無機系先端材料強度の向上と評価

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04299112
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 横堀 武夫 帝京大学, 理工学部, 教授 (60005139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森 康彦 日本大学, 生産工学部, 教授 (20059629) ; 横堀 寿光 東北大学, 工学部, 助教授 (00124636) ; 岩本 信也 大阪大学, 溶接工学研究所, 教授 (40028973) ; 西川 友三 京都工芸繊維大学, 工学部, 教授 (90005215) ; 岸 輝雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40011085)
• Keywords: 物性と力学の非線型融合と比較材料強度学による破壊機構 / 高温脆性材料のクリープ破壊寿命評価式 / 脆性・延性遷移の模型 / 繊維強化セラミックス複合材料の破壊靭性 / AEによる非破壊評価 / マイクロクラック・タフニング / 組織制御による強化 / 異種接合材の耐久性

Research Abstract

(1)無機系先端材料強度の向上と評価に関する材料強度学としての体系化の基盤の確立
数多くの新しい概念を提案、実証し、体系化を行った。例えば、(a)金属疲労におけるマルチサイトクラックによる急速破断この概念を実験と理論によって確立した。無機系先端材料においても、その可能性を提案した。(b)繰返し応力下における無機系先端材料の破壊の繰返し速度依存性が金属疲労の特性と同様であることを明確にした。
(2)高温延性耐熱合金Cr-Mo-V鋼から高温脆性耐熱超合金IN100や化学結合様式の異なる種々のセラミックス(窒化珪素、アルミナセラミックス、炭化珪素)などにいたるまでを統一して、比較強度学的研究により、共通のconcept(概念)による高温クリープ寿命の簡便な評価法を提案し実証した。延性の相違など材料や組織による識別を可能とする項をexplicitに含んでいる点も特長の一つである。本成果は高温き裂成長速度を熱活性化過程として提案した新しいパラメータを用いて導いたものである。
(3)高温クリープ寿命のマスターカーブによる簡易評価法を提出した。
(4)アルミナセラミックスの室温における粘性の存在を提案し、実証した。
(5)脆性-延性破壊の遷移機構に関する材料物性と微視・巨視の非線形融合力学的、模型(転位群の動的射出による)の提案と新しいクライテリオンを創出し、実証した。
(6)超音波、AEなどによる微視破壊解析の新しい計測システムを開発し、新素材への適用に成功した。すなわち、マイクロクラックを検出する新たなアコースティック・エミッションの逆演算定量的非破壊評価を確立して、10〜30μmの欠陥の定量評価手法を確立し、評価システムとして“動的クラック顕微鏡"を試作した。一方、複合材料のせん断割れと引張り割れを弾性波の放射型式により分類することに成功し、せん断によるディボンディングとマトリックス、繊維破断を分類した。
(7)単繊維引き抜き試験法を開発した。
(8)セラミックス基複合材料、例えば、セラミックス基、ガラス基複合材料を開発し、また、ナノ粒子とミクロ粒子を混合したハイブリッド複合材の作製により力学的性質の向上に成功した。
(9)マイクロクラック・タフニングによる無機系先端材料の破壊靭性向上の提案と実証を行った。
(10)無機系材料の組織制御によって、室温曲げ強度3,000MPaをもつ材料をZrO_2-Al_2O_3系セラミックスで開発し、その強化機構の解釈を試みた。
(11)トライボロジー・表面加工性に関する新しい重要な知見を得た。
(12)金属/セラミックスの接合、及び接合界面に関する新しい重要な知見を得た。

