SiC%E2%80%93SiC_matrix_composite
SiC–SiCマトリックス複合材料は、金属合金の代替として、主にガスタービンなどの用途で使用される高温材料として関心を集めている特定のタイプのセラミックマトリックス複合材料（CMC）です。CMCは一般に、セラミックマトリックス相にあるセラミック繊維または粒子で構成される材料のシステムです。この場合、SiC / SiC複合材料は、SiC（炭化ケイ素）マトリックス相と繊維相を異なる処理方法で組み合わせて作成されます。SiC / SiC複合材料の優れた特性には、高熱、機械的、および化学的安定性と同時に、高い強度対重量比を提供します。
コンテンツ
1 処理
2 プロパティ
2.1 機械的 2.2 熱の 2.3 化学
3 アプリケーション
3.1 航空宇宙
4 参考文献
処理
SiC / SiC複合材料は、主に3つの異なる方法で処理されます。ただし、これらの処理方法は、目的の構造またはプロパティを作成するために、多くの場合、バリエーションが
化学蒸気浸透（CVI） – CVI法では、気相SiC前駆体を使用して、CVDで開発された従来の技術を使用して、プリフォームでSiCウィスカーまたはナノワイヤーを最初に成長させます。繊維の成長に続いて、ガスは再びプリフォームに浸透し、緻密化してマトリックス相を生成します。一般に、CVI中の緻密化率は遅いため、このプロセスでは比較的高い残留気孔率（10〜15％）が発生します。
ポリマー含浸および熱分解（PIP） – PIP法では、プレセラミックポリマー（ポリマーSiC前駆体）を使用して繊維状プリフォームに浸透させ、SiCマトリックスを作成します。この方法では、ポリマーからセラミックへの変換プロセス（セラミック化）により、化学量論が低く、結晶化度が低くなります。さらに、この変換プロセス中に収縮も発生し、10〜20％の残留気孔率が発生します。収縮を補うために、複数の浸透を実行できます。
溶融浸透（MI） – MI法には、SiC粒子スラリーの分散液を使用して繊維状プリフォームに浸透させる方法や、CVIを使用してSiC繊維に炭素をコーティングした後、液体Siを浸透させて炭素と反応させるなど、いくつかのバリエーションが SiCを形成します。これらの方法では、化学反応性、溶融粘度、および2つのコンポーネント間の濡れを慎重に検討する必要が溶融Siの浸透に関するいくつかの問題は、遊離Siが複合材料の酸化およびクリープに対する耐性を低下させる可能性があることです。ただし、この手法では、高密度化率が高いため、通常、他の2つの手法と比較して残留気孔率が低くなります（約5％）。
プロパティ編集
機械的
SiC–SiC複合材料を含むCMCの機械的特性は、さまざまなコンポーネント、つまり繊維、マトリックス、および中間相の特性に応じて変化する可能性がたとえば、繊維のサイズ、組成、結晶化度、または配列によって、複合材料の特性が決まります。マトリックスの微小亀裂と繊維-マトリックスの剥離の間の相互作用が、SiC / SiC複合材料の破壊メカニズムを支配することがよくこれにより、完全にセラミックであるにもかかわらず、脆性のない挙動を示すSiC / SiC複合材料が得られます。さらに、高温でのクリープ速度も非常に低いですが、それでもそのさまざまな成分に依存しています。
熱の
SiC–SiC複合材料は比較的高い熱伝導率を持ち、本質的に高い耐クリープ性と耐酸化性により、非常に高い温度で動作できます。材料の残留気孔率と化学量論は熱伝導率を変化させる可能性があり、気孔率が増加すると熱伝導率が低下し、Si–O–C相が存在すると熱伝導率も低下します。一般に、一般的な適切に処理されたSiC–SiC複合材料は、摂氏1000度で約30 W / mKの熱伝導率を達成できます。
化学
SiC–SiC複合材料は一般に高温用途で求められているため、それらの耐酸化性は非常に重要です。SiC–SiC複合材料の酸化メカニズムは温度範囲によって異なり、低温（<1000°C）よりも高温範囲（> 1000°C）での操作の方が有益です。前者の場合、受動酸化は保護酸化物層を生成し、後者の場合、酸化は繊維とマトリックスの界面を劣化させます。それにもかかわらず、酸化が問題であり、この問題に対処するために環境バリアコーティングが調査されています。
