2.5D織りC/SiC複合材料における酸化誘起劣化挙動の予測構成モデリング

科学分野:

• 材料科学
• 機械工学
• 複合材料

背景:

• 酸化は、高温サービス中のセラミックマトリックス複合材料（CMC）の劣化と耐荷重能力の低下を引き起こす。
• この劣化は、CMC製の部品の構造的完全性と運用上の安全性を損なう。
• 信頼性の高い性能評価には、酸化メカニズムの理解が不可欠である。

研究 の 目的:

• 2.5D織りC/SiC繊維束に対する酸化効果のメカニズムを解明する。
• 酸化条件下でのCMCの機械的特性を予測するモデルを開発する。
• C/SiC部品の信頼性の高い設計と寿命評価のための物理的基盤を提供する。

主な方法:

• ガス拡散と酸化速度論理論を用いて酸素拡散係数を予測した。
• 酸化損傷、繊維欠陥、界面滑りを組み込んだ中間スケールおよび微細スケールの構成モデルを構築した。
• X線CTスキャン再構成を用いて代表体積要素（RVE）モデルを開発した。
• 高温酸化試験（700～1100℃）により、酸化構成モデルを提案し検証した。

主要な成果:

• 開発されたモデルは、酸化による強度低下と剛性低下を効果的に特徴づける。
• 酸化条件下でのCMCの機械的特性の正確な予測が達成された。
• モデルは、負荷・除荷サイクルへの適用性を示した。

結論:

• 本研究は、2.5D織りC/SiC複合材料の検証済み酸化構成モデルを提供する。
• このモデルは、酸化環境下での機械的特性劣化の予測を可能にする。
• 本研究結果は、高温用途におけるC/SiC部品の信頼性の高い設計と寿命評価を支持する。