Research Products

• [Publications] 横堀 武夫: "先端材料強度と破壊における疑問点とその解決へのアプローチ" 日本材料強度学会誌. 24. 95-116 (1990)
• [Publications] Takeo Yokobori: "Some Critical Questions and Future Direction for Fracture Research" Engineering Fracture Mechanics. 40. 705-720 (1991)
• [Publications] 横堀 武夫: "破壊の問題における疑点.盲点と新しい方向への発展" 第36回材料強度と破壊国内総合シンポジウム論文集. 36. 52-62 (1991)
• [Publications] 横堀 武夫: "I.脆性材料の切欠(き裂)材と平滑材の破壊靭性の関連性II.セラミックスなど脆性固体の破壊靭性に関する新しい概念による評価法" 文部省重点領域研究.無機系先端材料強度の向上と評価.第5回全体会議要旨. 1-15 (1991)
• [Publications] 横堀 武夫: "材料破壊研究の諸問題と今後の研究の方向" 公開シンポジウム.新しいアイディアと展開.先端材料力学性質の向上、要旨.文部省重点領域研究. 1-11 (1992)
• [Publications] 横堀 武夫: "無機系先端材料強度の向上と評価に対する材料強度学としての体系化の基盤" 日本材料強度学会誌. 26. 34-47 (1992)
• [Publications] Toshimitsu Yokobori,Jr.: "Characterization of High Temperature Creep Crack Growth and Creep Life from High Temperature Ductile through to High Temperature Brittle Materials" Engineering Fracture Mechanics. 40. 737-748 (1991)
• [Publications] Toshimitsu Yokobori,Jr.: "Time-dependent Mechanical Behaviour of Alumina Ceramics" Engineering Fracture Mechanics. 40. 863-870 (1991)
• [Publications] 横堀 寿光: "先端材料の力学的性質" 第6回「大学と科学」公開シンポジウム21世紀の材料科学ー複合材料・高性能材料の新世界予稿集 (株)クバプロ. 28-30 (1991)
• [Publications] 横堀 寿光: "脆性および延性材料の高温クリープ特性" 公開シンポジウム新しいアイデアと展開.先端材料力学質性の向上・要旨.文部省重点領域研究. 21-24 (1992)
• [Publications] Toshimitsu Yokobori,Jr.: "An Alternating Correlating Parameter and its Application;Derivation of the Parameter Q^*" Materials at High Temperatures,Special Edition(Butterworth-Heinemann,Ltd.). 10. 108-118 (1992)
• [Publications] 横堀 寿光: "き裂の特異応力場近傍のDislocation Free Zoneの解析と脆性-延性遷移への応用" 日本金属学会誌. 55. 279-285 (1991)
• [Publications] Toshimitsu Yokobori,Jr.: "A Model Emitting Dislocation Group from Crack Tip with Stress Singularity" Acta Metaallurgica et Materialia. (1993)
• [Publications] Toshimitsu Yokobori,Jr.: "Visco-elasticity in alumina ceramics at room temperature" Journal of Materials Science,Chapman & Hall. (1993)
• [Publications] M.Enoki: "Development and Future Aspects in AE Source Characterization" Acoustic Emission:Current Practice and Future Directions,ASTM STP. No.1077. (1990)
• [Publications] M.Shiwa: "Acoustic Emission Evaluation of Fiber Reinforced Plastics(FRP)Composite-The In-plane Statistical Radiation Pattern Analysis" Nondestructive Testing and Evaluation. 8-9. 889-907 (1992)
• [Publications] T.Kishi: "Fracture Mechanics and Mechanism of Ceramic Composites" Fracture Mechanics of Ceramics. 9. 1-18 (1992)
• [Publications] H.Tsuda: "Effect of Interfacial Properties on Fracture Toughness in Fiber-Reinforced Ceramics Composites" J.of the Ceramic Society of Japan. 100. 998-1006 (1992)
• [Publications] Y.Combres: "Surface Precipitation after Cathodic Charging of Hydrogen and Heat Treatment in Air for the Ti-Al Intermetallic Compounds" Scripta Metallurgica et Materillia. 27. 509-514 (1992)
• [Publications] R.Shikata: "Strengthening of Y-PSZ-Al_2O_3 composite Ceramics" J.of the Japan Soc.Powder and Powder Metallurgy. 37. 357-361 (1990)
• [Publications] R.Shikata: "Influence of Specific Surface Area of Raw Powder upon the Heat Degradation of Y-PSZ" J.Soc.of Materials Science,Japan. 39. 759-763 (1990)
• [Publications] R.Shikata: "The Degradation Depth of Y-TZP Specimens by Aging at Low Temperatures" J.Soc.of Materials Science,Japan. 39. 1590-1595 (1990)
• [Publications] Y.Okamoto: "Creep Deformation of Oxides-Non Newtonian Behaviour" Proc.Advanced Materials Technology of Ceramic Workshop. No.2. 83-92 (1990)
• [Publications] 西川 友三: "セラミックスの組織制御と強度ーY.PSZ-Al_2O_3複合焼結体の高強度化を例としてー" 文部省重点領域研究.無機系先端材料強度の向上と評価.第5回全体会議要旨. 25-34 (1991)
• [Publications] 岩本 信也: "異種接合体の耐久性保証因子の考察" 文部省重点領域研究.無機系先端材料強度の向上と評価.第5回全体会議要旨. 35-45 (1991)