Effect of carbon nanofiber dispersion on the properties of PIP-SiC/SiC composites

従来法により作製されたSiC/SiC複合材料の熱的,機械的特性に及ぼすカーボンナノファイバー添加の影響

田口 富嗣; 長谷川 良雄*; 社本 真一  

Taguchi, Tomitsugu; Hasegawa, Yoshio*; Shamoto, Shinichi

SiC/SiC複合材料は、高温強度,擬似延性破壊挙動を示し、さらには中性子照射後の誘導放射能が低いことから、核融合炉の構造材料への応用が期待されている。この応用のためには、耐熱衝撃特性を向上させる必要があるが、SiC/SiC複合材料の熱伝導率が低いということが大きな問題となっている。われわれは、これまでに、反応焼結法により作製したSiC/SiC複合材料にカーボンナノファイバー(CNF)を添加することで、室温において熱伝導率が2倍程度向上することを明らかにした。そこで本研究では、SiC/SiC複合材料を作製する従来法である化学蒸気浸透(CVI)法及びポリマー含浸焼成(PIP)法にCNFを添加することにより、CNF添加が熱伝導率及び機械強度に及ぼす影響を検討した。その結果、CNFを添加することで、CVI及びPIP法で作製されたSiC/SiC複合材料の機械強度はわずかに低下した。これは、応力印加時に、CNFとマトリックスの間でマイクロクラックが発生したためと考えられる。一方、CVI及びPIP法のどちらで作製されたSiC/SiC複合材料においても、CNFを添加することにより、熱伝導率は向上することがわかった。

The SiC/SiC composites with and without dispersed carbon nanofiber were fabricated by polymer impregnation and pyrolysis process. The effect of dispersing with 6 vol.% carbon nanofiber on the mechanical and thermal properties of SiC/SiC composites was investigated. The bending strength and elastic modulus of SiC/SiC composites with carbon nanofiber decreased slightly compared to those of the SiC/SiC composites without carbon nanofiber. On the other hand, the thermal conductivity of SiC/SiC composites increased with increasing the amount of dispersed carbon nanofiber. The dominant reason is considered that the pore shape changed from oblong shape vertical to direction of heat flow to isotropic shape by dispersing carbon nanofiber.