新 しい時代の

新 しい材料を目指して

異なった材料を組み合わせて新たな材料にする『複合材料』に 多くの特徴を持った『炭化ケイ素(＝SiC)』を使うと優れた材料になりそう・・・。

長谷川・野上研究室の取り組み

3本の柱を中心に、明日を作る材料の研究をしています。

材料開発

評価技術

試験技術

合材料の歴史 ～特殊用途から生活の中へ～

for AEROSPACE, MILITARY CFRP C/C

C/C

NASA http://www.nasa.gov/

GFRP

National Museum of the U. S. Air Force

1950 1980 2010

SiC/SiC

U.S. Navy Photo Courtesy Lockheed Martin

日本セラミックス協会 http://www.ceramic.or.jp/museum/

CFRP

CFRP

Scuderia Ferrari http://formula1.ferrari.com/

GFRP

YAMAHA http://jp.yamaha.com/

GFRP

GFRP C/C

東洋炭素株式会社 http://www.toyotanso.co.jp

GFRP

株式会社 トーシンコーポレーション http://www toshin-grc co jp/

CFRP

CFRP

mezzo-forte http://www.mezzo-forte.de/

for CONSUMER (high-end or sports model)

for CONSUMER

for INDUSTRY

複 軍用品に始まった先進複合材料は、今や生活に欠かせない存在になっています。

C/C-SiC

S iC系セラミックスの特徴と用途 炭化ケイ素 = SiCは優れた性質を持ち、多くの応用が考えられています。

耐熱性

耐照射性

熱伝導性

高比強度

耐摩耗性

耐酸化性 SiC系

セラミックス

SiC/SiC SiC/SiC

SiC/SiC

SiC SiC

ジェットエンジン

日本セラミックス協会 セラミックスアーカイブズ

ブレーキディスク

曙ブレーキ http://www.akebono-brake.com/

メカニカルシール

日本ファインセラミックス http://www.japan-fc.co.jp/products/pro_7.html

熱交換器

KhanCera http://www.khancera.co.kr/jap/index.asp

原子炉 燃料被覆管

CANES http://canes.mit.edu/

核融合炉 ブランケット

JAEA

ROHM http://www.rohm.co.jp/web/japan/

導体としてのSiC

日本セラミック協会 セラミック博物館 http://www.ceramic.or.jp/museum/

開発当初は高コスト(Si半導体の10倍以上)が課題

製造歩留まり向上 製造メーカー増加

Si半導体の6倍程度まで価格低下

2000年代

2010年

効率重視のハイエンドモデルに搭載可能

三菱電機 http://www.mitsubishielectric.co.jp/

従来のSi半導体に比べ高効率なSiC半導体

半 SiCは半導体としての性質も持ちます。特殊用途では性能重視のコスト度外視ですが、半導体のような民生品は性能とコストを両立させます。

使用時間スケール

使用温度

(℃)

500

1000

1500

2000 ジェットエンジン関連部品

原子力・核融合プラント

輸送機器

熱疲労 クリープ

繰り返し使用を検討中

宇宙機 エンジンノズル、耐熱タイル

Journal of Plasma and Fusion Research (2004)

超 過酷環境での耐久性への挑戦 超高温で繰り返し力がかかる環境での使用に耐えうる高性能な材料の創生を目指し、 長谷川・野上研究室では研究に取り組んでいます。

秒 時間 日 年

超高温、長時間耐久性への挑戦

・高性能材料の開発 ・高信頼性試験評価技術の開発

料開発 ～より良い材料を目指して～ 長谷川・野上研究室トピックス① 材

ポリカルボシラン繊維の合成

熱分解してSiC繊維を作る

束ねてヤーン(繊維束)を作る

ヤーンを編んだものを積層する

一つ一つがヤーン

高温中でシラン系ガスを流し 化学気相浸透法によりSiC/SiC複合材料を作成

Rolls-Royce製のSiC/SiC複合材料を用いて研究中。 繊維は宇部興産製。

繊維 (φ7.5μm)

マトリックス

気孔

繊維とマトリックスの界面 5層の炭素によるマルチレイヤー。 材料の壊れ方に大きく影響する。

材料研究は、まず材料を知るところからはじめます。

Specimen

AE Sensor

顕微鏡を使わないと見えないき裂もき裂が出来るときのエネルギーを捉えることでリアルタイムで検知可能。

リアルタイムにき裂を検知することで複雑な複合材料の破壊挙動が明らかになりました。

評 価技術 ～見えないき裂を見つける～ 長谷川・野上研究室トピックス②

複合材料の破壊挙動 電子顕微鏡によるき裂の観察

微小試験片を用いた疲労試験

Specimen

Extensometer

試 験技術 ～材料を知るための規格をつくる～ 長谷川・野上研究室トピックス③

どんな材料なのかを知るためには同じ試験をして別の材料と比べます。そのために試験の規格を整備する必要があります。

金属では一般的な試験ですがこれまで複合材料で行われてこなかった試験をSiC/SiC複合材料について行うことに成功しました。

開発した微小疲労試験機