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

• 研究課題/領域番号: 16760557
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 複合材料・物性
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2005年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2004年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 複合材料 / 炭素 / 高温変形

研究概要

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を明らかにするために、クリープ変形後の各種試験片について、内部の微細構造、特に黒鉛結晶の発生と配列に着目し観察を行った。また、クリープ変形による界面の接着状況を破壊後の試験片の破面観察、断面観察を通じて調べた。さらに、クリープ試験後のC/Cの室温における機械特性の変化も合わせて測定した。その結果、クリープ試験を実施することにより、わずかにヤング率が大きくなっていることが明らかとなった。
破壊後の試験片ならびに、一方向強化C/Cの繊維軸に垂直な方向への引張試験の結果から、界面の接着強度は高温になるに従い大きくなっていることが示された。室温、高温では破壊後の試験片の破面の様子などに大きな違いは見られないことから、高温での引張強度の上昇は繊維及びマトリックスの高温強度の上昇によりもたらされていると考えられた。
また、クリープ変形については、2000℃以上では活性化エネルギーがほぼ同一となった。しかし、1600℃では、活性化エネルギーから推定される速度より加速されている事が明らかとなった。2000℃以上の領域での活性化エネルギーは等方性黒鉛で報告されている値に近いものとなった。応力指数、n、は、繊維の最終熱処理温度により異なっていることが明らかとなりその違いを説明することはこの研究の範囲では出来なかった。以上から、C/Cの基本的なクリープ挙動は炭素繊維のクリープ挙動によって決定されていることが明らかとなった。今後は炭素繊維のクリープ挙動を調べる必要があると考えられた。