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論文

Synthesis of a porous SiC material from polycarbosilane by direct foaming and radiation curing

出崎 亮; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Innovative Processing and Manufacturing of Advanced Ceramics and Composites II; Ceramic Transactions, Vol.243, p.61 - 69, 2014/01

近年のエネルギー問題に鑑み、工業分野における省エネ化・高効率化は改善に取り組むべき最重要課題である。例えば、世界で最も利用される金属である鉄の製錬には、80%以上の気孔率を有する炭化ケイ素(SiC)フィルターが用いられている。従来のフィルターは、発泡プラスティックにセラミック粉末スラリーを流し込んだ後、発泡プラスティックを焼失されると同時に粉末を焼結する方法によって製造されてきた。しかしながら、この方法で得られるフィルターの圧縮強度は1MPaと低く、ろ過処理能力向上のために強度の改善が求められている。そこで本研究では現在実用化されているSiCフィルターの性能を超える、高気孔率と高圧縮強度を両立したSiCフィルターを開発することを目的とし、ケイ素系高分子と発泡剤の混合物を出発原料とした、ダイレクト・フォーミング、放射線架橋、焼成の工程からなる多孔質SiC材料の製造プロセスを検討した。その結果、数十$$sim$$数百$$mu$$mの気孔径分布、80%の気孔率、従来の3倍となる3MPaの圧縮強度を有する多孔質SiC材料を得ることに成功し、本製造プロセスが高性能SiCフィルターの開発に有望であることを明らかにした。

論文

Synthesis of a catalyst-loaded SiC material from Si-based polymer

出崎 亮; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Advances in Polymer Derived Ceramics and Composites; Ceramic Transactions, Vol.213, p.7 - 12, 2010/07

近年、水素製造の分野においてガス分離材への応用のため、触媒担持セラミック材料が開発されている。一般的には、アルミナやシリカ等の酸化物系セラミックスが母材として利用されているが、高温,強酸・強アルカリ,水蒸気等に対する耐性の面で非酸化物系セラミックスに劣る問題がある。ケイ素系ポリマーは非酸化物系セラミック材料を合成するための前駆体として利用されており、その高い成形性や他の物質とのブレンドのしやすさなどの特性を活かして、われわれはこれまでに平均繊維径6$$mu$$mのSiC繊維や水素分離用SiC膜を開発している。本研究では、触媒性能を有する非酸化物系セラミックスである炭化ケイ素(SiC)を開発するため、ケイ素系ポリマーと酢酸パラジウムからなる新規な前駆体を合成した。この前駆体を焼成することにより得られたPd-SiC系材料は一酸化炭素を酸化して二酸化炭素を生成する触媒作用を示し、本研究で合成した前駆体が触媒担持セラミック材料を製造するうえで有効であることを明らかにした。

論文

Investigation of nano porous SiC based fibers synthesized by precursor method

北 憲一郎; 成澤 雅紀*; 中平 敦*; 間渕 博*; 伊藤 正義*; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Advances in Polymer Derived Ceramics and Composites; Ceramic Transactions, Vol.213, p.45 - 50, 2010/06

We synthesized SiC based ceramic fiber made from blend polymer of polycarbosilane (PCS) and polysiloxane. In the case of the polymer blends of PCS and polymethylphenylsiloxane (PMPhS), the surface area of the ceramic fiber derived from the polymer was high and showed the maximum of 152 m$$^{2}$$/g, at 1673 K. As for the polymer blends of PCS and polymethylhydrosiloxane (PMHS), the maximum surface area of the ceramic fiber was 36.8 m$$^{2}$$/g at 1723 K. The fiber, however, maintained tensile strength of 0.35 GPa even after 1723 K heat treatment.

論文

Synthesis of ceramic nano fiber from precursor polymer by single particle nano-fabrication technique

杉本 雅樹; 出崎 亮; 吉川 正人; 渡辺 省伍*; 関 修平*

Advances in Polymer Derived Ceramics and Composites; Ceramic Transactions, Vol.213, p.105 - 110, 2010/06

SiC前駆体高分子のポリカルボシラン(PCS)を、イオンビームの飛跡に沿って形成される直径ナノオーダーの円筒状架橋体を溶媒抽出で取り出す単一粒子ナノ加工法(SPNT)によりナノファイバー化し、焼成転換することで、長さ・太さ・形成数を同時かつ任意に制御してSiCセラミックナノファイバーが作製できる。これを高効率触媒やフィルター材に用いる場合、溶媒抽出工程でナノファイバーが基板上に倒れて積み重なり、表面積が低下することが開発の障害となっていた。そこで本研究では、PCS薄膜に対して45$$^{circ}$$の角度で複数の方向からイオンを照射して薄膜中でイオン飛跡を交錯させ、相互接続されたPCSナノファイバーを形成することで抽出工程での倒れを抑制し、これを焼成することで自立したSiCナノファイバーの作製に成功した。照射角度,照射量によりナノファイバーの接続状態の粗さが制御できれば、任意の穴径を有する耐熱性SiCナノメッシュフィルター等の実現が期待できる。

