| 研究概要 |
繊維強化金属間化合物およびセラミック複合材料は次世代超高温材料として注目されているが脆さの克服が課題となっている。実用化に向けて,き裂の進展を阻止する高靭化メカニズムを導入する手法を開拓することは急務である。本研究では,強度・靭性を低下させるモードIき裂進展を阻止して高靭化するために,以下の効果の導入とその解析を行った。主な結果は以下の通りである。
(1)繊維への応力伝達をそれほど損なわない程度に界面剥離を生じさせて,モードIき裂先端の応力特異性を消失させることで、モードIき裂進展を阻止すると共に,き裂先端に繊維のブリッジング現象を生じさせてモードII型破壊を抑制することを試みた。その結果,両者を実現することができた。また,その破壊解析から,縦割れとして生じるモードII型亀裂進展の臨界エネルギー解放率を算出する方法を見出した。
(2)応力集中を低減させることで高靭化効果を持つ界面剥離は,反面では応力伝達を低下させ低強度化につながる危険性がある。そこで,残留応力を利用して界面剥離を制御することを目的に,理論解析を行い,マトリックス破断部からの剥離加速にはマトリックスに高線膨張係数材料を,加速抑制には低線膨張係数材を適用すると効果があることを明らかにした。
(3)脆いマトリックスでは,ボイド量を調整して適当なマルティプルフラクチャを生じさせると,強度靭性向上に効果があることを確かめた。また,計算機シミュレーションによりこの現象を再現した。さらに,この現象が生じるための界面強度を予測する方法を開発した。
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