高温環境下における炭素繊維強化炭素の強度及び変形挙動の支配因子

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16760557
• Research Institution: Japan Aerospace Exploration Agency
• Principal Investigator: 後藤 健 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究本部・宇宙構造・材料工学研究系, 助教授 (40300701)
• Keywords: 複合材料 / 炭素 / 高温変形

Research Abstract

炭素繊維強化炭素複合材料(C/C)は各種分野で使用されはじめているが、大きな荷重を負担する耐熱金属製部品を置き換えるまでに至っていない。理由に、高温での変形機構、クリープ機構や高温強度などの支配因子については全く理解がされていないためと推定される。本申請は高温での強度及び変形挙動の支配因子を明らかにし、C/Cの高強度化及び耐クリープ性を高める指針を明らかにすることを目的とする。具体的には、熱処理温度の異なる炭素繊維を用いて作製したC/Cを用いて、繊維方向及び面内せん断方向へのクリープ挙動を明確にする。クリープ挙動の解明に当たっては高温での機械試験のみではなく、微細組織観察も合わせて行い、繊維、マトリックス、界面における組織変化ならびに微細破壊についても調査を実施する。さらに、クリープ変形前、及び変形後の高温引張試験を実施し、クリープ変形による強度の上昇について明確にする。目的を達成するために、熱処理温度の異なる炭素繊維を用いた直交積層型C/C複合材料の作製を実施した。炭素繊維の特性は最終熱処理温度によって異なり、一般に内部の黒鉛結晶の発達と配列度によって繊維の機械特性が決定されている。これらの違いは高温でのクリープ挙動に影響すると考えられる。また、マトリックスが異なると現象がさらに複雑になるため、マトリックスプリカーサー、作製プロセスは同一で作製した。クリープ変形前、クリープ変形後の試験片についてそれぞれ室温での試験を行い。機械特性の変化、特に弾性率、破壊強度の変化に着目してデータ取得を実施した。室温においては弾性率の向上が確認できたが、室温強度は同一もしくは低下する傾向が見られた。