熱応力緩和型耐熱コ-ティング設計のための耐熱衝撃性能評価法の開発

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850024
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高橋 秀明 東北大学, 工学部, 教授 (10005267)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山崎 仲道 高知大学, 理学部, 教授 (50036589) ; 玉川 欣治 東北大学, 工学部, 助手 (30005368) ; 橋田 俊之 東北大学, 工学部, 講師 (40180814) ; 林 一夫 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30111256) ; 庄子 哲雄 東北大学, 工学部, 教授 (80091700)
• Keywords: 耐熱コ-ティング / 熱衝撃 / 熱応力緩和 / 非定常熱応力 / スモ-ル・パンチ試験 / レ-ザ加熱試験 / プラズマア-ク加熱試験

Research Abstract

本研究は、熱応力緩和型耐熱コ-ティング設計のための非定常熱応力解析を基礎としたコ-ティング層の耐熱衝撃性能評価法を開発することを目的としている。所定の熱負荷条件のもと、最適の熱応力緩和組成を決定し、耐熱衝撃性能を向上させるための評価手法の開発を行う。このため本年度は、(1)コ-ティング構成要素材の機械的特性の評価、(2)熱応力緩和の最適化のためのコンピュ-タ解析、(3)レ-ザ-、プラズマア-ク加熱による耐熱衝撃性能評価法の開発を実施した。
(1)については、セラミックス等の脆性材料に対して小型試験片(0.5mm板厚)を用いた評価を可能とするスモ-ルパンチ(SP)試験法を開発した。延性金属材料を対象としたSP試験法は既に開発済みであり、これにより脆性、延性材料を統一的に評価し得る手法が整備されたことになる。ZrO_2/NiAl合金系、SiC/C系等の数段階に混合比を変化させた構成要素材を用いSP試験法により変形、破壊強度の1,600℃までの温度依存性を測定した。また、上記材料の熱的特性値の評価結果を含めた特性値のデ-タベ-スを作製した。(2)では、有限要素法を用いて種々の傾斜組成に対して非定常熱応力解析を実施した。特に、(3)のレ-ザ加熱熱衝撃試験を模擬し得る手法を開発し、これを基にZrO_2/NiAl合金系を対象に、傾斜組成の熱応力緩和特性に及ぼす効果に関する検討を行った。また、(3)ではレ-ザ加熱試験法を開発し、ZrO_2/NiAl合金系の傾斜材について検討することにより、傾斜化が耐熱衝撃特性の向上に有効であることを示した。さらにプラズマア-ク加熱試験装置を設計し、現在本装置の整備を行っている。

Research Products

• [Publications] H.Takahashi,T.Hashida: "Development of Evaluation Method of Functionally Gradient Materials" JSME International.
• [Publications] 橋田俊之,高橋秀明,宮脇和彦: "傾斜機能材料の耐熱衝撃特性評価に関する研究" 粉体および粉末冶金. (1990)
• [Publications] 橋田俊之,若菜健司,高橋秀明: "プラズマ溶肘耐熱コ-ティング材料のレ-ザ法による熱衝撃破壊評価" 日本機械学会論文集(A編).
• [Publications] 斎藤雅弘,鄭煕敦,高橋秀明,川崎亮,渡辺龍三: "AE法による金属/セラミックス複合材料の微視破壊過程評価に関する研究" 粉体および粉末冶金. 37. (1990)
• [Publications] 斎藤雅弘,高橋秀明,鄭煕敦,川崎亮,渡辺龍三: "微小試験片法による金属/セラミックス複合材料の破壊靱性評価" 日本機械学会論文集.