複合強化セラミックスにおける構造特性発現機構の分類と体系化

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03453077
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 西田 俊彦 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (30027809)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 泰則 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (50101259)
• Keywords: セラミックス / 破壊靭性 / 複合材料 / 高靭性 / 破壊エネルギ- / R曲線 / 自己修復

Research Abstract

複合強化セラミックス,粒子成長型高靭性セラミックス,および転移強化型セラミックス試片の破壊試験を行い,以下の結論を得た。
1.粒子分散型の複合強化セラミックスでは,あまり極端なR曲線挙動が出現しないので,従来の破壊靭性評価法を少し修正しながら材料評価を行なえば良い。その際に注意すべき点は主に破壊力学試片の調整に関する部分である。
2.ウィスカ-分散型の複合強化セラミックスでは,R曲線の的確な評価が必要となる。この場合にはR曲線の内容によって測定法を選択することになる。例えばR曲線の立ち上がりが1mm以内であれば,通常の曲げ試験法でもR曲線の評価が可能である。
3.長繊維強化型のセラミックスでは,き裂長さが明確に定義でき難いので,従来よりの線形破壊力学的手法による材料評価が無力になる。有効破壊エネルギ-等の新たなパラメ-タを破壊抵抗性の評価に導入する必要があると考えられる。
以上の成果は数報の学術論文にまとめて発表した。また高温域における破壊特性の評価に関しては,比較的測定の行いやすい結晶化ガラス試片を用いて,一定荷重下での曲げ耐久性試験を行った。熱的に安定なセラミックスも高温ではSCGやき裂の焼き付きが活発になるが,焼き付きによる自己修復可能な応力条件は,せいぜい破壊靭性値の十分の一程度であり,それ以上の応力条件下ではSCGが優先してしまうことが明らかとなった。なお長繊維強化型セラミックスの有効エネルギ-の評価については,FRPで使用されている衝撃試験による測定も追加してみたいと考えている。

Research Products

• [Publications] T.Nishida: "Fracture behavior of carbon fiberーreinfoced silicon nitride ceramic composite in bending" Proc.34th Japan Congr.Mater.Res.34. 57-60 (1991)
• [Publications] 西田 俊彦: "シェブロンノッチ試片の安定曲げ破壊試験" 材料. 40. 411-415 (1991)
• [Publications] 西田 俊彦: "予き裂導入試片を用いた構造用セラミックスの破壊靭性評価" 日本セラミックス協会学術論文誌. 100. 276-281 (1992)
• [Publications] T.Nishida: "Crack extension resistance of an alumina polycrystal with large grain size" Proc.35th Japan Congr.Mater.Res.35. (1992)
• [Publications] T.Nishida: "Rーcurve properties of alumina polycrystals measured by stable fracture tests in bending" Fracture Mechanics of Ceramics. 12. (1992)
• [Publications] 西田 俊彦: "SiCウィスカ-強化Si_3N_4焼結体のR曲線" 日本セラミックス協会学術論文誌.
• [Publications] 西田 俊彦: "セラミックス強化複合セラミックス" 産業技術サ-ビスセンタ-, 250 (1991)
• [Publications] 西田 俊彦: "セラミックスの機械的性質と微細構造" オ-ム社, 300 (1991)