報告書番号

T97081

タイトル（和文）

Ａｌ２０３／Ｃｕ傾斜機能材料の開発

タイトル（英文）

DEVELOPMENT OF AL203/CU FUNCTIONALLY GRADIENT MATERIAL

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

熱電変換モジュールの信頼性確保のために，ＣｕとＳｉ３Ｎ４の組成を有するＦＧＭ層をモジュールの接合部に適用し，熱応力解析に基づいてその傾斜組成分布を決定した。そして，解析結果に基づいてホットプレスによりＳｉ３Ｎ４／ＣｕＦＧＭを作製した。しかし，組成分布や試料形状に依存して焼結過程後に多数のき裂が発生すること，ＣｕとＳｉ３Ｎ４との焼結温度が大きく異なるために，接合強度が極めて低いことが明らかとなった。そこで，本研究では，微細粒径で低焼結温度の高純度Ａｌ２０３粉末を用いて，残留応力解析に基づいてＡｌ２０３／ＣｕＦＧＭを開発した。得られた結果を要約すると次の様になる。（１）Ａｌ２０３／Ｃｕ複合材を低い焼結温度（１４７３［Ｋ］）のもとで作製することができた。そして，Ａｌ２０３／Ｃｕ複合材の機械的特性の温度依存性について測定した。（２）焼結後にＦＧＭに生じる残留応力を最小にするために，Ａｌ２０３／Ｃｕ複合材の機械的特性を用いて有限要素解析を行い，Ａｌ２０３／ＣｕＦＧＭの最適な傾斜組成分布について調べた。（３）上記残留応力解析結果に基づいてＡｌ２０３／ＣｕＦＧＭを作製した。これにより，ＦＧＭに生じる残留応力を複合材の曲げ強さよりも低くすることでＦＧＭを作製することが可能であることが明らかとなった。

概要 （英文）

IN ORDER TO INSURE RELIABILITY OF THE THERMOELECTRIC MODULE, WE HAD APPLIED FGM LAYER WITH COMPOSITION OF CU AND SI3N4 TO THE BONDING PARTS IN THE MODULE AND DECIDED THE FUNCTIONALLY GRADED COMPOSITIONAL PROFILE BASED ON THERMAL STRESS ANALYSIS. AND THE SI3N4/CU FGM HAD BEEN FABRICATED BY THE HOT PRESS BASED ON THE ANALYSIS RESULTS. BUT MANY CRACKS INITIATED IN FGM AFTER SINTERING PROCESS WITH DEPENDENCE OF COMPOSITIONAL PROFILE AND SPECIMEN GEOMETRIES AND BONDING STRENGTH WAS VERY LOW BECAUSE OF A LARGE DIFFERENCE OF SINTERING TEMPERATURE BETWEEN CU AND SI3N4. IN THIS STUDY, AL203/CU FGM WAS DEVELOPED BASED ON REDISUAL STRESS ANALYSIS BY USING HIGH-PURITY AL203 PARTICLE WITH CHARACTER OF VERY SMALL PARTICLE RADIUS AND LOW SINTERING TEMPERATURE. OBTAINED RESULTS ARE SUMARIZED AS FOLLW, (1) AL203/CU COMPOSITES COULD BE FABRICATED UNDER LOW SINTERING TEMPERATURE (1473 K ). AND TEMPERATURE DEPENDENCE OF MECHANICAL PROPERTIES OF THE AL203/CU COMPOSITES WAS MEASURED. (2) IN ORDER TO MINIMIZE RESIDUAL STRESS IN THE FGM AFTER SINTERING PROCESS, FUNCTIONALLY GRADED PROFILE OF AL203/CU FGM WAS EXAMINED BASED ON FINITE ELEMENT ANALYSIS USING THE MECHANICAL PROPERTIES OF AL203/CU COMPOSITES. (3) AL203/CU FGM WAS FABRICATED BASED ON THE ABOVE RESIDUAL STRESS ANALYSIS RESULTS. IT WAS FOUND THAT THE FGM COULD BE FABRICATED IF REDISUAL STRESS IN THE FGM WAS LOWER THAN THE BENDING STRENGTH OF THE AL203/CU COMPOSITES.

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