異種界面せん断強度評価試験装置の開発とそのCMC創製プロセスへの応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555029
• Research Institution: Ube National College of Technology
• Principal Investigator: 幡中 憲治 宇部工業高等専門学校, 校長 (60026193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森 淳 インストロンジャパンカンバニリミッテッド, 技術グループ・課長 ; 小川 壽 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (10043887)
• Keywords: CMC複合材料 / マイクロ試験システムの開発 / 繊維 / 基地界面強度 / 繊維押出し試験 / 荷重-変位応力の計測

Research Abstract

本研究ではCMC複合材料の異種界面の静的および繰り返しせん断強度が評価できる新しい強度評価装置を開発した。本体はブラシレスDCサーボモータにより駆動されるアクチュエータを備え,窒化けい素中に埋め込まれた直径10μmの炭化けい素繊維の静負荷および繰り返し押出し試験ができるよう工夫されている。試料の位置決めには従来のマイクロヴィッカース硬度計に採用されている光学系による機構を採用した。すなわち,X-Yステージを有する試料台に固定した試料の表面に炭化けい素繊維端の位置を光学顕微鏡により定め,これに硬度計におけるインデンターに代わって閉ループ制御されたブラシレスDCサーボモータにより駆動される圧子を押し付ける構造とした。このときアクチュエータの軸方向変位を光学式リニアエンコーダにより0.1μmの精度で,また,荷重をひずみゲージ式精密ロードセルにより1mNの精度で検出できるようにした。圧子にはダイアモンドを用い,先端直径8μmで角度60度および20度の2種類を作成した。この装置の開発はインストロンジャパンカンパニーリミテッドと宇部工業高等専門学校 幡中,小川との連携の下に行われた。
本試験機を用いて静荷重による繊維押出し試験を実施した。試験に用いた材料はSiC繊維強化CMC複合材料(チラノヘックス)で,試料寸法は9w×4L×0.5tおよび9w×4L×1tである。炭化けい素繊維直径はl0μmである。角度60度の圧子を用いて前者の試料に押込み試験を実施した場合,試料に割れが生じた。また,後者の試料においても単一繊維を押し出すことはできなかった。角度20度の圧子を用いて二種類の試料に対し繊維押出し試験を実施することにより荷重一変位特性を得ることができた。