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Effect of thick SiC interphase layers on microstructure, mechanical and thermal properties of reaction-bonded SiC/SiC composites

反応焼結法により作製されたSiC/SiC複合材料の微細組織及び機械的熱的性質に及ぼす新規SiC界面層の影響

田口 富嗣; 井川 直樹   ; 山田 禮司; 實川 資朗

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Yamada, Reiji; Jitsukawa, Shiro

SiC/SiC複合材料は、高温強度に優れ、低放射化の観点から核融合炉構造材料の候補材料の一つである。核融合炉では、ヘリウムガスを冷却材として使用するため、低気孔率を有するSiC/SiC複合材料を作製する必要がある。そのため、従来法よりも低気孔率のSiCを作製可能な反応焼結法をSiC/SiC複合材料の作製方法に用いた。しかしながら、SiC繊維と本方法により作製された母層とが強く融着することが報告されている。母層と繊維の融着を防ぐため、BN層を界面層として用いて、優れた破壊挙動を示したことも報告されている。しかしながら、核融合炉環境下ではBNは、放射化の点で大きな問題となる。そこで本研究では、低放射化であるC及びSiCを繊維-母層間界面層として付与し、本方法によりSiC/SiC複合材料を作製した。界面層のないSiC/SiC複合材料は、脆性破壊挙動を示したが、界面層を付与されたSiC/SiC複合材料は、非脆性破壊挙動を示した。破壊試験後の破面観察の結果、界面層のないSiC/SiC複合材料では、繊維の引き抜けは生じていなかったが、界面層を付与されたSiC/SiCでは、繊維の引き抜けが生じていた。これはSiC界面層が、繊維と母層との融着を防いだためと考えられる。

SiC/SiC composites are expected to be one of the candidate materials for fusion reactors because of the low radioactivity after neutron irradiation and excellent mechanical properties at high temperature. Reaction-Bonding (RB) process was employed since this process has a possibility of producing a much denser matrix compared with other processes. SiC fibers, however, adhere strongly to the matrix because of high reactiveness of molten Si with the SiC fiber during RB process. In this study, we investigated the effects of SiC layer as an interphase on fracture behavior in the SiC/SiC. The specimen without an interphase layer showed catastrophic failure behavior while the specimen with SiC interphase layer exhibited non-catastrophic failure behavior by 3-point bending testing. The microstructure observation indicated that SiC fibers did not adhere to the matrix in the specimen with SiC interpahse layer. After 3-point bending testing, the pull-out phenomenon occurred in the SiC/SiC with SiC interphase layer while did not occur in the composite without interphase layer.

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パーセンタイル:84.11

分野:Chemistry, Multidisciplinary

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