炭素と金属との反応素過程と自己修復型耐酸化炭素材料の開発

碳与金属的基本反应过程及自修复抗氧化碳材料的研制

基本信息

批准号：
09243236
负责人：
山本修
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kanagawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09243236/
关键词：
炭素ムライト薄膜傾斜材料耐酸化性ソル-ゲル法固相反応

项目摘要

炭素材料は高温域において優れた比強度及び高い安定性を示すことから、航空機の断熱材や高温ガスタービンなどの超耐環境性材料として期待されているが、500℃以上の酸化性雰囲気下において容易に酸化されることが欠点となっている。そこで本研究では、炭素材料に炭化ケイ素の濃度傾斜層を付与し、さらにその表面上に高温安定性の高い酸化物セラミックス薄膜を被覆した。そして、炭化ケイ素濃度傾斜層の形成過程及び薄膜被覆条件を調べ、1400℃における耐酸化性の検討を行った。炭素基材とシリコンとを固相反応し、得られた基材の表面及び断面をXRD及びEDX測定により調べた結果、加熱処理雰囲気中の微量の酸素によりシリコンが酸化され、一酸化ケイ素となって基材表面気孔を介して拡散し、炭化ケイ素の濃度傾斜層が形成することが明らかとなった。セラミックス被覆膜としてムライトを選択し、ゾル-ゲル法により炭化ケイ素傾斜材表面上に被覆した結果、その最適膜厚は約1.0μmであることがわかった。この形成薄膜の密着性は良好であり、基材からの剥離は認められなかった。被覆炭化ケイ素傾斜基材の耐酸化性は、1400℃までの空気気流中において全く酸化されず、極めて高い耐酸化性を示した。また、1400℃から液体窒素温度までの急冷・急熱条件においても被覆炭化ケイ素傾斜基材の酸化重量減少は全く認められなかった。この耐酸化機構は、炭化ケイ素傾斜基材表面上の開気孔を薄膜が塞いでいるために基材内部への酸素の拡散が抑制されたことによると考えられた。

碳材料在高温范围内表现出优异的比强度和高稳定性，因此有望用作飞机隔热材料和高温燃气轮机的超耐环境材料，缺点是容易氧化。因此，在本研究中，我们在碳材料中添加了碳化硅浓度梯度层，并进一步在表面涂覆了高温下高度稳定的氧化物陶瓷薄膜。然后，研究了碳化硅浓度梯度层的形成过程和薄膜涂覆条件，并研究了1400℃下的抗氧化性。使碳基材与硅进行固相反应，并通过XRD和EDX测量检查所得基材的表面和横截面，结果发现硅被碳基材中的微量氧氧化。很明显，碳化硅通过热处理气氛转化为一氧化硅，并通过基材表面的孔隙扩散，形成碳化硅浓度梯度的层。选择莫来石作为陶瓷镀膜，采用溶胶-凝胶法将陶瓷镀膜涂覆在碳化硅梯度材料表面，发现最佳膜厚约为1.0 μm。形成的薄膜具有良好的附着力，并且没有观察到与基材的剥离。抗氧化性能涂层碳化硅分级基体在高达1400℃的气流中完全不被氧化，表现出极高的抗氧化性能。此外，即使在从1400℃到液氮温度的快速冷却/加热条件下，也没有观察到由于涂覆的碳化硅梯度基底的氧化而导致的重量损失。这种抗氧化机制被认为是由于薄膜堵塞了碳化硅分级基材表面的开孔，从而抑制了氧扩散到基材中。