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Fatigue properties and fracture mechanism of 2D C/C composite materials

2次元C/C複合材料の疲労特性と破壊メカニズム

角田 淳弥 ; 柴田 大受 ; 橘 幸男 ; 黒田 雅利*

Sumita, Junya; Shibata, Taiju; Tachibana, Yukio; Kuroda, Masatoshi*

超高温ガス炉(VHTR)の炉内構造物は高温ガス炉(HTGR)よりも過酷な条件にさらされるため、制御棒被覆管への耐熱性セラミックスの適用が望まれている。炭素繊維強化/炭素複合材料(C/C複合材料)は、現在制御棒被覆材として使用されている金属材料に代わる有望な候補材の一つである。本研究では、VHTRの設計データを取得するため、2種類の2次元C/C複合材料について、引張疲労特性の測定を行った。また、2次元C/C複合材料の破壊のメカニズムを明らかにするために、破壊した試験片の組織観察を行った。その結果、2種類の2次元C/C複合材料の疲労特性はほぼ同じであることがわかった。一方、破壊メカニズムはマトリックスの特性に依存して異なることが明らかになった。

An application of higher heat-resistant ceramic material to the control rod of VHTR is required for the VHTR development, since the core components of the VHTR will be subject to the severer condition than that of the HTGR. The carbon fiber reinforced carbon composite (C/C composite) is one of the major candidate materials as substitute for the metallic materials which has been generally used for the control rod of nuclear reactors. In this study, tension-compression fatigue tests have been carried out by using two types of the 2D-C/C composite (made by Toyo Tanso and Tokai Carbon) to obtain the design data for VHTR. The microstructure of the ruptured specimens was also observed to clarify the fracture mechanism of the 2D-C/C composite. As a result, the fatigue properties were almost the same between the two types of the 2D-composite. On the other hand, the fracture mechanism was different between them depending on their matrix property.

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