Creation of Ceramic Brake Materials Having Self-Healing Function by Sliding Heat

利用滑动热创造具有自修复功能的陶瓷制动材料

基本信息

批准号：
22K12440
负责人：
丸岡大佑
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は自動車用新規セラミックブレーキ材料を開発することを目指している。現行材料からセラミックスに代替することで自動車の軽量化を達成し、燃費向上が期待できる。セラミックスは強度信頼性が低いため、自己治癒機能を有するセラミックス複合材料の適用を目的としている。本研究課題における自己治癒機能は、分散材の酸化により生成した酸化物により材料表面のき裂や欠陥を充填し、機械的強度を回復させる機能を指す。ブレーキ摺動熱による自己治癒機能の発現を想定しているため、１００－４００℃で極短時間の自己治癒を実現するセラミックス基複合材料の開発を目指している。２０２２年度は種々の低融点化合物を分散材としたアルミナ基複合材料を加圧焼結によって作製し、400℃、５分で大気中酸化処理を実施した。緻密な試料を作製するため、低融点金属粒子を分散する際は、ガラスセラミックスを焼結助剤として混合し、融点以下での固相焼結を実現した。材料系の探索として金属アルミニウムやアルミニウムとケイ素の合金、炭化チタンなどを実施したが、いずれも緻密な焼結体の作製が困難であるか、導入したき裂を想定温度域で消滅させるだけの酸化物生成が見られなかった。最終的には、選定した金属粒子を分散材としたアルミナ基複合材料を作製し、400℃、5分の大気中酸化により、き裂の消滅を確認できた。今後は、より低温度におけるき裂消滅を達成するための検証や材料設計、ならびに強度回復挙動を調査する予定である。

该研究主题旨在为汽车开发新的陶瓷制动材料。通过用陶瓷代替当前的材料，可以实现汽车的重量，并可以预期燃油效率。陶瓷的强度可靠性较低，旨在应用于具有自我修复功能的陶瓷复合材料。本研究主题中的自我修复功能是指填充材料表面上的裂纹和缺陷的功能，并用分散材料的氧化产生的氧化物以及恢复机械强度而产生的氧化物。由于预计自我修复功能将由制动滑动热量表现出来，因此该公司旨在开发一种在100-400°C下实现极短的自我修复的陶瓷复合材料。在2022财年，使用各种低熔合化合物作为分散体的基于氧化铝的复合材料是通过加压烧结产生的，并在400°C下进行空气氧化处理5分钟。为了准备一个致密的样品，当分散低熔合金属颗粒时，将玻璃陶瓷作为烧结辅助，以在熔点以下的温度下实现固相烧结。使用金属铝，铝合金和硅，碳化钛等用于搜索材料系统，但是在任何情况下都很难准备一个致密的烧结物体，或者均未观察到氧化物的形成，这只是导致引入的裂缝在预期的温度范围内消失。最后，使用选定的金属颗粒作为分散材料制备了基于氧化铝的复合材料，并在400°C的大气中氧化后证实裂纹消失了5分钟。将来，我们计划研究验证，材料设计和强度恢复行为，以在较低的温度下实现裂纹。