セラミックス/金属接合強度の破壊力学的評価に関する研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01460095
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小林 英男 東京工業大学, 工学部, 教授 (00016487)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 轟 章 東京工業大学, 工学部, 助手 (50211397) ; 中村 春夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40134829)
• Keywords: セラミックス / 金属接合材 / 残留応力 / 有限要素法 / 窒化けい素

Research Abstract

高温強度や遮熱性に優れたセラミックス材料は,靭性が著しく低いため,最近では従来材料と組合わせて接合,コ-ティング,複合材料とし使用される傾向にある.セラミックスを従来材料の鉄鋼材料などと接合して使用する場合,その接合部の強度評価が重要となる.熱膨張係数が著しく異なるセラミックス/金属接合材料の場合,接合時の加熱冷却によって熱応力が生じ破壊強度に影響を及ぼす.このため,本年度の研究では,セラミックス/金属接合材の強度に及ぼす残留応力の影響を検討することを目的として,銅を中間層とする窒化けい素と炭素鋼を接合した場合を想定し,弾性および弾塑性有限要素法および簡便弾塑性解析法を用いた解析的検討を行ない,X線応力測定法による実測値と比較検討して解析法の有効性を検証すると同時に,強度におよぼす影響の検討も行った.その結果,以下のことが明らかになった.
(1)銅を中間層としたセラミックス/炭素鋼接合残留応力の弾性特異性は,セラミックスと銅の弾性特性に支配される.
(2)銅の降伏によって残留応力は全体は全体的に低下するが,特異性の指数は大きくなる.
(3)残留応力の弾塑性特異性特異応力場の強さは銅の降伏点に敏感であるが,弾塑性特異性の指数は降伏点に不敏感である.
(4)銅の弾塑性特性を割線剛性法によって近似した簡易弾塑性モデルを用いて,残留応力の弾塑性特性を簡便に,精度良く評価できる.
(5)弾塑性解析および割線剛性法による解析結果はx線応力測定法による実測結果と良く一致した.

Research Products

• [Publications] 小林 英男,荒居 善雄,小木曽 克彦,佐々木 勝成,佐藤 拓哉: "X線法によるセラミックス/金属接合材の残留応力の測定と評価" 第27回X線材料強度に関するシンポジウム,日本材料学会. 173-178 (1990)
• [Publications] 佐藤 拓哉,小林 英男,荒居 善雄: "セラミックス/金属接合残留応力の2次元有限要素解析" 第67期常通総会講演論文集,日本機械学会. 900ー14A. 81-83 (1990)
• [Publications] 佐藤 拓哉,小林 英男,荒居 善雄: "セラミックス/金属接合残留応力の弾塑性特異性の検討" 第68期全国大会講演論文集,日本機械学会. 900ー59A. 545-547 (1990)