高温・構造特性を飛躍的に向上させ得ることを明らかにできた.次に,同じく共有結合性の強い炭化ケイ素の単結晶を,窒化アルミニウム粉末中に埋め,これを高温・高圧処理することによって,SiとAlの相互固溶が生じること,および,この固溶反応は炭化ケイ素の相変態の温度変化に影響を与えることを明らかにした.この研究では,炭化ケイ素単結晶の表面に発生するエッチピットの形態と密度を統計的に調査し,高温・高応力条件下における炭化ケイ素セラミックスの耐久性の向上に関する基礎科学的なデータを蓄積できた.