マイクロガスタービンの損傷許容設計を目指したセラミック基複合材料評価手法の構築

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16360337
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 向後 保雄 東京理科大学, 基礎工学部・材料工学科, 教授 (60249935)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荻原 慎二 東京理科大学, 理工学部, 助教授 (70266906) ; 森本 哲也 独立行政法人, 宇宙航空研究開発機構, 主任研究員 (50344255) ; 小林 訓史 首都大学東京, 都市教養学部, 准教授 (80326016)
• Keywords: 機械材料・材料力学 / 構造・機能材料 / セラミックス / 複合材料・物性

Research Abstract

マイクロガスタービンの動作環境下における,セラミック基複合材料の繊維とマトリックスの相互作用や界面特性を含む微視的変形破壊特性の定量的評価法を確立するために,以下の研究を行った.
1.水中投下式熱衝撃試験機及び引張試験機を改良し、それぞれに超高温大気炉(〜2000℃)および雰囲気を窒素(不活性雰囲気)及び空気(活性雰囲気)に切り替えられる流入量調整弁を取り付けた。また,スプリットホプキンソンバー方式衝撃試験機に関しても、設計に必要な予備的試験を実施した.
2.改造された試験装置は、温度分布等の装置特性を評価し、目的の性能が得られていることを確認した。また、水中投下式熱衝撃試験機は、最大負荷レベルを任意に制御することは困難であるため、これまで行ってきた有限要素法を用いた温度-熱応力達成解析を用い、温度-最大応力の校正曲線を作成した。
3.特性評価標準材としてシリコンオキシカーバイド系CMC(Si-C/Si-C-O)及びシリコンオキシカーバイド被覆カーボン/カーボン複合材料を選定し、基本的なクロスプライ積層板を用いて一部の試験に着手した。ゾルゲル法を用いて,メチルトリエトキシシランを出発物質とし,繊維金属アルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシドを用い,ゲルを高分子量化することにより,母材や被覆材として用いるSi-C-Oセラミックスの合成に成功した.さらに作成された試料に対して現状でも高温試験が可能な熱衝撃試験、クリープ試験について現在の装置性能の範囲の実験を行った。熱定数測定については現有装置での対応が可能であり、温度依存性データを取得した。また、衝撃試験については、室温における基礎データを取得した。