JAXA Repository / AIREX 未来へ続く、宙(そら)への英知
49794000.pdf14.7 MB
titleC/C複合材の耐酸化性向上に関する研究
Other TitleImprovement in oxidation resistance of C/C-composites with CVD-SiC coating
Author(jpn)小野 文衛; 竹腰 正雄; 植田 修一
Author(eng)Ono, Fumiei; Takegoshi, Masao; Ueda, Shuichi
Author Affiliation(jpn)宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 角田宇宙センター; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 角田宇宙センター; 宇宙航空研究開発機構 総合技術研究本部 角田宇宙センター
Author Affiliation(eng)Japan Aerospace Exploration Agency Kakuda Space Center, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Kakuda Space Center, Institute of Aerospace Technology; Japan Aerospace Exploration Agency Kakuda Space Center, Institute of Aerospace Technology
Issue Date2006-09-29
PublisherJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
宇宙航空研究開発機構
Publication date2006-09-29
Languagejpn
AbstractSilicon carbide formed by chemical vapor deposition (CVD-SiC) is widely used as an anti-oxidation coating on carbon/carbon (C/C) composites and graphite. The oxidation resistance of C/C composites with SiC coating is insufficient due to the generation of cracks or pinholes in the coating. In this study, the mechanism of excessive oxidation associated with coating damage was estimated from a chemical equilibrium calculation, and results of the calculation were verified through heating tests. In addition, test pieces intended to have improved of oxidation resistance were made and these confirmed the effect of processing after heating in air at 1,773-1,973 K. From the results of the chemical equilibrium calculation, it was expected that excessive oxidation of the SiC coating would occur in the 1,800-1,900 K region. This expectation was confirmed by the heating test at 1,773 K-1,973 K. For adequate durability, the upper limit of use for C/C composites with CVD-SiC coating should be below 1,773 K. Test pieces with intermediate layers under the CVD-SiC layer were made and evaluated at 1,973 K. For crack suppression in the CVD-SiC layer, test pieces treated by putting an intermediate layer between the CVD-SiC layer and C/C composites, or treated by weaving SiC fiber into the surface of the C/C composites, were made and evaluated in 1,973 K. Although crack generation could not be completely prevented by these methods, the mass loss of the test pieces decreased by 73-78 percent over 10- and 20-hour heating periods. The improvement in durability was brought about by the continuation of the silica sealing effect for a prolonged period. The intermediate layer and the woven SiC fiber enhanced the generation of silica. A new processing method using silica formed from perhydropolysilazane (PHPS) polymer was used to seal cracks in the CVD-SiC coating. 2D-C/C composite test pieces processed with this method were heated in air at 1,773 K, and lost approximately 30 percent less mass.
SiCコーティングはC/C複合材および黒鉛材の耐酸化膜として用いられるが、コーティングにクラックあるいはピンホールなどの損傷が発生した場合には、コーティングおよび炭素基材の両方が急激に消耗するため、その耐久性は不十分なものとなる。本研究では、この急激な消耗について化学平衡計算を用いた検討によってその消耗のメカニズムを推測し、加熱温度を変えた評価試験を実施して検証を試みた。更に、いくつかの酸化耐久性向上の試みを行い、試作したテストピースを1,773〜1,973K(1,500〜1,700度C)の空気中で加熱してその効果を調べた。化学平衡計算の結果から、1,800〜1,900Kの温度域からSiCの過大消耗が始まることが示唆された。このことは1,973Kおよび1,773Kの空気中で行った加熱試験結果との比較によって確かめられ、耐久性の観点からはSiCコーティングで被覆したC/C複合材の使用温度上限を約1,773K程度に抑えることが望ましいことが分かった。C/C複合材を被覆したSiCコーティングに発生するクラックを防止するための試みとして、コーティングと基材の間に中間層を設けたテストピースおよびC/C複合材の表層付近にSiC繊維を混紡したテストピースを試作し、1,973Kの空気中で加熱してその効果を確かめた。この方法によってコーティングに発生するクラックを完全に防止するには至らなかったが、中間層を設け同時にSiC繊維を混紡することによって、10〜20hrの加熱で消耗量を73〜78%低減することが出来た。耐酸化性が向上した理由は、中間層および混紡SiC繊維に由来するシリカがSiCコーティング損傷部のシール効果を持続させる働きをしたためと考えられる。常温空気中でシリカ前駆体ポリマーであるペルヒドロポリシラザン(Perhydropolysilazane、略称PHPS)から形成されるシリカを利用してSiCコーティングに発生したクラックの封止を試みたテストピースを試作し、1,773Kの空気中で加熱してその効果を確かめた。PHPSポリマーを用いたクラック封止処理によって、2D-C/C複合材テストピースの消耗量を約30%低減することが出来た。
DescriptionJAXA Research and Development Report
宇宙航空研究開発機構研究開発報告
KeywordsC/C-composite; oxidation resistance; silicon carbide; chemical equilibrium; chemical vapor deposition; graphite; perhydropolysilazane; thermal expansion; oxidation; C/C複合材; 耐酸化性; 炭化ケイ素; 化学平衡; 化学蒸着; 黒鉛; ペルヒドロポリシラザン; 熱膨張; 酸化
Document TypeTechnical Report
JAXA Category研究開発報告
ISSN1349-1113
SHI-NOAA0049794000
Report NoJAXA-RR-06-003
URIhttps://repository.exst.jaxa.jp/dspace/handle/a-is/28179


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