酸化誘起型自己治癒セラミックスのバックキャスト型材料設計指針構築のための基礎研究

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酸化誘起型の自己治癒機能を有するセラミックス(Oi-ShC)は、次世代航空機エンジンのタービン用部材として期待されている。酸化誘起型の自己治癒とは、き裂の発生により母材内部の治癒発現物質が高温大気中へ暴露される際の酸化反応を利用してき裂を充填・接合し、部材の強度をその場で回復する自律的機能である。この自己治癒により、Oi-ShCは予期せぬ突発的なき裂発生による信頼性低下を回避できるため、高度な安全性が要求される航空機用部材として有望である。しかしながら、実装が期待される高温域では治癒反応が不活性であるべき状態でも治癒発現物質の化学反応が進行し、治癒機能が劣化もしくは喪失する可能性がある。治癒機能を喪失したOi-ShCはき裂発生により通常のセラミックスと同様の強度低下を引き起こしてしまうため、高温かつ長時間の実稼働環境下における自己治癒機能の寿命に関する議論は必要不可欠である。そこで本研究では、Oi-ShCの自己治癒機能寿命の評価手法の提案を目的とした。本年度は、航空機エンジンの中圧タービン翼への実装が想定されるalumina/ SiC複合材を最も過酷な実稼働環境を模擬した雰囲気（1200C 1000 h 大気中）で経年劣化させ、その劣化が自己治癒能力に与える影響を調査した。その結果、①経年劣化処理に伴って内部酸化層が生成すること、②ある一定以上の内部酸化層を有する場合、理想的な治癒処理（1300C 1h）を施しても強度が完全に回復できないこと、③ある一定以上の内部酸化層を有する場合、き裂は完全に充填されずに最大欠陥として残存すること、の３点が明らかになった。以上より、自己治癒セラミックスの内部酸化層部分では自己治癒機能が発現できず、その成長に伴って自己治癒機能が劣化していくことが明らかになった。これらの結果を基に、自己治癒機能寿命の評価手法を提案した。