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FRM / 金属間化合物 / SiC繊維 / 密着過程 / 反応過程 / 数値計算 / 条件設定 / 材料選択

長繊維強化金属(金属間化合物)基複合材料の作製はホットプレスを用いるものが主流である.ホットプレスで作製された複合材料の信頼性は,繊維とマトリックスの密着性および反応性に依存している.密着プロセスと反応層成長プロセスを予測できれば,事前にFRMの作製条件を絞ることが出来るはずである.ところが現在,このような立場に立って条件最適化システムを構築した例はない.本研究では,現在完成しつつある密着プロセス予測システムに,反応層成長プロセス予測システムを加えた.そして,ホットプレスによる複合材料作製条件の最適化システムを構築した.得られた結果および知見を以下に示す.
1.チタン,アルミおよびTi-A1金属間化合物をマトリックスとした複合材料の密着過程を予測計算する.実際に実験を行い,密着率の時間変化を観察した.いくつかの条件で計算結果との対比を行い,予測計算の妥当性が示された.適応限界としては,繊維間隔が十分広く,マトリックス箔が弾性体のブリッジを形成しない範囲であることが示された.
2.チタン,アルミおよびTi-A1金属間化合物をマトリックスとした複合材料の界面反応をEPMAおよびAugerで分析した.生成物および反応層の時間変化を観察した.界面反応速度の予測計算を行い,実験結果から決定したパラメーターを用いれば,反応層の成長を精度良く予測できる事が示された.
3.上述の2つの予測計算を組み合わせて作製条件最適化システムを構築した.従来,純チタンをマトリックスとしたFRMを作る事は,経験的に難しいとされ,A1やVの添加元素で反応層成長速度を下げる工夫が行われていたが,密着プロセスと反応層成長プロセスの検討からその経験が理論的に正しい事が裏付けられた.また今回はじめて作製した,Ti_3A1をマトリックスとしたFRMの作製条件も正しく予測する事ができた.

FRM / 金属間化合物 / SiC繊維 / 密着過程 / 反応過程 / 数値計算 / 条件設定 / 材料選択 / チタン / アルミニウム / チタンアルミ / Ti_3Al

チタン基FRMは耐熱性FRMとして最近有望視されている。しかし,マトリックスとしてCPTiやTi-6Al-4V合金を用いたFRMは,高温にさらされるとSiCとマトリックスの脆弱な反応層が成長し,機械的性質などに大きな影響を与える。そこで本研究では反応をかなり抑えられると考えられるTi-Al金属間化合物をマトリックスとして使用したFRMの作成およびその基本的性質の解明を目的とした。FRMの作製法はいくつか考えられるが,金属間化合物箔の間に繊維をはさみホットプレスする方法を用いた。結果および得られた知見を以下に示す。
1.密着性に関する検討
複合材料の機械的性質には繊維とマトリックスの密着性が影響する。密着に対する必要条件を明確化するために,マトリックスの組成変形機構とクリープ変形機構を取り入れた密着変形モデルを作り,数値計算を行った。その結果,変形密着過程をほぼ予測計算することができるようになった。さらに条件を代えて実験を行い,モデルの適応限界を明らにした。
2.界面反応に関する検討
複合材料の機械的性質に対しては,界面反応も重要となる。密着の達成される条件の中で,界面反応の影響が無視できる条件領域を以下の手法で探した。Augerによる界面反応物の同定,EPMAによる界面元素分布の分析,マトリックスの組織観察である。
3.機械的強度に関する検討
上述の検討で作製条件はある程度限られた。その条件の近傍で作製条件を設定し,機械的性質を調査した。箔と繊維を5〜10そう重ねたFRMをホットプレス装置で作製する。それから試験片を切り出し機械的性質を調査する。機械的性質および生成層の幅と作製条件の関係を詳細に調査した。機械的性質としては,常温強度,高温強度を調査し良好な結果を得た。

【研究分担者】
高橋邦夫	東京工業大学	工学部	助手	(Kakenデータベース)
鈴村暁男	東京工業大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
高橋邦夫	東京工業大学	工学部	助手	(Kakenデータベース)
鈴村暁男	東京工業大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)