JP5788309B2 - 自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 - Google Patents
自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5788309B2 JP5788309B2 JP2011283930A JP2011283930A JP5788309B2 JP 5788309 B2 JP5788309 B2 JP 5788309B2 JP 2011283930 A JP2011283930 A JP 2011283930A JP 2011283930 A JP2011283930 A JP 2011283930A JP 5788309 B2 JP5788309 B2 JP 5788309B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- healing
- ceramic
- self
- composite material
- crack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 93
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 51
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 title description 22
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 85
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 51
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 42
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 41
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 23
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 12
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 4
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000013003 healing agent Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 235000008113 selfheal Nutrition 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明のセラミックス複合材料は一実施形態において、前記セラミックス母材がAl2O3で形成されている。
治癒発現物質である炭化ケイ素粒子をアルミナ繊維に被覆し、アルミナに複合した材料を作製した。繊維の被覆には、粒径500nmの炭化ケイ素粒子を分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムと結合剤であるアクリル系エマルジョンとともに水に分散し水系スラリー中を通過させることで行った。また、治癒発現物質の被覆は4回繰り返すことで、平均60μmの被覆厚さとした。プリフォームの作製は、繊維の成形体に粒径200nmのアルミナ粒子、分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムと結合剤であるアクリル系エマルジョンからなる水系スラリーを蒸発乾固して行った。プリフォームは1300℃、1h、Ar雰囲気中で焼結を行った。
この試料の曲げ試験を行ったところ、最終破壊前に分枝き裂の形成及びそれに伴う顕著な繊維のプルアウト現象が確認され、通常のセラミックスの30倍以上の変形が可能であった。また、破面観察から、母材/繊維界面に存在する炭化ケイ素界面層の顕著な損傷(分枝き裂)が確認された。
治癒発現物質である炭化ケイ素粒子をアルミナ繊維に被覆し、アルミナに複合した材料を作製した。繊維の被覆には、粒径500nmの炭化ケイ素粒子を分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムと結合剤であるアクリル系エマルジョンとともに水に分散し水系スラリー中を通過させることで行った。また、治癒発現物質の被覆は3回繰り返すことで、平均60μmの被覆厚さとした。炭化ケイ素粒子で被覆したアルミナ繊維は、粒径200nmのアルミナ粒子、分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムと結合剤であるアクリル系エマルジョンからなる水系スラリー中を浸漬したのちに1軸方向に積層し、蒸発乾固することでプリフォームを得た。プリフォームは1300℃、1h、Ar雰囲気中で焼結を行った。図6に、作製した試料の試料断面の光学顕微鏡写真を示す。作製した試料は、繊維含有率58%で、界面層厚さ60μmであった。
この試料の曲げ試験をJIS R1607に準拠して行ったところ、最終破壊前に分枝き裂の形成及びそれに伴う顕著な繊維のプルアウト現象が確認され、通常のセラミックスの30倍以上の変形が可能であった。また、破面観察から、母材/繊維界面に存在する炭化ケイ素界面層の顕著な損傷(分枝き裂)が確認された。
過大負荷により発生する損傷を模擬したポップインき裂(V字型形状に切欠きを設けた試験片にあらかじめ負荷することで、切り欠き先端から発生・成長させたき裂)を対象に、実施例2に係る本発明のセラミックス複合材料の自己治癒挙動について検討した。試験結果を図7に示す。図7に示す通り、ポップインき裂の発生により、最大強度およびそれまでの剛性は低下した。一方、同様のポップインき裂を導入した試験片を大気中での熱処理(1300℃、1h)を施すことで、強度が損傷導入前と同等の値まで回復した。これは、自己治癒機能と同様に治癒発現物質である炭化ケイ素の高温酸化がポップインき裂内の分枝き裂すなわち母材/繊維間の剥離を再結合したことを表した結果である。
市販の二元系アルミニウム合金粉末からSiCに代わる、界面層の構成材料として有効な治癒発現物質の選抜試験を行った。図8に、選抜した二元系アルミニウム合金の治癒発現物質として最も重要な特性である高温酸化挙動を示す。ここで、横軸は各試料を乾燥空気中において一定の昇温速度で加熱した際に急激な酸化反応を示した温度の逆数を示している。図8に示す通り、選抜したアルミニウム合金は既存の治癒発現物質であるSiCに比べ、低温度域で酸化活性を示した。特に、ビーズミルにてφ1.5μmまで微細化したNbAl3−15%Nb2Al粉末は、約550℃に酸化活性温度を有した。実際にこの粉末をアルミナ中に分散し焼結体を作製すると、表面長さ100μmの表面き裂を500℃で自己治癒可能であった。
Claims (5)
- セラミックス母材と、
前記セラミックス母材中に含まれたセラミックス繊維部材と、
前記セラミックス繊維部材表面を覆うように設けられた自己治癒性を有する界面層と、
を備え、
前記界面層が、TiAl、又は、Nb−Al系合金で形成されているセラミックス複合材料。 - セラミックス母材と、
前記セラミックス母材中に含まれたセラミックス繊維部材と、
前記セラミックス繊維部材表面を覆うように設けられた自己治癒性を有する界面層と、
を備え、
前記セラミックス繊維部材は、複数のセラミックス繊維と、前記複数のセラミックス繊維のそれぞれの外側に設けられた前記セラミックス繊維のセラミックスと同じセラミックスとを有し、
前記界面層が、SiCで形成されているセラミックス複合材料。 - 前記セラミックス母材がAl2O3で形成されている請求項1又は2に記載のセラミックス複合材料。
- 前記セラミックス繊維部材がAl2O3で形成されている請求項1〜3のいずれかに記載のセラミックス複合材料。
- 前記セラミックス繊維部材の複合率が41〜79%である請求項1〜4のいずれかに記載のセラミックス複合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011283930A JP5788309B2 (ja) | 2010-12-27 | 2011-12-26 | 自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010290947 | 2010-12-27 | ||
JP2010290947 | 2010-12-27 | ||
JP2011283930A JP5788309B2 (ja) | 2010-12-27 | 2011-12-26 | 自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012148963A JP2012148963A (ja) | 2012-08-09 |
JP5788309B2 true JP5788309B2 (ja) | 2015-09-30 |
Family
