知能材料としての圧電セラミックスの疲労強度評価

• Project/Area Number: 10750079
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Kochi University of Technology
• Principal Investigator: 楠川 量啓 高知工科大学, 工学部, 助教授 (60195435)
• Project Period (FY): 1998 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 1999: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000); Fiscal Year 1998: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 圧電セラミックス / 静疲労 / き裂伝ぱ / 応力拡大係数 / 粒界割れ / 疲労損傷 / 表面観察 / 粒界き裂

Research Abstract

昨年度は、分極処理を行ったPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)セラミックスにビッカース圧子により表面予き裂を入れた試験片を用いて、繰返し電界によるき裂伝ぱ挙動を調べた。本年度はこれに引き続き、電気的な負荷による2次元き裂伝ぱ挙動と、加えて機械的な負荷によるき裂伝ぱ挙動について調査した。昨年度と同一のPZTペレットから6×3×10mmの寸法の試験片を製作し(長手方向が分極方向)、これにダイヤモンドカッターでシェブロンノッチを入れ、さらに新しく作製したくさびによる予き裂導入治具より予き裂を導入した。ノッチ部を含めたき裂長さは約2mmである。
この試験片の分極方向に電界範囲0〜1.2MV/mの繰返し電界を与え、き裂伝ぱ試験を行った。き裂はき裂長さにほとんど依存せず、約2.5×10^<-5>m/cycleの伝ぱ速度で伝ぱすることがわかった。このような電気的な負荷でき裂が伝ぱする時、昨年度調査した表面き裂の場合と同様、き裂近傍では粒界の損傷が著しく、き裂に沿って結晶粒が欠落することが観察された。
一方、重錘による定荷重負荷が可能な3点曲げ試験機を作製し、静疲労き裂伝ぱ試験を行った。この場合はき裂長さに伴い、き裂伝ぱ速度は増大し、疲労き裂伝ぱ速度を最大応力拡大係数により整理することができた。今後、これら電気的負荷と機械的負荷の相互作用に関する詳細な検討を加える必要がある。