炭素繊維強化炭素複合材料の機械的特性の最適化に関する研究

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C/C複合材料は軽量で高温特性に優れることから、金属やセラミックスでは適用不可能な超高温域における耐熱構造材料としての適用が期待されているが、積層面内の強度靱性に比較して層間の強度靱性が著しく低いため(CFRPのおよそ1/10程度)、これが構造設計上の大きな制約となっている。本研究ではそのための方法として、わずかに板厚方向を強化した擬三次元強化C/C複合材料、及び積層材のマトリックス中に層間補強用にウイスカーを混入したC/C複合材料を検討の対象とし、C/C複合材料に対する最適設計のための基礎資料得ることを目的とした。本年度は主に基準となる二次元強化材(クロス積層材),マトリックスにSiCウイスカーを添加して層間を強化した二次元強化材について検討し、面内方向特性として引張および曲げ試験を行い、層間特性として層間せん断強度およびモードIおよびモードIIの層間破壊靱性の評価試験を行った。その結果SiCウイスカーの添加は層間特性の向上に対して極めて有効であり、5vol%の添加によって層間せん断強度で2.5倍,モードIおよびモードIIの破壊靱性値(臨界エネルギー開放率)でそれぞれ1.5倍および2.5倍に向上した。試験前後の材料組織観察および亀裂の進展状況の観察より、マトリックス自身および繊維束/マトリックス界面の強度の向上が層間特性を向上させたものと結論された。来年度は、本年度実施する事ができなかった、わずかに板厚方向を強化した擬三次元強化C/C複合材料についても同様の検討を行い、面内方向特性と層間特性の相関について検討する。