ID=46791615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011283930A Active JP5788309B2 (ja) | 2010-12-27 | 2011-12-26 | 自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5788309B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5888301B2 (ja) * | 2013-09-06 | 2016-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御方法 |
JP6436513B2 (ja) * | 2015-06-17 | 2018-12-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 治癒活性剤を含む酸化誘起型自己治癒セラミックス組成物、その製法及びその用途、並びに酸化誘起型自己治癒セラミックス組成物の高機能化方法 |
JP7510645B2 (ja) | 2020-07-31 | 2024-07-04 | 株式会社プロテリアル | 酸化誘起型自己治癒セラミックス製造用の原料粉末の製造方法、及び酸化誘起型自己治癒セラミックス製造用の原料粉末 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06219856A (ja) * | 1993-01-21 | 1994-08-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 繊維強化複合材料 |
FR2710635B1 (fr) * | 1993-09-27 | 1996-02-09 | Europ Propulsion | Procédé de fabrication d'un matériau composite à interphase lamellaire entre fibres de renfort et matrice, et matériau tel qu'obtenu par le procédé. |
JP4109732B2 (ja) * | 1997-04-17 | 2008-07-02 | 株式会社東芝 | 自己修復型高温用部材の製造方法 |
JP2002173376A (ja) * | 2000-09-28 | 2002-06-21 | Mitsui Kozan Material Kk | 酸化物系セラミックス繊維/酸化物系セラミックス複合材料、及びその製造方法 |
-
2011
- 2011-12-26 JP JP2011283930A patent/JP5788309B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012148963A (ja) | 2012-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hardwicke et al. | Advances in thermal spray coatings for gas turbines and energy generation: a review | |
Feng et al. | Effect of SiC/ZrC ratio on the mechanical and ablation properties of C/C–SiC–ZrC composites | |
CN104928607B (zh) | 一种提高热障涂层与基体结合力的涂层制备方法 | |
CN108517518B (zh) | 一种提高钛合金高温抗氧化性能的复合涂层的制备方法 | |
Ashofteh et al. | Thermal shock behavior of multilayer and functionally graded micro-and nano-structured topcoat APS TBCs | |
Liu et al. | In situ synthesis of TiN/Ti3Al intermetallic matrix composite coatings on Ti6Al4V alloy | |
JP5788309B2 (ja) | 自己治癒能力を有する長繊維強化セラミックス複合材料 | |
Wang et al. | Repair of SiC coating on carbon/carbon composites by laser cladding technique | |
CN106946584B (zh) | 陶瓷或陶瓷基复合材料与金属之间低温快速焊接的方法 | |
Cao et al. | Oxidation and corrosion behavior of 2D laminated SiC/SiC with Si/mullite/BSAS EBC in dry oxygen/water vapor at 1200° C | |
CN104928674B (zh) | 埋覆复合处理提高热障涂层与基体结合力的涂层制备方法 | |
Alvin et al. | Development of advanced material systems for future gas turbine applications | |
Yamazaki et al. | Effect of the microstructure of suspension plasma-sprayed thermal barrier coatings on their thermal cycling damage | |
Xiang et al. | ZrB2-SiC ceramics coating for Cf/SiC composites: Microstructure and anti-ablation mechanism | |
Meng et al. | Crack healing in the SiC–SiC ceramic matrix composites fabricated with different process | |
CN110607494B (zh) | 一种钛合金表面等离子喷涂-电子束熔覆改性的抗高温氧化涂层 | |
Sudre et al. | Alumina single‐crystal fibre reinforced alumina matrix for combustor tiles | |
Hurst | NASA transformational tools and technologies project: 2700° F CMC/EBC technology challenge | |
US11859287B2 (en) | Protective coating systems for gas turbine engine applications and methods for fabricating the same | |
CN113755784B (zh) | 一种基于超声振动辅助激光改性自愈合热障涂层的制备方法 | |
Chattarki et al. | Thermal barrier coating on IC engines; a review | |
Nakao et al. | Advanced Ceramic Composite Using Self‐Healing and Fiber‐Reinforcement | |
Ashofteh et al. | Thermal shock behavior of mixed composite top coat APS TBCs | |
NL2018995B1 (en) | Self-healing particles for high temperature ceramics | |
Ashofteh et al. | Effect of nano-structuration and compounding of YSZ APS TBCs with different thickness on coating performance in thermal shock conditions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140808 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150306 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150414 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150610 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150630 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150729 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5788309 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |