大気環境暴露によるSiC繊維のナノ構造変化とその強度に及ぼす影響の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

SiC/SiC複合材の強化繊維として最も実用化が期待されているTyranno-SAについて1873Kまでの高温大気暴露を施し,力学試験・組織観察・X線回折実験および集束イオンビーム導入ノッチを用いた新規破壊靭性評価試験により,繊維劣化メカニズムの解明を試みた.一方で新規靭性評価法を他の物質・構造を待つ繊維系(85Al_2O_3-15SiO_2,α-Al_2O_3)に適用し,繊維構造と靭性の関係を調べた.主な結果は以下のとおりである.非晶質SiC繊維で靭性の低下が認められた1773Kにおいて,結晶質SiC繊維では靭性が低下せず,この繊維の高温大気暴露による劣化は,酸化によるボイド形成のみが原因であることが明らかとなった.したがってボイドの形成原因である粒界三重点の余剰炭素をなくす,酸化しない物質に置き換えるといった繊維作製プロセスの改良により,想定実用温度(1673K)より高温である1773Kにおいても強度劣化の起こらない繊維が得られることがわかった.一方で,多結晶および非晶質相を含む2種類のアルミナ繊維についても同評価を行った結果,前者ではアルミナ結晶粒に存在するボイドのためにバルクアルミナよりも低靭性となり,後者では非晶質SiC繊維と同様の靭性を示すことが初めて評価された.これらの結果から,高靭性かつ高温大気暴露後も高強度な繊維とは,非晶質相を含まない多結晶体であり,繊維中にボイドが存在せず,高温大気暴露により粒界偏折物が酸化されずに残る繊維であることが明らかとなった.現状のSiC/SiC複合材料の改良動向は,繊維酸化を防ぐためのマトリックス緻密化,複合材酸化を防ぐための耐環境コーティング技術の開発等であるが,本研究で得られた結果は,繊維作製プロセスの改良によっても高温大気暴露によって劣化しないSiC/SiC複合材を実現しうることを示す工業的にも価値の高いものである.