繰返し荷重下におけるアルミナセラミックスの疲労き裂進展機構ー架橋効果と減衰の定量化ー

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650096
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 岸本 秀弘 豊田工業大学, 工学部, 教授 (10148348)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 明 豊田工業大学, 工学部, 講師 (30160188)
• Keywords: アルミナ / 繰返し疲労 / き裂進展機構 / 微力き製

Research Abstract

材料には、平均結晶粒径が1μm(OD材と呼ぶ)および19μm(5Dと呼ぶ)なる、粒径の違う2種類のアルミナを研究対象に選んだ。試験片としては、微少なき裂を模擬して、直径約0.1mm、深さ約0.04mmの微少な穴を有する試験片を製作し、これらの疲労試験を実施すると共に、き裂の発生および進展について調べた。その結果明らかになったことは:
(1)OD材の方が5D材よりも強い。これは、、340μmや200μmに於ける以前の結果と軌をいつにするものである。
(2)疲労試験では、微小穴以外から疲労破壊したものがOD材で50%、5D材で25%存在した。このように小さな応力集中部(微小穴)の切欠効果は小さく、微視組織の再弱部である平滑部の強度と余り差が無いことが判る。
(3)き裂が、微小穴から少し離れた位置から生じた試験片があった。この場合、き裂発生の極初期からの観察が出来た。その結果、寿命の75%時点ではき裂は見えなかった。83%時点でき裂長さは約10μmとなり、92%時点で25μmとなった。平滑材のき裂発生は、寿命のずっと後で生じることが判った。
(4)上で観察したき裂の場合、き裂進展速度は、き裂が10μmの場合は、以前に求めたCT試験片、340μmき裂や200μmき裂よりはるかに速い。き裂が25μmの時はCT試験片よりは遅く、340μmき裂や200μmき裂に近い。
(5)破面は、繰返し荷重下でゆっくりとき裂進展した部分では、ほとんどが粒界破壊を示し、瞬時破断部では粒内破壊の割合が増加した。これは、大きいき裂の結果と同様であった。

Research Products

• [Publications] 上野 明,岸本 秀弘,近藤 拓也,大河原 誠治: "セラミックス材料のき裂発生および微視き裂成長特性に関する一考案." 第21回疲労シンポジウム講演論文集. 219-222 (1992)