SiC繊維/炭素複合材料を適用した熱防護システムの研究

SiC纤维/碳复合材料热防护系统研究

• 批准号: 04F04373
• 负责人: 小笠原 俊夫
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04373/
• 关键词: 炭素; 複合材料; 炭化ケイ素; 界面; 力学特性; 耐熱性; 熱特性; 熱防御システム; 熱・構造解析; セラミックス; 熱防護システム; 熱応力解析; 材料試験; 炭素; 複合材料; 炭化ケイ素; 界面; 力学特性; 耐熱性; 熱特性; 熱防御システム; 熱・構造解析; セラミックス; 熱防護システム; 熱応力解析; 材料試験

米国のスペースシャトルでは、熱防御システム(Thermal Protection System, TPS)の材料としてセラミックタイルが使用されている。セラミックタイルは断熱性には優れるが、再使用性と整備性には問題が多く、検査・整備・修理等に多大なコストを要しているのが現状である。本研究は、TPSの整備性と再使用性の大幅な向上を目指して、SiC/炭素系複合材料等の無機系超耐熱複合材料を用いたスタンドオフ型のTPSに関する基礎的な検討を行うことを目的として実施したものである。研究実績の概要を以下にまとめる。(1)界面特性の異なる2種類のSiC/炭素系複合材料を試作し、室温〜1400℃の温度域における大気中での力学特性評価を行った。特に、切り欠き感受性に関しては詳細な実験を行い、繊維/マトリクス界面が切り欠き感受性に大きく影響することを確認した。JAXAアーク加熱風洞を使用して、高温プラズマ気流中における酸化試験を実施した。その結果、酸化速度が時間とともに遅くなる現象を把握した。(2)面内の熱伝導特性を制御する目的で、2つの異なるコンセプトに基づく材料設計を行い、その実証のため実際の材料試作を行った。(1)気相成長カーボンナノチューブ(VGCF)をマトリクス中に傾斜分布させたC/C複合材料(2)熱伝導率の大きく異なる2種類の炭素繊維を適用したハイブリッド繊維型C/C複合材料これらの熱伝導制御型C/C複合材料の基本的な製造方法を確立するとともに、面内の熱伝導挙動を評価した。また有限要素解析による数値解析結果と比較し、実験値と解析値が良い対応を示すことを確認した。

米国のスペースシャトルでは、热防御システム（热保护系统，TPS）の材料としてセラミックタイルが使用されている。陶瓷瓷砖具有出色的隔热性能，但是可重复使用和维护存在许多问题，而当前情况是检查，维护，维修等正在产生大量成本。进行这项研究的目的是使用无机超热的复合材料（例如SIC/碳复合材料）进行对峙TPS的基本研究，以显着改善TPS的维护和可重复性。下面总结了我们的研究结果的摘要。 （1）2界面特性の异なるsic/炭素系复合材料を试作し、室温〜1400 ℃の温度域における大気中での力学特性评価を行った。特に、切り欠き感受性に关しては详细な実験を行い、繊维/マトリクス界面が切り欠き感受性に大きく影响することを确认した。jaxa アーク加热风洞を使用して、高温プラズマ気流中における酸化试験を実施した。その结果、酸化速度が时间とともに遅くなる现象を把握した。（2）面内の热伝导特性を制御する目的で、2つの异なるコンセプトに基づく材料设计を行い、その実证のため実际の材料试作を行った。（1）C/c复合材料，其中蒸气沉积的碳纳米管（VGCF）是在基准（2）型混合材料中分布在基本型组合材料中的梯度分布在两种型组合材料中的，这些方法与这些类型的碳构成材料非常不同，这些方法与这些类型的碳组合材料不同建立了受控的C/C复合材料，并评估了平面中的热导率。