B-05 放電プラズマ焼結法を用いたカーボンナノコイル添加 炭化ケイ素の

Ｂ-05 放電プラズマ焼結法を用いたカーボンナノコイル添加
炭化ケイ素の作製とその評価
化学環境部 化学材料系
化学環境部
○ 長谷川泰則、垣辻篤、久米秀樹
野坂俊紀
研究背景
CNCを活用した複合材料
カーボンナノコイル（CNC
）
カーボンナノコイル（CNC）
カーボンでできたコイル形状のナノチューブ
○ 高分子（樹脂）との複合化：
これまでいくつかの報告あり。
例） 電磁波吸収材、触覚センサ等
優れた機能性フィラー
として期待！
<主な特長と考えられる用途>
・軽量
一方・・・
・高い電気伝導性
● セラミックスとの複合化：
⇒ 透明導電膜、燃料電池・キャパシタの電極材
これまで報告はほとんどなし。
・優れた機械的性質 (強靭なバネとしての強度)
⇒ 構造材や制振材、等
高付加価値を付与した
CNCとセラミックス
・電磁波に活性なコイル構造
新規なセラミックス
とのナノ複合化
⇒ 電磁波吸収材、等
1 µm
の創製
研究内容
実験方法
代表的な高温構造材
SiC粉末とCNCとの混合：スラリー混合法
（分散剤は使用せず）
SiC (炭化ケイ素)
長所： 高硬度・優れた耐熱性及び耐食性、等
短所： 難焼結性・低強度、等
SiC-CNC混合粉体の焼結：放電プラズマ焼結法＊
（焼結前の予備加圧はなし）
強化材として
CNC
SiC-x CNC焼結体 (x: CNC添加量, wt%)
CNC添加SiC (SiC-CNC)複合材料
又、比較として同条件にてSiCにB-C系焼結助剤を添加した試料も作製。
＊） 一軸加圧下でON-OFF直流パルス通電を用いた加圧焼結法。
短時間で緻密な焼結体を得ることが可能。
CNCがSiCの機械的特性に及ぼす効果を検討
研究結果
SiC-5CNC
相対密度：84%
40
SiC (B-C系焼結助剤入り)
相対密度：81%
相対密度：100%
1800℃
相対密度：99% 焼結助剤は未使用
相対密度：90%
20
○： 1800℃焼結
●： 2000℃焼結
UP
10
0
SiC
SiC
SiC
-5CNC (助剤入り)
CNCの添加により、
・ 助剤を使用せずに、微細な粒子からなる緻密なSiC焼結体が得られた。
・ SiCやSiC(焼結助剤入り)と比較 し、硬度は大きく向上。
(← 粒子の微細化、緻密化等による効果）
SiC結晶粒成長
を抑制・緻密化
2000℃
UP
30
硬度 (GPa)
SiC
ビッカース硬さ
一般的なSiC焼結体
焼結体の破断面
破壊靭性（ねばり強さ）
総括
IF法 (圧子圧入法, 新原の式)*により算出
＊) ビッカース圧子を試験面に押し込むことで生じる圧痕及び、クラックの長さを測定することで靭性を求める方法。
SiC (焼結助剤入り)
3.0 MPa・m1/2
高靭化
SiC-5CNC
5.8 MPa・m1/2
高靭性セラミックスに特有
クラックは粒界、
粒内を無差別に直進
クラックの偏向、ブリッジングを確認
CNC添加SiC複合材料
難焼結性のSiCセラミックスに対し、CNCを添加する
ことで
・ 硬度は大きく向上 (⇒ SiCの長所を伸ばす！)
・ 焼結助剤を使用せずに緻密でかつ高靭性化
（⇒ SiCの短所を改善！）
新規な高温構造材料や耐磨耗材料
としての応用を目指す