Thermal diffusivity/conductivity of Tyranno SA fiber- and Hi-Nicalon type S fiber-reinforced 3-D SiC/SiC composites

チラノSA並びにハイニカロン タイプS繊維強化SiC/SiC複合材料の熱拡散率/熱伝導率

山田 禮司; 井川 直樹   ; 田口 富嗣

Yamada, Reiji; Igawa, Naoki; Taguchi, Tomitsugu

先進的核融合炉のブランケット用構造材料として高いポテンシャルを有しているSiC繊維強化型SiC複合材料(SiC/SiC)には、高熱負荷下で発生する熱応力をできるだけ低減するため、高い熱伝導率を持つことが期待されている。最近開発された高性能SiC繊維(チラノSA繊維,ハイニカロンタイプS繊維)を用いて、3次元織布並び2次元不織布を作製し、CVI及びPIP/CVIによりSiC/SiC複合材料を作製し、その熱伝導率を測定した。チラノSA繊維強化の場合、室温において3D CVIでは40-50W/mK、3D PIP/CVIでは35-40W/mK、1000Cにおいてそれぞれ、25, 17W/mKの値が得られた。一方、2D不織布の場合、全測定温度範囲で12W/mK以下であった。また、ハイニカロンタイプSでは、35(RT), 20(1000C)W/mKであった。これらの値は、従来のSiC繊維を用いた場合と比較して2ないし3倍高い値であり、新繊維がより高密度,高結晶性を有することに起因するものである。繊維配向比がSiC/SIC複合材料の熱伝導率に与える効果は低い温度ほど顕著であった。

SiC fiber reinforced SiC composites (SiC/SiC) have a potential for a structural material for a blanket wall of advanced fusion reactors. To reduce thermal stresses in the wall under heavy thermal loads SiC/SiC composites are expected to have high thermal conductivity as possible. Advanced SiC fibers recently developed, such as Tyranno SA and Hi-Nicalon Type S have been employed for weaving 3D textures as well as those 2D unwoven fabrics. The CVI and PIP/CVI fabrication methods were used. The thermal conductivity at RT was 40-50 W/mK and 35-40 W/mK for Tyranno CVI and PIP/CVI composites, respectively, whereas about 25 and about 17 W/mK at 1000 C. 2D unwoven CVI composites had less than 12 W/mK for RT-1000 C. For Hi-Nicalon Type S, 3D CVI composites had about 35 and about 20 for RT and 1000 C, respectively. The reason of these high thermal conductivities was ascribed to higher density as well as better SiC crystallinity. The fiber configuration effects on the thermal conductivity of SiC/SiC composites were dominant in the low temperature region.