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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

建立氧化诱导自修复陶瓷背铸材料设计指南的基础研究

基本信息

批准号：
16J00237
负责人：
吉岡俊介
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

Acid-induced self-healing functions are expected to be used as components for next-generation aircraft. Acid-induced self-healing, crack generation, and self-healing of the healing agent inside the base material, crack filling, bonding, and field recovery of the strength of the component during high temperature and high temperature exposure. The Oi-ShC system is expected to be used for aircraft components with low reliability and high safety requirements. In the high temperature range, there is a possibility that the chemical reaction of the healing agent will proceed, the healing function will deteriorate, or the healing function will be lost. Cure function loss due to Oi-ShC crack development due to the usual high temperature and low strength of the same cause, high temperature and long time under the environment due to the lack of self-healing function life is necessary to discuss. The purpose of this study is to evaluate the functional life of Oi-ShC. This year, the impact of aging degradation and aging degradation on the healing ability of aluminum/ SiC composites was investigated by simulation of the most severe environmental conditions (1200C 1000 h) for aircraft components under medium pressure conditions. The results are as follows: ① Annual degradation treatment accompanied by the formation of internal acidified layer; ② The presence of internal acidified layer above a certain level; Ideal healing treatment (1300C 1h); Application intensity; Complete recovery; ③ The presence of internal acidified layer above a certain level; Crack; Complete filling; Maximum residual; 3:00 p.m. In the above, the internal acidification layer of the self-healing system is partially cured, and the growth of the self-healing system is accompanied by deterioration of the self-healing function. The results of this study are based on the evaluation of the life span of their own healing function.