アプリケーション編集
航空宇宙
炭化ケイ素（SiC）セラミックマトリックス複合材料（CMC）は、タービンエンジンコンポーネントや熱保護システムなどの航空宇宙アプリケーションを強化するために使用されるエンジニアリングセラミック材料の特定のアプリケーションです。SiC / SiC CMCは、高温性能、低密度、および酸化と腐食に対する耐性を示すため、主に航空宇宙用途で使用されます。回転エンジンコンポーネントにSiC / SiC CMCを使用すると、設計とエンジン構造の重量の複雑さが軽減され、パフォーマンスと燃料排出量が向上します。SiC / SiCセラミックマトリックスコンポーネントの実装により、航空機および宇宙船の性能と燃料効率が向上し、費用効果の高い方法で環境への追加の害が軽減されます。
SiC / SiC CMCの追加のアプリケーションには、航空推進および陸上ガスタービンエンジンの燃焼およびタービンセクションコンポーネント、熱保護システム、スラスターノズル、再利用可能なロケットノズル、および宇宙船用のターボポンプコンポーネントが含まれます。
将来のSiC / SiC CMCの開発と実装に伴い、SiC繊維のクリープおよび破断特性を調べる必要が結晶粒径、不純物、多孔性、表面靭性などの欠陥はすべて、SiC繊維のクリープと破裂の原因となります。靭性が比較的低く、損傷許容度が低く、機械的特性のばらつきが大きいため、CMCは重要度の低いコンポーネントに限定されてきました。将来的には、より優れたSiC / SiC CMCの航空宇宙アプリケーションへの実装は、コンポーネントの寿命を延ばし、コンポーネントの設計を拡大するためのセラミック材料の特性、劣化、メカニズム、および相互作用についての理解が不足しているために妨げられます。
参考文献
^ Naslain、Roger R.（2005年3月14日）。「SiC-マトリックス複合材料：熱構造用途向けの非脆性セラミック」。応用セラミック技術の国際ジャーナル。2（2）：75–84。土井：10.1111 /j.1744-7402.2005.02009.x。
^ ヤン、W。; 荒木秀樹; 小山晃; Thaveethavorn、S。; 鈴木秀樹; 野田徹（2004）。「化学蒸気浸透プロセスによるその場SiCナノワイヤ/ SiCマトリックス複合材料の製造」。マテリアルレター。58（25）：3145. DOI：10.1016 / j.matlet.2004.05.059 -エルゼビア・サイエンスダイレクト経由。
^ ナネッティ、カルロアルベルト; アルバートオルトナ; ピント、ダリオA.デ; リッカルディ、ブルーノ（2011年5月10日）。「改良されたCVI /スラリー浸透/ポリマー含浸および熱分解によるSiC繊維強化SiCマトリックス複合材料の製造」。アメリカセラミック学会誌。87（7）：1205–1209。土井：10.1111 /j.1551-2916.2004.tb20093.x。
^ ブレナン、JJ（2000）。「スラリーキャスト溶融浸透SiC / SiCセラミックマトリックス複合材料の界面特性評価」。アクタマテリアリア。48（18–19）：4619–4628。Bibcode：2000AcMat..48.4619B。doi：10.1016 / S1359-6454（00）00248-2 – Elsevier ScienceDirect経由。
^ Hillig、William B.（1988年2月）。「セラミックマトリックス複合材料への溶融浸透アプローチ」。アメリカセラミック学会誌。71（2）：C-96–C-99。土井：10.1111 /j.1151-2916.1988.tb05840.x。
^ ヒノキ、タツヤ; ララ・クルツィオ、エドガー; スニード、ランスL.（2003）。「高純度SiC繊維強化CVI-SiCマトリックス複合材料の機械的特性」。核融合科学と技術。44（1）：211–218。土井：10.13182 / FST03-A336。S2CID 117826347 –テイラーアンドフランシスオンライン経由。