炭化珪素のナノ化によるセラミックスの自己き裂治癒能力の高機能化

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炭化ケイ素のナノ化とき裂治癒が有効な温度領域の関係を調査した。炭化ケイ素のナノ化は、き裂治癒現象を導く炭化ケイ素の酸化反応をより低温度から活性にすることが可能であり、また、より高温度域で母材のすべり変形を抑制することが可能であると考えられる。このため、次式に示す自己複合化反応を用いてアルミナ/炭化ケイ素ナノコンポジッドの作成を行った。3(3Al_2O_32SiO_2)+8Al+6C=13Al_2O_3+6SiCこの手法を用いることで、10nmから30nmの粒径を持つ炭化ケイ素ナノ粒子をアルミナ粒内に生成することに成功した。この大きさは、市販の炭化ケイ素粒子の十分の1以下に相当する。このアルミナ/炭化ケイ素ナノ粒子は、1223K、10hの大気中熱処理によって、表面長さ100μmの半楕円き裂を完全に治癒することが可能であった。これは、既存のアルミナ/炭化ケイ素複合材において同様の現象を引き起こすのに比べ250K低い温度である。しかしながら、アルミナ/炭化ケイ素ナノコンポジッドの耐熱限界温度はアルミナ/炭化ケイ素複合材の耐熱限界温度と同じであった。以上のことから、本研究で開発したアルミナ/炭化ケイ素ナノコンポジッドは1223Kから1573Kの温度範囲においてき裂治癒が有効な構造材料として活用できることが分かった。これは、既存のアルミナ/炭化ケイ素複合材に比べ250K広い。