複合材料

複合材料

複合材料は母材(matrix)に任意の機械材料を加えるため、強化材を積層する。母材の種類によってプラスチック複合材、セラミックス、金属基複合材料などに分けられる。また、強化材の形状によって繊維強化、粒子分散強化複合材料などにも分けることができる。いずれの場合も強化材と母材との界面の結合が最も重要である。

繊維強化プラスチック

繊維強化プラスチックには、強化材として使われる繊維の種類によって、GFRP(glass-fiber)、CFRP(carbon-fiber)、AFRP(aramide-fiber)と区分けする。母材として使用される不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂にロービング、クロス、またはマット状の繊維強化材をどのような形で複合させるかによって、特性が大きく変わってくる。繊維に平行な方向と直角の方向とでは、大きな異方性が認められる。通常はこの薄い単層をいろいろな角度に積み重ね、積層材を作る。

金属複合材料

金属複合材料として繊維強化金属(FRM:fiber reinforced metal)は、FRPが持つ欠点の耐熱性の低さをカバーし、繊維強化セラミックスの脆性をもカバーすることを目的としている。
強化繊維としては、カーボン、ボロン、SiC、Al2O3、W、Mo、SUSなどが用いられる。母材としてはAl合金やTi合金などが用いられる。製品は比強度や比弾性が高く、耐熱性に優れた長所を持つが、複合過程が高温の場合が多いため複合化が難しく、繊維コストが高いという短所は避けられない。自動車エンジンの部品や、航空宇宙機の耐熱構造材として応用されている。

粒子分散強化合金

粒子分散強化合金(particle dispersed strengthened metal)は、0.01~0.1μm程度のセラミックスの微細粒子を金属母材に分散させた耐熱合金である。分散微粒子としてAl2O3,ThO2、ZrO2、SiO2、MgO2などがあり、母材としてはAl、Ni、Cu、Cr、Mo、Mg、Beなどがある。超微粒子の製造が難しくてコスト高となり、製品の塑性加工が比較的困難であるということも欠点となる。用途は耐熱、耐摩耗材料であり、エンジンのインサート材やジェット工ンジン部品などとなっている。このほかに、2種以上の金属、または金属とプラスチックやセラミックスを貼り合わせて、それぞれの素材の持つ特性を兼ね合わせたクラッド材がある。

繊維強化セラミックス

繊維強化セラミックスは、繊維による強化や粒子分散による強化が行われる。繊維強化セラミックス(fiber reinforced ceramics)として応用されている組合せは、炭素繊維/窒化けい素/炭素繊維/ガラス/SiC繊維/ガラス、鋼繊維/コンクリートなどがある。繊維表面にコーティングを施すことで、界面での接着強度を上げている。

粒子分散強化セラミックス

粒子分散強化セラミックス(dispersion strengthened ceramics)は、母材のセラミックスの中に数um以下のセラミックス、または金属の微粒子を分散したものである。分散粒子の強さよりも、母材と粒子の相互作用や粒子自身の変態を利用するものである。Al2O3の中へZrO2粒子を分散させたものや、母材のAl2O3粒子中にMo粒子を分散させた後に焼結を行い、強度の向上を図ったものがある。

タイトルとURLをコピーしました