長繊維強化積層セラミックスの構造設計とプロセッシング

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555482
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 平田 好洋 鹿児島大学, 工学部, 教授 (80145458)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶 正己 京セラ株式会社, 総合研究所, 課責任者 ; 稲垣 正祥 京セラ株式会社, 総合研究所, 課責任者 ; 古賀 和憲 京セラ株式会社, 総合研究所, 所長 ; 中村 祐三 鹿児島大学, 工学部, 助教授 (40198247)
• Keywords: ムライト / コンプライアンス / 一軸配向 / 平織り / 内部応力

Research Abstract

直径約10μmのSi-Ti-C-O繊維を800本又は1600本束ねたヤーンをムライトシート間で0°と90°に交互に一軸配向させた積層体を1650℃の加圧焼結により作製した(試料1)。同様にこのヤーンを平織りしたシートとムライトシートの積層体を作製した(試料2)。いずれも繊維量は10vol%とした。試料2は試料1に比べて変形のコンプライアンスと曲げ強度が大きくなった。主クラックスはいずれの試料でもムライト層を加圧方向と平行に貫通し、繊維層で90°に偏向した。試料2の圧痕法で内部応力に関する知見を得た。積層材には、単純な積層理論では予想できない大きな内部応力が不均一に分布することが明らかとなり、このような内部応力の形成が織物構造特有の性質であることを理論的に明らかにした。理論的に予想される最大の不均一応力が生じる繊維体積率は、プロセス段階で界面剥離が生じる繊維体積率と一致し、材料設計の指針を得た。この試料の圧縮-引っ張りの2軸応力下での破壊はK_I-K_<II>混合モード状態下で生じていることが考えられ、臨界亀裂長さを求めるにはK_<II>のみでなく混合モード破壊靱性を評価する必要があることが判った。また、同材料のTEM分析を行った結果、繊維/ムライトマトリックス界面に(0002)面が界面に平行に発達した10nm幅のグラファイト層および粒径0.1〜0.2μmのTiC析出物を確認した。

Research Products

• [Publications] Yoshihiro Hirata: "Reaction between Mullite and Polytitanocarbosilane" Proceedings of International Symposium on Novel Synthesis and Processing of Ceramics. (印刷中). (1997)
• [Publications] Yukihiro Kyoden: "Processing and Fracture Behavior of Laminated Si-Ti-C-O Fibers/Mullite Matrix Composites" Proceedings of the 6th International Symposium on Ceramic Materials & Components for Engines. (印刷中). (1997)
• [Publications] 小野 孝: "Si-Ti-C-O繊維/ムライトマトリックス系複合材料の鞍状曲げ試験における破壊挙動" 日本セラミックス協会学術論文誌. (発表予定). (1998)
• [Publications] 藤本哲朗: "Si-Ti-C-O繊維/ムライトマトリックス基複合材料のTEM観察" 日本セラミックス協会学術論文誌. (発表予定). (1998)
• [Publications] M.Kaji: "Measurement of Internal Friction in Silicon Nitride under Tensile stress" Proceedings of the 6th International Symposium on Ceramic Materials and Components for Engines. (印刷中). (1997)