複合材料

SiC繊維で強化したセラミックス基複合材料(CMC)で、繊維と母材の界面に窒化ホウ素(BN)や熱分解炭素の薄い被覆を設ける主な目的はどれか。

  1. A界面を最も強く接着させて母材から繊維への荷重の伝達を高め、繊維によってき裂を止めるため
  2. B被覆が焼結助剤として働き、母材のセラミックスの融点を下げて低温で焼結できるようにするため
  3. C界面を適度に弱くし、き裂をそらして、繊維のはく離と引き抜きでエネルギーを吸収させるため
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正解:C. 界面を適度に弱くし、き裂をそらして、繊維のはく離と引き抜きでエネルギーを吸収させるため

セラミックスの母材は脆いので、負荷がかかるとまず母材にき裂が入ります。界面が強すぎると、このき裂は繊維をそのまま貫いて進み、材料はセラミックス単体と同じように一気に割れます。BN や熱分解炭素のような層状で滑りやすい被覆を設けて界面を適度に弱くすると、き裂は界面に沿ってそれ、繊維はき裂の両側をつなぎながら、はく離と引き抜きで大きなエネルギーを吸収します。その結果、急に壊れない破壊のしかたになり、見かけの靭性が大きく上がります。界面を最も強く接着させるのは、樹脂の母材で荷重の伝達を高めたいときの考え方で、CMC では逆効果です。被覆は焼結温度を下げるためのものではありません。

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