単繊維押し抜き試験によるSiC/SiCモデル複合材料の界面局所力学特性評価

Interfacial property evaluation of SiC/SiC model composites by single fiber push-out test

小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康

Ozawa, Kazumi; Nozawa, Takashi; Tanigawa, Hiroyasu

先進SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の候補材料として考えられる。近化学量論組成SiC繊維束(Tyranno-SA3、Hi-Nicalon Type-S)に化学気相浸透(CVI)法を用いてマトリックスを付与させ、SiC/PyC多層界面被覆を施した一方向繊維強化SiC/SiCモデル複合材料(ミニコンポジット)を、除荷・再負荷サイクル引張試験後のヒステリシスループ解析と単繊維押し抜き試験により界面強度特性を評価した。サイクル引張試験の結果、最も内側のPyC厚さが240, 1150nmのHi-Nicalon Type-S材(TypeS-240, TypeS-1150)のみ擬延性破壊挙動を呈し、それ以外は極端に低い繊維体積率(5-10%)が主因の脆性破壊挙動を示した。TypeS-240, TypeS-1150の複合材料中の有効繊維束強度は元来の79-104%, 70-85%であった。ヒステリシスループ解析の結果からは、TypeS-240はTypeS-1150の約1.4倍の界面摩擦強度を示した。これらのミニコンポジットはともにCurtinのGlobal Load Sharing条件を満たし擬延性破壊挙動を示したが、後者は低い界面摩擦強度が原因で複合材料中にて元来の繊維束強度を発揮できなかったと考えられる。単繊維押し抜き試験からは界面相厚さ並びに繊維表面粗さ効果が認められた。

Interfacial properties of unidirectional CVI SiC/SiC minicomposites reinforced with Hi-Nicalon Type-S (HNLS) and Tyranno-SA3 were evaluated. Only HNLS minicomposites with 240- and 1150-nm-thick PyC interphases exhibited a pseudo-ductile behavior. Brittle fracture behavior of other minicomposites was attributed primarily to quite low fiber volume fraction. The HNLS minicomposites with 240-nm-thick exhibited an ultimate tensile strength equivalent to 79-104% of the fiber bundle strength but only 70-85% of the strength of 1150-nm-thick. Based on hysteresis loop analysis, sliding stress estimated for the 240-nm-thick appeared to be about 1.4 times as that for the 1150-nm-thick. This shows that both composites satisfy the GLS condition, but the composite with the thicker interphase could not achieve its fiber bundle strength, probably due to the lower interfacial sliding stress.