1995 Fiscal Year Annual Research Report
微視破壊過程の三次元制御に基づく耐熱高靱性セラミックス複合材料の開発
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06402049
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| Research Category |
Grant-in-Aid for General Scientific Research (A)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岸 輝雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40011085)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
榎 学 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (70201960)
金 炳男 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (50254149)
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| Keywords | セラミックス / 破壊靱性 / ナノ / ハイブリット複合材料 / 高温 / 微視破壊 |
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| Research Abstract |
結晶粒径の微細化およびナノ粒子の分散は強度の上昇に大きな役割を果たすが、破壊靱性の観点からは、このような組織制御は逆の効果を招く。破壊靱性を向上させるためには、フェイルセーフの概念に基づいた部分的に小さく壊して材料全体の破壊を防ぐことのできる不均質な組織が必要であり、かつ破壊過程を3次元的に制御する必要がある。本研究では、ナノおよびハイブリッド複合材料を作製し、破壊過程の3次元解析を行うことによって、靱性上昇機構を定量的に分類し、各々の寄与成分を定量的に評価した。すなわち、微視破壊過程を制御した高靱性セラミックス基複合材料の開発を目的とした。材料としては、SiCナノ粒子分散Al_2O_3基複合材料、Al_2O_3粒子分散SiC基複合材料、針状LaAl_<11>O_<19>析出SiCナノ粒子分散Al_2O_3基複合材料などを用いて、対象温度は2000℃までとした。まず、アトライター、CIP、ホットプレスを用いて、セラミックス粒子を分散した複合材料と針状LaAl_<11>O_<19>析出ハイブリッド複合材料を作製し、ハイブリット複合材料についてはX線による相分析を行った。次に、これらの材料に対する力学特性評価を行ったところ、粒子および針状LaAl_<11>O_<19>により破壊靱性が上昇していることが分かった。AEによる微視破壊過程の3次元評価、SEMとTEMによる破面および組織観察を行った結果、破壊靱性は粒子によるき裂のピニングおよび偏向で上昇していると結論された。一方、粒子とマトリックス間の熱膨張係数のミスマッチにより発生する内部残留応力と、き裂進展との相互作用に対するシミュレーションからは、分散粒子によるき裂のピニングおよび偏向機構が定量的に評価された。そして、ナノおよびハイブリッド複合材料の靱性向上機構を分類した結果を用いて,高靱性ハイブリッド複合材料設計の最適化を行い、最終的には、高強度、高靱性のハイブリッド複合材料を開発し、その破壊機構の解明および破壊モデルの構築を目指した。
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[Publications] 陰山健介: "セラミックス粒子分散ガラス基複合材料における第二相粒子による微視破壊過程の変化" 日本金属学会誌. 59. 140-144 (1995)
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[Publications] 志波光晴: "繊維強化SiC複合材料のAEによる破壊機構評価" 日本金属学会誌. 59. 627-633 (1995)
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[Publications] 鳥塚史郎: "助剤無添加TiB_2の燒結性と力学的性質" 日本セラミックス協会学術論文誌. 103. 1077-1081 (1995)
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[Publications] S.Torizuka: "Effect of Siconlnterfacial Reaction and Sintering Mec hanisof TiB" The Journal of the American Ceramic Society. 78. 1606-1610 (1995)
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[Publications] M.Hoffman: "Crack-tip Pegradation Processes Observed during in situ Cyclic Fatique of Partially Stabilized Zirconia" The Journal of the American Ceramic Society. 78. 2801-2810 (1995)
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[Publications] B.K.Jang.: "Effect of Second Phase on Mechanical Properties and Toughening of Al_2O_3 Based Ceramic Camposites" Composites Engineering. 5. 1275-1286 (1995)
