2019 Fiscal Year Research-status Report
Measurement of delamination toughness of oxide environmental barrier coatings from SiC/SiC substrate
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18K04735
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
香川 豊 東京工科大学, 片柳研究所, 教授 (50152591)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 耐環境コーティング / 界面剥離 / 剥離抵抗 / フェーズアングル / EBC / 応力分布 / セラミックス複合材料 / CMC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiC/SiC基材およびEBC層中には基材の織物構造により不均一な応力/ひずみ分布が発生することが明らかになった。現在開発されている剥離靱性評価はSiC/SiC基材およびEBC層の組織を複合則を用いて単純化することにより、応力/ひずみの不均一性を排除している。しかし、より厳密なEBCの剥離靱性の評価を行うためには、き裂先端の応力状態に大きな影響を与えると予想されるSiC/SiC基材およびEBC層の不均一な応力/ひずみ分布を考慮する必要がある。
本年度は、EBC層とSiC/SiC基材の系に不均一な応力/ひずみ場が存在している場合に、EBCの剥離現象に影響を及ぼす因子を明らかにするとともに、剥離靱性の定量的評価方法と剥離を支配する現象の相関性を議論する際の留意点について検討した。特に、EBC層中の応力分布がEBC層の剥離に与える影響について、FEMを用いた解析から考察した。また、実験方法に関する整備を進めた。
その結果、SiC/SiCでは高温でのEBC堆積プロセスから室温まで冷却された場合に発生する熱応力にも分布が存在し、剥離靭性評価においてこの影響を考慮する場合には複雑な問題となることが明らかになった。また、SiC/SiCのように不均一な基材を持つ場合のEBCの剥離では、き裂長さが定常状態のき裂進展の条件を満たしている場合でも、剥離部先端のフェーズアングルおよびひずみエネルギー解放率は一定とならないことが計算結果より示された。実験方法に関しては、再現性の良い結果が得られるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で検討していた界面剥離抵抗の測定方法に関しては、順調に進み、剥離抵抗を実測することが可能な段階にまで達した。一方、試験結果から剥離抵抗を導出する方法に関しては、理論的にも明確にしておくことが必要なことが研究を通して明らかになってきた。
二次元モデルを用いたFEMから、基材の材料特性によりフェーズアングルおよびひずみエネルギー解放率が変化することが明らかになった。しかし、EBC層のSiC/SiC機材からの三次元的なき裂進展の挙動や、定常状態のき裂進展の扱いについては過去に報告例もなく、また、FEM計算の予測だけで証明することには疑問が残った。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度に向けて得られた結果を用いて、耐環境コーティングの基材からの剥離抵抗の測定手法としてまとめ、今後の当該分野の研究開発に役立てられる形として示していくことを計画している。また、FEM計算で求めた結果の妥当性を検証しておくことも学術的には重要と考えられた。これに関しては、現実の材料で予想される現象を確認することは難しいのでモデル材料を用いた実験を行い、基材が不均一な形状を持つ場合のコーティングの剥離き裂進展挙動を観察することを研究計画に加え、可能な範囲で検討していくことにする。
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| Causes of Carryover |
2020年度までの研究において、既に研究室に保有している研究装置を有効利用することにより必要最小限のものを購入することで実験が可能になり、研究経費を節約することが可能となったため次年度使用が生じた。また、研究に使用する材料に関しても研究室で調達することができ、消耗品に関しても経費節約ができた。最終年度に向けて計算結果の証明を行うための計算機環境の充実を行うために、2019年度未使用額をコンピュータ機器の購入に充当する。2020年度に用いる経費は、2019年度に構築した試験方法を用いた界面力学特性測定の実験や結果の取りまとめに使用する。
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