繊維複合による微視き裂分散型材料の高靱化に関する破壊力学的研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650085
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 助教授 (40180814)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 一志 宮城工業高等専門学校, 機会工学科, 講師 (80235324)
• Keywords: 複合材料 / 微視き裂分散型材料 / 破壊力学 / 材料設計モデル / 放電プラズマ焼結 / セラミックス / 繊維 / 高靱化

Research Abstract

本研究は、繊維、マトリックスの各種複合パラメータと微視き裂分散型プロセスゾーンに吸収される破壊エネルギーとをリンクさせるための破壊力学的解析を行い、さらに、この解析結果を設計モデルとして利用することにより、繊維複合材料の高靱化のために最適化に関する検討を行うことを目的としている。本年度は、研究(1)設計モデルの開発、ならびに研究(2)繊維強化複合材料の合成と評価に関する研究を行った。
研究(1)設計モデルの開発
申請者らがこれまで短繊維のランダム配合を対象として開発したマイクロメカニックスモデルを基礎に、微視き裂分散型材料に適用可能な構成則を推定するための方法に関する検討を行い、複合パラメータから機械的諸特性を予測する破壊力学的基礎式を導出した。このマイクロメカニックスモデルは、繊維パラメータ(寸法、含有率、機械的特性)、マトリックスパラメータ(破壊靱性、ヤング率)ならびに界面強度、スナッピング係数に対して、き裂発生強度や準ひずみ硬化特性を予測するものである。
研究(2)繊維強化複合材料の合成と評価
放電プラズマ焼結法を合成技術として用い、炭素の連続繊維を一方向に配合した炭化ケイ素複合材料を作製した。さらに、3点曲げ試験片による破壊靱性試験を実施することにより、試作材の基礎的破壊特性の評価を行った。試作材の破壊過程には、繊維とマトリックスの界面におけるはく離に起因するブリッジング挙動が観察され、高靱化のための必要条件を満たすものであることを確認した。今後、さらに焼結温度、加圧力などの合成条件に関する詳細な検討を実施することにより本複合材料を微視き裂分散型材料に仕立てるための研究を推進する。
以上の検討結果を組み合わせて、ほぼ設計モデルが繊維複合材料の破壊靱性値を推定できることを示した。

Research Products

• [Publications] 橋田俊之、蔦森正憲、高橋秀明、和田千春: "マルチプルクラックによる短繊維ゾノライト複合材料の高靱化" 無機マテリアル. 3-262. 203-211 (1996)
• [Publications] J.C.Rendon, T.Nishikawa, M.Saito, T.Hashida, H.Takahashi: "Mechanical Behavior of Ceramics Prepared by Means of Spark Plasma Sintering Method" Proceddings of Asian Pacific Conference for Fracture and Strength '96. 693-697 (1996)