複合材料補強に使用される炭化ケイ素繊維
炭化ケイ素繊維は炭素とケイ素を主成分とする一種の高性能セラミック材料である。形態的にはウィスカーと連続炭化ケイ素繊維に分けられ、高温耐酸化性、高硬度、高強度、高熱安定性、耐食性、低密度などの長所がある。
炭素繊維に比べ、炭化ケイ素繊維は過酷な条件下でも良好な性能を維持することができる。その性能の良さから、航空宇宙、軍事兵器、装備などのハイテク分野で注目され、耐高温材料や補強材料としてよく使われている。また、準備技術の発展により、炭化ケイ素繊維の応用は徐々に先進的なスポーツ用品、自動車排ガス集塵などの民生工業の方面にも拡大されている。
炭化ケイ素マトリックス複合材料
科学技術の発展に伴い、航空宇宙、軍事兵器、設備などの分野で高温材料の性能に対する要求が高まっている。高温材料には、高強度、高弾性率、優れた耐薬品腐食性、耐クリープ性、耐酸化性、耐疲労性など、高温環境下での優れた特性が求められます。炭化ケイ素繊維は、このような面で優れた特性を持ち、セラミックスや金属マトリックスとの相溶性も良いため、これらの分野で注目され、複合材料の強化に利用されている。
* セラミック基複合材料
セラミックスマトリックス複合材料とは、セラミックスマトリックス中に強化材を導入し、導入した強化材を分散相、セラミックスマトリックスを連続相として形成した複合材料を指します。現在、炭化ケイ素強化セラミックマトリックス複合材料の調製には、主にCVD法と活性炭繊維転換法が用いられています。
航空宇宙分野では、セラミックマトリックス複合材料は主にエンジンのホットエンド部品に使用され、テールノズル部品、燃焼室、アフターバーナー、タービン外輪、ガイドベーン、回転翼などが含まれます。これらの部品は、高温材料の高い性能を必要とします。
* 金属基複合材料
金属基複合材料は、金属材料と非金属材料の両方の性質を併せ持つ材料です。単一材料に比べ、耐摩耗性、靭性、熱膨張率、導電性などの機械的・物理的特性が優れている。
炭化ケイ素繊維で強化された金属基複合材料は、比強度、比剛性、熱膨張係数、熱伝導率、耐摩耗性などの面で優れた性能を有し、適格な金属基複合材料の製造が容易である。また、ボロン繊維に比べて製造コストが低く、航空宇宙、軍用武器・装備、スポーツ用品、自動車などの民生産業で幅広く応用できる見込みがある。
金属基複合材料の一般的な調製法には、粉末冶金法、スプレー蒸着技術、鋳造法、高エネルギー超音波再結合法、その場再結合法などがあり、粉末冶金法が最初に使用された。技術原理とプロセスの違いにより、これらの調製法によって製造された複合材料の特性は異なっており、それぞれの方法にはいくつかの欠点がある。例えば、溶射技術は調製サイクルが短く、生産効率が高いが、装置が高価で、気孔率が高く、原料の損失が大きいなどの欠点もある。
一般的な炭化ケイ素金属マトリックス複合材料には、炭化ケイ素強化アルミニウムマトリックス複合材料、炭化ケイ素強化チタンマトリックス複合材料、炭化ケイ素強化マグネシウムマトリックス複合材料、炭化ケイ素強化銅マトリックス複合材料などがあり、炭化ケイ素強化チタンマトリックス複合材料とアルミニウムマトリックス複合材料に関する研究は多い。
数十年にわたる研究開発の結果、炭化ケイ素繊維の調製法と特性は大幅に改善されました。その中で、前駆体転換法の調製技術は比較的成熟しており、活性炭繊維転換法は炭化ケイ素繊維の工業生産を実現するための重要な研究方向である。また、炭化ケイ素繊維強化セラミックマトリックス及び金属マトリックス複合材料の応用は、航空宇宙及び軍事分野から民生工業分野へと徐々に拡大している。
