SiC-AIN系強靭性固溶体と複合体の焼結合成と特性評価

炭化ケイ素(SiC)セラミックスは1500℃以上でも高い強度を示し耐熱性に優れており、窒化ケイ素よりもさらに高温で安定に使用できると期待されているが、室温強度と破壊靭性が十分でない欠点がある。本研究では、窒化アルミニウム(AIN)との固溶化(いわゆるセラミックアロイング)を行うことにより、従来の炭化ケイ素より高い強度と靭性を示すSiC-AIN系セラミックスを合成することができた。具体的に、まず、炭素還元反応法を取り上げ、平均粒径が約0.3mumのSiC-AIN固溶体および複合体粉末を合成できた。その反応課程と固溶体の組成範囲を詳しく調べ、合成反応モデルを提案した。次に熱間等方圧成形法により焼結固化を行い炭化ケイ素単体粉末より低い焼結温度で緻密なSiC-AIN固溶体および複合体を作製した。機械的性質を評価した結果、SiC-AIN固溶体と複合体はそれぞれSiC単体焼結体より2倍程度高い強度(最高値1000MPa)あるいは破壊靭性(最高値6.5MPam^<1/2>)を示し、SiCの強靭化に対してセラミックアロイングの有効性を明らかにした。さらに炭素還元反応法の他に、SiC粉とAIN粉の素粉末混合体を調製し、加圧焼結と常圧焼結法によりSiC-AIN系固溶体と複合体を作製し、組織観察、相分析および特性評価を行い、合成プロセスと特性との関係を明らかにした。本系材料は従来の炭化ケイセラミックスより高い強靭性を有すると共に、組成と組織を制御することにより熱伝導率などの物性を幅広く制御できる特徴があるため、遮熱性と耐熱性が要求される環境において使用できることが分かった。

炭化ケイ素(SiC)セラミックスは1500℃以上でも高い強度を示し耐熱性に優れており、窒化ケイ素よりもさらに高温で安定に使用できると期待されているが、室温強度と破壊靭性が十分でない欠点がある。本研究では、窒化アルミニウム(AIN)との固溶化(いわゆるセラミックアロイング)を行うことにより、従来の炭化ケイ素より高い強度と靭性を示すSiC-AIN系セラミックスを合成することができた。具体的に、まず、炭素還元反応法を取り上げ、平均粒径が約0.3mumのSiC-AIN固溶体および複合体粉末を合成できた。その反応課程と固溶体の組成範囲を詳しく調べ、合成反応モデルを提案した。次に熱間等方圧成形法により焼結固化を行い炭化ケイ素単体粉末より低い焼結温度で緻密なSiC-AIN固溶体および複合体を作製した。機械的性質を評価した結果、SiC-AIN固溶体と複合体はそれぞれSiC単体焼結体より2倍程度高い強度(最高値1000MPa)あるいは破壊靭性(最高値6.5MPam^<1/2>)を示し、SiCの強靭化に対してセラミックアロイングの有効性を明らかにした。さらに炭素還元反応法の他に、SiC粉とAIN粉の素粉末混合体を調製し、加圧焼結と常圧焼結法によりSiC-AIN系固溶体と複合体を作製し、組織観察、相分析および特性評価を行い、合成プロセスと特性との関係を明らかにした。本系材料は従来の炭化ケイセラミックスより高い強靭性を有すると共に、組成と組織を制御することにより熱伝導率などの物性を幅広く制御できる特徴があるため、遮熱性と耐熱性が要求される環境において使用できることが分かった。