長繊維強化積層セラミックスの構造設計とプロセッシング

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555482
• 研究種目: 試験研究(B)
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 平田 好洋 鹿児島大学, 工学部, 教授 (80145458)
• 研究分担者: 古賀 和憲 京セラ株式会社, 総合研究所, 所長
• キーワード: コロイドプロセッシング / 長繊維織物 / ムライト / 炭化ケイ素 / 加圧焼結 / 非線形破壊 / 残留応力 / 破壊抵抗

研究概要

当初計画したコロイドプロセッシングで長繊維織物/ムライトマトリックス複合材の成形が十分可能で、その加圧焼結性は大変高いことが証明された。さらに繊維量の調整と加圧焼結条件の選択により、複合材は高い強度と非線形破壊を示すことが明らかになり、本研究の目的に沿った材料が作製可能であると判断された。そして、特定の作製条件と複合材の微細構造の関係、複合材料内に誘起される内部応力の大きさと応力集中については解析法から検討している段階である。この際コンピュータを利用した応力計算は複合材料の組織のあり方に大きく影響を与えるであろう。一方で、プロセッシングの再現性と改善を計りつつある。本研究で合成したアルミナ添加炭化ケイ素の破壊靱性は5-6MPa・m^<0.5>に達し、世界最高値に匹敵している。微構造の制御によりさらに高い靱性が得られる可能性がある。
有限要素法を用いて、焼成プロセスによって生じる強化繊維近傍の残留熱応力を求めた。また織物を構成する繊維の一束を楕円柱で近似して、同様の熱応力を求めた。長径端部に応力が集中している様子が把握できた。鞍状曲げ試験を行い、引張/圧縮応力下における繊維強化複合材料の破壊挙動を調べた。破面形態が複雑になっていることから、破壊抵抗値はムライト単体より大きいことが考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Colloidal Processing" Proceedings of the 8th CIMTEC-World Ceramics Congress & Forum on New Materials,Advances in Science and Technology 3C. 3C. 1533-1544 (1995)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Surface Characteristics and Colloidal Processing of Silicon Carbide" Proceedings of International Symposium on Environmental Issue of Ceramics,Ceramic Society of Japan. 264-272 (1995)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Colloidal Processing for Preparation of Laminated Composites of New Zealand Kaolin/Woven Fabrics of Si-Ti-C-O Fiber" Materials Letters. 25. 37-42 (1995)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Observation of Interfaces of Si-Ti-C-O Fiber/Mullite Matrix Composites by Analytical Transmission Electron Microscopy" Journal of the Ceramic Society of Japan. 103. 1197-1200 (1995)
• [文献書誌] Yoshihiro Hirata: "Processing and Mechanical Properties of Laminated Composites of Mullite/Woven Fabrics of Si-Ti-C-O Fibers" Journal of the European Ceramic Society. (印刷中). (1996)
• [文献書誌] 平田 好洋: "屋久島で合成された炭化ケイ素の加圧焼結と性質" 鹿児島大学南西地域研究資料センター報告特別号. 第6号(印刷中). (1996)
• [文献書誌] Yoshihiro Takeshita: "Evaluation of Thermal Shock Resistance Using Precracked Specimens" Journal of the Ceramic Society of Japan. 103. 563-569 (1995)
• [文献書誌] Hiroshi Uchimura: "Measurement of Biaxial Displacement by a Speckle Correlation Method at High Temperature" Journal of the American Ceramic Society. 78. 3273-3276 (1995)