セラミックコーティングのX線残留応力測定と強度評価に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03452103
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田中 啓介 名古屋大学, 工学部, 教授 (80026244)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 星出 敏彦 京都大学, 工学部, 助教授 (80135623)
• Keywords: X線応力測定 / セラミックコーティング / 残留応力 / 集合組織 / ビッカース硬さ / 強度評価 / 破壊靭性 / 熱応力

Research Abstract

1. CVD法で炭化チタン(TiC)を種々の熱膨張係数(CTE)をもつ金属に被覆した。このときの皮膜中の残留応力は,CTEミスマッチから予想される値にほぼ一致したが,やや圧縮側にあった。この差は皮膜割れによる残留応力の解放と真応力成分に起因する。荷重を負荷したとき,引張残留応力をもつ皮膜では、X線測定された応力の上昇は小さく徴細割れの存在を示唆していた。
2. CVD法により合成したTiC-SiC系復合皮膜を炭素基材上にコーティングした場合,X線プロフィルの波形分離の手法により各相の応力を測定することが可能であった。複合皮膜中の残留応力は3軸応力状態となっており,表面に垂直な応力の大きさは面内応力と同じオーダであった。
3.TiC-SiC系複合皮膜の破壊靭性をビッカース圧こん法により評価した。その値はTiCあるいはSiC単相の場合より複合膜では大きく、この高靭化の主な機構は、各相中の符号の異なる残留応力によるき裂の偏向によるものである.
4. PVD法で被覆したTiC皮膜では集合組織が極度に発達しており,通常のsin^2φ法による高精度の残留応力測定は不可能であった。集合組織は,表面垂直方向に220配向をしていた。
5. セラミックコーティング材の強度評価の基礎として、セラミックス中の微小欠陥が破壊強度に及ぼす影響を解析するため,R曲線法を基にしたモデルを提案した。曲げ強度と初期欠陥寸法との関係の実験データより,シンプレックス法を用いてR曲線の形状を決定した。次いで、モンテカルロシミュレーションを用いることによって,強度の統計的特性を予測することができた。この手法は被覆材の強度解析にも展開できる。

Research Products

• [Publications] 河合 千尋: "CVD法による合成したTiCーSiC系複合材料の破壊靭性と高靭化機構" 日本セラミックス協会論文集. 100. 835-840 (1992)
• [Publications] 田中 啓介: "表面処理層の内部応力" 表面技術. 43. 624-629 (1992)
• [Publications] 田中 啓介: "CVD法で被覆したTiC膜のX線残留応力測定と強度評価" 日本機械学会講演論文集. 920-78. 431-433 (1992)
• [Publications] Keisuke Tanaka: "X-Ray Measurement of Residual Stress on TiC Coatings by CVD Method" Proceedings of Inter.Symp.Nondestructive Testing and Stress-Strain Measurement. 2. 401-411 (1992)
• [Publications] Keisuke Tanaka: "Evaluation of Critical Defect Size of Ceramics Based on R-Curve Method" Fracture Mechanics of Ceramics. 9. 289-304 (1992)
• [Publications] 鈴木 賢治: "CVD法によるTiCーSiC系被覆膜の残留応力" 日本機械学会論文集(A編). 58. 2172-2178 (1992)