Fracture toughness measurements on carbon fibers with an artificialmicro-notch

本研究では、FIB装置を用いた微細加工により切欠きを導入することで、信頼性の高い破壊靭性試験を実施し、炭素繊維の破壊靭性値を導出することを目的としている。これを実現するため、「切り欠き加工形状の最適化」を実施し、各種加工条件で作成可能な切り欠き寸法並びに形状について検討した。その結果、FIB加工で使用するビーム系を10nm(公称値)に設定して加工することで、最小50 nm程度の先端幅を持つ切り欠きの作成が可能であることが明らかになった。この結果をふまえ、「炭素繊維の破壊靱性値測定」の一環として、先端幅の異なる破壊靱性試験を実施し、先端幅200nm程度までの小さい領域で先端幅によらず一定の破壊靱性値を得ることが可能となった。得られた実験結果に対し、「異方性を考慮した有限要素法による解析」を実施した。解析に当たっては、異方性の弾性定数が必要となるため、せん断弾性率、繊維軸に垂直な方向の弾性率の測定方法について検討して実測値を得ることができた。これにより、解析が可能となった。本研究の目的の一つである、「試験の再現性向上」については、フォルダー形状について検討したが、現段階では従来以上の再現性が得られていない。これについてはさらに検討を要する。

本研究では、FIB装置を用いた微細加工により切欠きを導入することで、信頼性の高い破壊靭性試験を実施し、炭素繊維の破壊靭性値を導出することを目的としている。これを実現するため、「切り欠き加工形状の最適化」を実施し、各種加工条件で作成可能な切り欠き寸法並びに形状について検討した。その結果、FIB加工で使用するビーム系を10nm(公称値)に設定して加工することで、最小50 nm程度の先端幅を持つ切り欠きの作成が可能であることが明らかになった。この結果をふまえ、「炭素繊維の破壊靱性値測定」の一環として、先端幅の異なる破壊靱性試験を実施し、先端幅200nm程度までの小さい領域で先端幅によらず一定の破壊靱性値を得ることが可能となった。得られた実験結果に対し、「異方性を考慮した有限要素法による解析」を実施した。解析に当たっては、異方性の弾性定数が必要となるため、せん断弾性率、繊維軸に垂直な方向の弾性率の測定方法について検討して実測値を得ることができた。これにより、解析が可能となった。本研究の目的の一つである、「試験の再現性向上」については、フォルダー形状について検討したが、現段階では従来以上の再現性が得られていない。これについてはさらに検討を要する。