2021 Fiscal Year Annual Research Report
高温酸化物の相転移を利用した繊維強化セラミックス複合材料の繊維コーティングの研究
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19H02451
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
後藤 健 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (40300701)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 繊維コーティング / 界面 / 引張強さ / 破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SiC繊維強化SiC複合材料（SiC/SiC）の最高使用温度はSiC繊維の耐熱温度に比較して低く抑えられている。要因の一つに、繊維／マトリックス界面の接着強度を制御する繊維コーティングが低温で酸化劣化し、機能を喪失することがある。そこで、より高温酸化雰囲気で安定なZrO2による繊維コーティングをレーザーCVD法により実現することが本研究の目的である。昨年度までにZrO2繊維コーティングのプロセス温度による繊維／マトリックス界面のせん断応力の変化を調査し、コーティングのプロセス条件の最適化を実施した。また、ZrO2繊維コーティングを施工したSiC繊維を用いたSiC/SiC複合材料（繊維束１本からなるミニコンポジット）の引張試験を行い、十分な繊維保護機能を有していることを明らかにしている。本年度は最初に、引き続き単繊維押し込み試験により、界面せん断はく離エネルギーを取得し、界面はく離エネルギーが強化繊維の保護できる領域にあることを明らかにした。続いて、作製したミニコンポジットを1100℃大気中に１時間暴露し、酸化後の界面力学特性と引張強さを取得した。酸化後の単繊維押し抜き法により取得した界面せん断応力は250 MPa以上（繊維破壊が発生し押し抜けなかった）となり酸化前の50から100 MPaに比較して非常に大きくなった。また、引張強さは酸化前の370 MPaから半減し、繊維強度保持機能を失っていることが明らかとなった。ZrO2繊維コーティングはそれ自身の発生する熱応力や相変態による残留応力により、あらかじめはく離している領域や、コーティングの割れが発生したりしている。そのため、酸素の透過によりZrO2コーティング相とSiC繊維の間にSiO2が生成し、繊維／マトリックス界面の接着強さを増加させたと考えられた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(1 results)
