Fracture resistance of silicon carbide composites using various notched specimens

さまざまなノッチ試験片を用いたSiC/SiC複合材料の破壊抵抗の評価

野澤 貴史; 谷川 博康; Park, J.-S.*; 香山 晃*

Nozawa, Takashi; Tanigawa, Hiroyasu; Park, J.-S.*; Koyama, Akira*

SiC/SiC複合材料はさまざまなエネルギー産業における有力な材料である。実用化に向けた主要な項目に、擬延性複合材料の設計基準の開発がある。そのため、亀裂進展挙動の解明は必須である。このような背景のもと、複合材料の破壊抵抗の定義は重要で、本論文ではさまざまなノッチ試験片を用いて評価する。初期検討により、非線形破壊力学を主体とした破壊抵抗の解析法の高度化を実施した。本解析法により、非可逆エネルギーの寄与を分離評価することが可能となった。本手法をナノインフィルトレーション遷移共晶相で作製されたSiC/SiC複合材料に適用したところ、(1)ノッチ鈍感性,(2)有意な試験片サイズ効果がないこと,(3)優れた亀裂抵抗が明らかとなった。

SiC/SiC composites are promising candidate materials for various energy industries. One of key issues for their practical application is to develop design basis of quasi-ductile composites. Understanding the crack propagation behavior is therefore essential. For this purpose, determining a fracture resistances undoubtedly important and this paper aims to evaluate this using various types of notched specimens. With the preliminary analysis by the authors, a new methodology to determine the fracture resistance has been developed based on the non-linear fracture mechanics, separately discussing the effect of irreversible energies. By adopting this method for nano-infiltration transient-eutectic-phase sintered (NITE) SiC/SiC composites, several key findings were obtained: (1) notch insensitivity, (2) no significant size effect, and (3) superior crack tolerance.