SiC繊維強化SiCの物理的・化学的損傷の非接触分離検出

SiC纤维增强SiC物理化学损伤的非接触分离检测

• 批准号: 02J07447
• 负责人: 間宮 崇幸
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J07447/
• 关键词: 繊維強化セラミックス基複合材料; 損傷検出; 電磁波; 誘電特性変化; SiC繊維強化ガラスモデル材料; マトリックスき裂

SiC繊維強化SiCは損傷許容特性を有することから、セラミックス単体では得られないメートルオーダーの大型燃焼器ライナーの一体成形材料のような、脆性的なセラミックス単体では適用困難な耐熱大型構造物への利用が試されている。複合材料はタービン入り口温度が1500℃にも達する高温大気中雰囲気で使用されることが期待されている。使用時には、(a)マトリックスき裂、繊維破断、剥離、空孔などの構造変化による物理的損傷と、(b)酸化によるガラス層SiO_2の生成、繊維の熱分解による劣化などの材料変化による化学的損傷が共に発生する複合損傷という問題がある。これまでに、SiC繊維強化SiCにGHz帯域の電磁波を照射し誘電特性を測定することにより、室温大気中での引張損傷を非接触で検出することの出来ること、接触式の誘電率測定法において、物理的損傷と化学的損傷で誘電率の周波数依存性に違いがあることを確認した。本研究では、損傷未知のSiC繊維強化SiCの誘電率測定による非接触・非破壊損傷検出を行い、物理的・化学的損傷を分離して検出し、損傷検出法として実用化への方向性を示すことを目的とした。マトリックスき裂の電磁波に対する影響のみを考慮するため、モデル材料として一方向SiC繊維強化ガラスを用いて研究を行った。GHz帯域の電磁波を材料に非接触で照射し、誘電特性の散乱パラメータ(反射係数(S_<11>)および透過係数(S_<21>))を測定する装置系を用いて、誘電率および誘電損率を算出し装置定数を求めた。また、本装置を用いて、GHz帯域の電磁波をアンテナの照射角度を変化させ斜めに材料に照射し、その反射係数の変化から、SiC繊維強化ガラスに生じた損傷の検出を行った。反射係数の変化と照射角度の関係から、生じたクラックの向きによる反射係数の変化への影響を検討し、SiC繊維強化ガラスに生じた損傷検出に適用した。照射する電磁波の角度の増加に伴い反射係数が減少する傾向が得られた。マトリックスき裂の向きによって電磁波が変化する影響が明らかになり、電磁波の照射方向によってき裂の方向を検出できる可能性が示された。

SiC reinforced SiC has damage tolerance characteristics, such as brittleness, hardness, and durability. Composite materials are expected to be used at temperatures up to 1500 ° C. During use,(a) physical damage caused by cracking, fracture, peeling, voids and structural transformation;(b) generation of SiO_2 layer caused by acidification, thermal decomposition of fibers, degradation of materials, chemical damage caused by co-generation of composite damage. Measurement of induction characteristics of SiC reinforced SiC in GHz band by electromagnetic wave irradiation; non-contact detection of tensile damage at room temperature; contact-type measurement of inductivity; physical damage; chemical damage; cycle number dependence of inductivity; and confirmation. The purpose of this study is to determine the permittivity of SiC with unknown damage, non-contact damage detection, physical damage detection, chemical damage detection, and directional damage detection. The effect of electromagnetic wave on SiC crack is studied. The electromagnetic wave in GHz band is irradiated by non-contact materials, and the scattering characteristics (reflection coefficient (S<11>_ ) and transmission coefficient (S_<21>)) are measured. The device system is used to calculate the inductance ratio and the inductance loss ratio. In addition, the device uses electromagnetic waves in the GHz band to change the irradiation angle, the reflection coefficient of the material, and the SiC dimension to strengthen the radiation angle to cause damage detection. The relationship between the reflection coefficient and the irradiation angle is discussed, and the influence of the reflection coefficient on the irradiation angle is discussed. An increase in the angle of irradiation is accompanied by a decrease in the reflection coefficient. The influence of the direction of the electromagnetic wave on the light and the direction of the electromagnetic wave are shown.

项目成果

T.Mamiya, Y.Kagawa, M.Tamura, M.Sato: "Nano Surface-Modification Effect of Si-Ti-C-O Fiber on Tensile Fracture Behavior of Woven Fabric SiC Matrix Composites"Journal of Materials Science Letters. (in print).

T.Mamiya、Y.Kakawa、M.Tamura、M.Sato：“Si-Ti-C-O 纤维的纳米表面改性对机织织物 SiC 基复合材料拉伸断裂行为的影响”材料科学快报杂志。