粒子分子散型セラミック複合体の靭性に及ぼす界面効果の解明と強靭化の最適設計

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02229211
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 宮田 昇 京都大学, 工学部, 講師 (10026221)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福谷 征史郎 京都大学, 工学部, 助教授 (40026208)
• Keywords: セラミックス / 粒子分散型複合体 / 破壊 / 破壊靭性 / 靭性向上機構 / マイクロクラッキング / R曲線挙動 / ISB法

Research Abstract

本研究は、セラミック複合体の構成相間に存在する性質のミスマッチならびに微細構造因子が各種のエネルギ-散逸機構の発現に及ぼす効果を基礎的に追究し、靭性に及ぼす界面効果を明らかにしようとするものである。本年度は、とくにマイクロクラッキングによる高靭化機構の解明に焦点を絞って研究を行った。構成相間の弾性率および靭性の差が極めて小さく、熱膨張ミスマッチのみが存在するとみなされるガラスマトリックスー球状シリカガラス粒子2相複合体をモデル材料として用いた。熱膨張ミスマッチの大きさと分散粒子径の組み合わせを選んでマイクロクラッキング機構が有効に作用するように2系列の複合系を設計し、ホットプレス法を用いて試験片を合成した。シリカ粒子の増加に伴う破壊靭性および曲げ強度の変化を測定し、さらにマイクロクラッキングのように、主クラック先端へ応力遮蔽効果を及ぼす機構が生じる材料に対するISB法(Indentation Strengthin bending)法の適用の可能性を理論的に検討し、この方法によるR曲線の評価を行った。研究対象としたモデル複合系では、進展クラックと分散粒子の直接的な相互作用に起因するクラックの湾曲(ピン止め)や偏向の靭性上昇に寄与する程度は極めて小さく、マイクロクラッキンギ機構を他の機構の影響をほとんど受けない状態で考察することができる。実験結果から、いずれの複合系においても、分散粒子の増加と共に破壊靭性はほぼ直線的に増加すること、また、靭性評価値がクラック寸法の増加と共に増加する現象、いわゆる上昇型R曲線挙動が現れることが分かった。さらに実験結果を理論解析の結果と比較することにより、マイクロクラッキング機構の発現に関与する種々の因子の定量的評価を行い、可能な靭性上昇レベルを明らかにすることを試みた。

Research Products

• [Publications] Noboru MIYATA: "Interaction of a propagating crack front with dispersed particles in glass matrix composites" Proceedings of the 34th Japan Congress of Materials Research. (1991)
• [Publications] Noboru MIYATA: "Fracture behaviour of brittle matrix composites containing highーexpansion particles" Proceedings of the 1991 International Conference on Mechanical Behaviour of Materials. (1991)
• [Publications] Noboru MIYATA: "Microcrack toughening mechanism in brittle matrix composites" Fracture Mechanics of Ceramics,Vol.9/10.
• [Publications] 宮田 昇 (分担執筆): "相変態と材料挙動の数値シミュレ-ション 第9章セラミックスの変態強化" コロナ社, (1991)