オールオキサイド複合材料のマトリックス組織変化にともなう微視応力分布の測定・解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450272
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 本田 紘一 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80092328)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 朱 世杰 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (60283032)
• Keywords: オールオキサイド複合材料 / 結晶粒 / 蛍光スペクトル / 走査型ミクロ応力測定装置 / 破壊抵抗 / 微視応力分布 / 界面制御 / Al_2O_3繊維強化Al_2O_3

Research Abstract

オールオキサイド系複合材料は、マトリックスを熱膨張率の異なる繊維と複合化する時に結晶粒の異方性により連続体力学では予測しえない大きな内部応力が生じ、破壊抵抗を著しく低下させると同時に、マトリックス内部のクラックの生成あるいは繊維中の過大な引張り応力発生の要因にもなる。したがって、静的・動的な状態で結晶粒単でのミクロな応力場を知り、その発生におよぼす結晶粒寸法・方位の影響を知りマトリックス組織を最適化することが必要である。平成12年度は、検出波長範囲400〜900nm、分解能1μmの走査型ミクロ応力測定顕微鏡の試作を行い、種々のCr含有率の材料を用いて静的な条件で蛍光スペクトルシフトの応力依存性のキャリブレーションを行った。Al_2O_3繊維強化CrドープAl_2O_3マトリックス複合材料を製造し、破壊抵抗におよぼす結晶粒度の影響を調べた。平成13年度は、分光器の高分解能化、応力分布および結晶方位測定結果のマッピングを行うためのデータ取得方法を確立した。試作した装置を複合材料の力学試験が可能な横型引張り試験機と一体化させ、Al_2O_3繊維強化Al_2O_3の破壊試験時の応力分布のその場観察を行い、結晶粒径を変化させた場合の破壊試験時の材料中微視応力分布を求めた。その結果、界面の応力およびクラック進展開始応力は結晶粒径に依存し、界面せんだん応力およびクラック進展開始応力が最大となる結晶粒径が存在することが明らかとなった。与えられた素材の組み合わせのもとで破壊抵抗を最大にする繊維の特性、寸法に対するマトリックス組織(特に結晶粒径)最適化の指針を得た。

Research Products

• [Publications] 本田紘一, 香川 豊, 朱 世杰: "SiC繊維強化SiC複合材料の酸化損傷の誘電特性を用いた評価"生産研究. Vol.53, 9・10号. 461-465 (2001)
• [Publications] T.Mamiya, S.Zhu, Y.Kagawa: "Application of Dielectric Properties to Non-Contact Damage Detection for Continuous Fiber-Ceramic Matrix Composites"Ceramic Engineering and Science Proceedings. Vol.22, 3. 717-724 (2001)
• [Publications] A.F.Dericioglu, S.Zhu, Y.Kagawa: "Optical and Mechanical Behavior of Woven Fabric Al_2O_3Fiber-Reinforced MgAl_2O_4 Matrix All-Oxide Optomechanical Composites"High Temperature Ceramic Matrix Composites, Proceedings of HT-CMCIV. 664-669 (2001)
• [Publications] 本田紘一, 香川 豊: "電磁波を用いた繊維強化セラミックス複合材料の酸化損傷評価"第128回金属学会講演概要(2001年春季大会). 317 (2001)
• [Publications] A.F.Dericioglu, S.Zhu, Y.Kagawa: "Determination of Interfacial Properties of ZrO_2 Coated Al_2O_3 Fiber-Bundle Reinforced Brittle Matrix Composites"第45回日本学術会議材料研究連合講演会講演論文集. 327-328 (2001)