Fabrication of advanced SiC fiber/F-CVI SiC matrix composites with SiC/C multi-layer interphase

SiC/Cマルチレイヤー界面層を有する先進SiC繊維強化FCVI-SiC複合材料の作製

田口 富嗣; 野澤 貴史*; 井川 直樹   ; 加藤 雄大*; 實川 資朗; 香山 晃*; 檜木 達也*; Snead, L. L.*

Taguchi, Tomitsugu; Nozawa, Takashi*; Igawa, Naoki; Kato, Yutai*; Jitsukawa, Shiro; Koyama, Akira*; Hinoki, Tatsuya*; Snead, L. L.*

SiC/SiC複合材料は、高温高強度及び低放射化であることから、核融合炉材料の候補材料の一つである。複合材料の機械的特性向上のために、ナノメートルオーダーで制御したSiC/Cマルチレイヤーを界面層とする先進SiC繊維を用いた、SiC/SiC複合材料を熱傾斜化学蒸気浸透法(F-CVI)により作製した。走査型及び透過型電子顕微鏡観察により、先進SiC繊維の周りにSiC/Cマルチレイヤーが生成していることを確認した。曲げ試験及び引張試験の結果、SiC/Cマルチレイヤー界面層を有する複合材料の強度は、単層C界面層を有する複合材料の強度に比べ、約10%程向上することがわかった。機械強度試験後の破面観察の結果、繊維の周りに円筒状の段差が生じていることが確認され、繊維の引き抜けだけでなく、繊維束の引き抜けも生じていた。さらに、SiC/Cマルチレイヤー内で生じたき裂の偏向は、C層内で生じていることがわかった。これらの結果から、本研究で作製したSiC/Cマルチレイヤーは、機械強度改善に十分に貢献することがわかった。

The SiC/SiC composite with SiC/C multi-layer interphase coated on advanced SiC fibers was fabricated by the forced thermal-gradient chemical vapor infiltration (F-CVI) process for improvement in mechanical properties. The SEM and TEM observation verified that SiC/C multi-layer interphase was formed on SiC fibers. The both flexural and tensile strengths of SiC/SiC composite with SiC/C multi-layer interphase were approximately 10 % higher than that with single carbon interphase. The SEM observation on the fracture surface of the composite with SiC/C multi-layer reveals that cylindrical steps around the fiber were formed. The several crack deflections occurred within SiC/C multi-layer interphase. The SiC/C multi-layer applied in this study operated efficiently to improve the mechanical properties.