論文

Optimizing the fabrication process for excellent mechanical properties in stoichiometric SiC fiber/FCVI SiC matrix composites

田口 富嗣; 井川 直樹; 實川 資朗; 野澤 貴史*; 加藤 雄大*; 香山 晃*; Snead, L. L.*; McLaughlin, J. C.*

Advanced SiC/SiC Ceramic Composites: Developments and Applications in Energy Systems; Ceramic Transactions Vol. 144, p.69 - 76, 2002/00

低放射性や高温特性に優れた原子力材料であるSiC/SiC複合材料に関して、機械特性のさらなる改善のためには、気孔率の可能な限りの低減化かつ空孔や界面層の均一化が重要な要素となる。本研究では、最も低放射化が期待できる複合材作製法である強制熱傾斜化学蒸気浸透(FCVI)法の製造条件の最適化に着目し、本材料の機械特性向上に必要な上記要素の改善について検討した。気孔率は、SiC繊維含有率の増加によって減少すること、空孔や界面層分布は、原料ガス等の流量の最適化によって均一化できること等を明らかにした。また、界面層の均一化のためにはプロセスにおける材料反転処理が特に有効であった。なお、本最適化によって、これまでFCVI法では得られなかった15%以下の低気孔率が達成できた。また、界面層としてカーボンを選択した場合では、厚み誤差が$$pm$$10nm以内の均一な界面層を作製でき、平均界面層厚みが75~300nmの時に優れた機械特性を有することが明らかとなった。

論文

A Finite-element analysis of the thermal diffudivity/conductivity of SiC/SiC composites

山田 禮司; 井川 直樹; 田口 富嗣

Advanced SiC/SiC Ceramic Composites: Developments and Applications in Energy Systems; Ceramic Transactions Vol. 144, p.289 - 299, 2002/00

SiC/SiC複合材料の熱拡散率測定の計算機シミレーションを有限要素法で行った。SiC繊維とマトリックスの熱伝導率及びSiC繊維の体積率をパラメータに、複合材料の熱拡散率の計算を200$$^{circ}C$$と900$$^{circ}C$$のケースで行った。その結果、一般のSiC繊維では繊維体積の増加とともにSiC/SiC複合材料の熱拡散率は減少するが、結晶性に優れかつ結晶粒の大きなSiC繊維の場合には減少することは無く、むしろマトリックスの熱伝導率が比較的小さい場合、SiC繊維の増加とともにより大きな値を示した。これらの傾向は、絶対値を別にすれば、200$$^{circ}C$$及び900$$^{circ}C$$において共通に見られた。

論文

Solid state reactions and some physical properties of reduced europium niobates Eu$$_{x}$$NbO$$_{y}$$(0.5≦x≦2)

中村 彰夫; 正木 信行; 中田 正美; 佐伯 正克; 富本 晃吉*; 秋光 純*

Ceramic Transactions, 71, p.295 - 306, 1996/00

一連の還元ユウロピウム・ニオブ酸化物Eu$$_{x}$$NbO$$_{y}$$(0.5≦x≦2)をセラミックス法により作成し、そのペロヴスカイト型相の生成過程、構造及び物性について、$$^{151}$$Euメスバウア分光法、粉末X線回折法、EPMA法、電導度及び磁化率測定等の諸法を用いて調べた。その結果、幾つかの本系のユニークな特徴、即ち、Nb金属に比べ格段に速いNb酸化物(NbO、Nb$$_{2}$$O$$_{3}$$、NbO$$_{2}$$)によるEu$$^{3+}$$のEu$$^{2+}$$の還元速度、生成ペロヴスカイト相中でのEu$$^{3+}$$の際立って大きなアイソマーシフトの値、6度以下の低温でのスピン・グラス的な磁気的振舞等を明らかにした。

論文

Dynamic properties of lithium ions in lithium ceramics

井川 直樹; 大野 英雄; 長崎 正雅; 石井 慶信; 野田 健治; 渡辺 斉; 松尾 徹*; 五十嵐 一男*

Ceramic Transactions, Vol.27, p.135 - 156, 1992/00

Li$$_{2}$$Oを中心とするLi系セラミックス(Li$$_{2}$$O,Li$$_{2}$$SiO$$_{3}$$,Li$$_{4}$$SiO$$_{4}$$,Li$$_{8}$$ZrO$$_{6}$$,Li$$_{8}$$PbO$$_{6}$$,LiAlO$$_{3}$$,Li$$_{5}$$AlO$$_{4}$$,Li$$_{9}$$N$$_{2}$$Cl$$_{3}$$など)中のリチウムイオンの動的挙動をパルス核磁気共鳴法、イオン伝導度測定ならびにレーザーラマン分光法により測定・解析した。2価陽イオンを含むMgOならびに1価陰イオンを含むLiFを添加するこにより、これらLi化合物中におけるリチウムイオンの拡散は著しく増大した。高温におけるラマンスペクトル線巾の増大ならびにスピン-格子緩和時間の減少はリチウムイオンの拡散と密接な関係を有する。分子動力学法計算機シミュレーションによるLi$$_{2}$$O中でのリチウムイオンの拡散挙動についても解析した。

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