放射光X線マルチスケールCT観察に基づくセラミックス基複合材料の力学機能発現

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令和4年度は, SPring-8の放射光X線CT実験を年2回実施した. 設計・製作した小型引張試験機で引張試験中の段階的なセラミックス基複合材料(CMC)内部の亀裂進展のX線CTその場観察に成功した. 本実験では, 酸化物系CMC(Ox/Ox)であるアルミナを用いた. 1100℃で焼結した試験片は繊維とマトリックスの界面は用意に剥離しており, 破面から繊維が引き抜けている. 一方, 1200℃で焼結した試験片は母材と繊維が接着しており, 破面は全体的に平坦で個々の繊維というより繊維束単位での破壊が顕著であった. (1100℃の試験片よりも低強度で破断した.) 放射光X線CTの引張試験その場観察では, どのような箇所から破壊が進展するかを直接捉えることができた. これにより, 破壊機構の解明と高信頼性材料設計の手がかりを得た.また, 複合材料にも用いられるアルミナ顆粒の通電加圧焼結(SPS)の負荷加圧(30-50MPa)によって, どのように粉体充填後の粗大欠陥が除去されるかを放射光X線CTとFE-SEMにより調査した. SPS30MPa後には顆粒の三重線に沿った三角形の隙間から形成されたロッド状欠陥が観られたが, 50MPaでは分裂によって消滅した. SPS50MPa後も小さな複雑な気孔や潰れた楕円体の多孔質領域は残留した. SPS50MPaでは常圧焼結後に見られたような亀裂状欠陥は取り除くことができた.