最先端研究

炭化ケイ素の工業的製造法

炭化ケイ素はダイヤモンド、窒化ケイ素に次ぐ硬い物質として知られているセラミックス材料ですが、
細長くすることでしなやかに曲がる繊維状の材料に加工することができます。これは硬くて割れやすい
ガラスを糸のように加工することでしなやかに曲がるグラスファイバーと同じで、細く長く加工することで
耐衝撃性が高くて割れにくい材料にすることができるのです。

 

従来から用いられてきた炭化ケイ素などのマトリックス状態(塊)のセラミックス材料は金属材料と比較
して硬度が高いため寸法安定性や耐摩耗性に優れており熱に強いという利点がありますが、衝撃に
弱くて割れやすいという弱点もあります。ところが近年、繊維化した炭化ケイ素とマトリックス状のセラミ
ックスを組み合わせることで、セラミックス材料が持つ高い硬度と強度、耐熱性や耐薬品性に加えて
金属のように衝撃にも強い複合材料(繊維強化セラミックス材料)として利用するための研究が進め
られており、繊維状の炭化ケイ素と粉末状のセラミックス材料を成型したものを高温で焼結すること
で複合化させたセラミックス材料を作る方法が開発されています。

 

複合化させたセラミックス材料は金属よりも高温に耐えることができる硬くて割れにくい陶器で、ジェ
ットエンジンのテールコーンやロケットエンジンのノズルなど物理的に大きな力が加わり、かつ高温高
圧のガスに晒される部品への応用が研究されています。近い将来、セラミックス複合材料を用いた
エンジン部品が実用化されればエンジンを軽量化させることができるので航空機やロケットの性能
向上が期待されます。このようなセラミックス材料の複合化の研究は日本が得意とする分野のひと
つです。現状ではジェットエンジンやロケットエンジンで高温のガスに晒される部品には特殊な合金
が用いられていて海外からの輸入に頼っていますが、合金には希少金属が含まれているので政治
情勢の変化により入手が困難になるリスクがありますが、セラミックス材料の原料は炭素やケイ素な
ど世界中どこでも入手が可能です。