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Stress envelope of silicon carbide composites at elevated temperatures

炭化珪素基複合材料の高温応力包括線

野澤 貴史; Kim, S.*; 小沢 和巳; 谷川 博康

Nozawa, Takashi; Kim, S.*; Ozawa, Kazumi; Tanigawa, Hiroyasu

SiC/SiC複合材料は先進核融合DEMOブランケットの有力な候補材である。DEMO設計のため、SiC/SiC複合材料の高温強度安定性を特定する必要があり、さらに、独特な織物構造のため、強度異方性を明らかにする必要がある。そのため、本研究は、高温でのさまざまなモードの試験により機械的特性を評価し、設計のための応力包括線の特定を行った。本研究では、SiC/PyCの多層被覆界面を有する平織Tyranno-SA3繊維強化CVIマトリックス複合材料を評価した。引張,圧縮試験は高温用の微小試験片技術により行い、面内剪断試験は混合破壊モードが複合材に適用できるという仮定のもと、非主軸の引張試験により推定した。なお、すべての試験は真空下で行った。予備的評価の結果、比例限度応力と最大強度ともに1000度以下では有意な劣化が生じ得ないことを明らかにした。また、高温の圧縮,面内剪断データも同様に、総じて強度劣化は認められなかった。これらの結果より、設計のための高温での応力包括線を最終的に得た。

A SiC/SiC composite is a promising candidate material for the advanced fusion DEMO blanket. For the design of the DEMO, the stability of high-temperature strength of SiC/SiC composites needs to be identified. Additionally, strength anisotropy needs to be clarified because of its unique fabric architecture. This study therefore aims to evaluate mechanical properties by various modes at elevated temperatures, eventually providing a stress envelope for the design. A P/W Tyranno-SA3 fiber reinforced CVI SiC matrix composite with multilayered SiC/PyC interface was evaluated in this study. Tensile and compressive tests were conducted by the SSTT specifically arranged for the high-temperature use. In-plane shear properties were contrarily estimated by the off-axial tensile method assuming that the mixed mode failure criterion is valid for composites. All tests were performed in vacuum. The preliminary test results indicate no degradation of both proportional limit stress (PLS) and the ultimate tensile strength at temperatures below 1000$$^{circ}$$C. Similarly, no significant degradation of high-temperature compressive and in-plane shear properties were identified, finally providing the stress envelope at elevated temperatures for the design.

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