ケイ化モリブデンとC/Cコンポジット界面でのアロイングと熱伝導率の変化

高い熱伝導性を示す炭素繊維/炭素複合材料(C/Cコンポジット)の開発に伴い、核融合炉のプラズマ対向材料として使用され始めている。しかし、核融合反応により発生する中性子によって、C/Cコンポジットの熱伝導率は著しく低下することや高熱負荷による浸食等の問題も指摘されている。これらの問題を解決する方法の1つとして、C/Cコンポジットとケイ化モリブデンとをコンポジット界面でアロイングし、得られたC/C基材の界面付近の相同定及び熱伝導率を調べた。その結果、炭素織り布に対して水平方向の基材とケイ化モリブデンを加熱処理した場合、基材の反応面には黒鉛、ケイ化モリブデン、酸化モリブデン及び炭化ケイ素の4相が確認された。炭化ケイ素の濃度は基材の深さ方向に向かって減少し、その生成割合は処理時間の増加に伴い増加した。垂直方向の基材とケイ化モリブデンを1h加熱処理した場合、基材反応面には黒鉛とケイ化モリブデンの2相が検出された。しかし、3及び6h加熱処理基材の反応面には前述した2相に加えて酸化モリブデン及び炭化ケイ素も認められ、炭化ケイ素の生成割合は加熱処理時間の増加に伴い増加し、基材の深さ方向に減少した。これら検出された各生成相はC/C基材中のマトリックス部分に生成しており、繊維部分での反応は認められなかった。水平方向の基材の熱伝導率は温度の上昇に伴い減少し、加熱処理時間の増加に伴い低下することが分かった。垂直方向の基材の1h加熱処理の場合も熱伝導率は温度の上昇に伴い低下したが、3h加熱処理基材の熱伝導率は1h処理基材より高く、6h加熱処理基材の熱伝導率は未加熱処理、1及び3h処理基材より高いことが明らかとなった。

高い熱伝導性を示す炭素繊維/炭素複合材料(C/Cコンポジット)の開発に伴い、核融合炉のプラズマ対向材料として使用され始めている。しかし、核融合反応により発生する中性子によって、C/Cコンポジットの熱伝導率は著しく低下することや高熱負荷による浸食等の問題も指摘されている。これらの問題を解決する方法の1つとして、C/Cコンポジットとケイ化モリブデンとをコンポジット界面でアロイングし、得られたC/C基材の界面付近の相同定及び熱伝導率を調べた。その結果、炭素織り布に対して水平方向の基材とケイ化モリブデンを加熱処理した場合、基材の反応面には黒鉛、ケイ化モリブデン、酸化モリブデン及び炭化ケイ素の4相が確認された。炭化ケイ素の濃度は基材の深さ方向に向かって減少し、その生成割合は処理時間の増加に伴い増加した。垂直方向の基材とケイ化モリブデンを1h加熱処理した場合、基材反応面には黒鉛とケイ化モリブデンの2相が検出された。しかし、3及び6h加熱処理基材の反応面には前述した2相に加えて酸化モリブデン及び炭化ケイ素も認められ、炭化ケイ素の生成割合は加熱処理時間の増加に伴い増加し、基材の深さ方向に減少した。これら検出された各生成相はC/C基材中のマトリックス部分に生成しており、繊維部分での反応は認められなかった。水平方向の基材の熱伝導率は温度の上昇に伴い減少し、加熱処理時間の増加に伴い低下することが分かった。垂直方向の基材の1h加熱処理の場合も熱伝導率は温度の上昇に伴い低下したが、3h加熱処理基材の熱伝導率は1h処理基材より高く、6h加熱処理基材の熱伝導率は未加熱処理、1及び3h処理基材より高いことが明らかとなった。