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

1992 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 / 複合強化 / 破壊じん性 / 破壊エネルギー / 高温強度 / 破壊力学

Research Abstract

粒子あるいはウィスカー分散強化系複合セラミックスでは、き裂先端よりも前方のプロセスゾーンに於ける強化機構(き裂偏向、分岐、ピン止め等)が主体的に発現する.この種の複合強化セラミックスの巨視的破壊挙動は,従来の線形破壊力学を拡張しながら整理する(具体的にはR曲線の評価)ことが有効であろうと結論される.ただしR曲線は材料物性ではないから,材料特性をお互に比較し、素材の開発に有効なデータを蓄積していくためには,評価法の共通化・標準化の努力が不可欠である.本年度の研究成果は,実験手順が極めて容易な曲げ破壊試験を中心とした手法を改良して,R曲線の測定を可能にしたことである。すなわち,破壊履歴のない理想的な予き裂(ノッチ)の調整方法,破壊の安定性の確保,き裂の進展過程を追跡する手段等について検討を行い,ほぼ初期の研究目的に記した成果を蓄積できたと考えている.
一方,長繊維強化系セラミックスのように,極めて複雑な破壊挙動を示す材料にとっては,線形破壊力学の適用が難しいので,有効破壊エネルギーの評価が有力になる.しかしこの有効破壊エネルギー値も、材料物性とはみなし難い側面を持つ.そのことを定量的に証明する(具体的には測定法,試片形状ー寸法が有効破壊エネルギーに与える影響を整理する)こと,および各種材料について現在採用されている破壊エネルギー評価基準を,セラミックスに準用するための暫定案作りが肝要である.本年度,カーボンファイバー強化窒化ケイ素の破壊に関する系統的な研究を行い,長繊維複合強化系セラミックスの破壊エネルギー測定法の標準化試案を作成できた.
また,セラミックスの高温・構造材料としての有用性の鑑み,高温における破壊抵抗性の評価について,高温破壊靭性測定法の検討に着手し,最近JIS化されつつあるファインセラミックス関連のJISの限界を指摘すると共に,高温破壊現象においては,外部から印加する応力速度の影響をどのように取り込むべきかについて,考察を開始できいる.

Research Products

• [Publications] T.Nishida: "An Attempt for Measuring the Crack Extension Resistance of Ceramics by Fractur Test in Bendiug" J.Ceram.Soc.Jpn.100. 1082-1084 (1992)
• [Publications] T.Nishida: "R-Curve Behavior of Alumina Measured by Stable Fracture Test in Bendiug" Fract.Mech.Ceram. 9. 277-288 (1992)
• [Publications] 西田 俊彦: "Y-TZPの残留応力誘起相変態" ジルコニアセラミックス. 12. 76-87 (1992)
• [Publications] 西田 俊彦: "複合強化型セラミックスの破壊特性評価" 先端技術ハイライト. 114. 5-8 (1993)
• [Publications] 西田 俊彦: "構造用セラミックスの新展開" 東レリサーチセンター調査事業部, 321 (1992)
• [Publications] 宗官 重行: "セラミックスの変態強化" 内田老鶴圃, 314 (1992)