1996 Fiscal Year Annual Research Report
複合セラミックスのR曲線測定法の確立と強化機構のマイクロメカニックス解析
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07455427
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| Research Institution | KYOTO INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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Principal Investigator |
西田 俊彦 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (30027809)
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| Keywords | セラミックス / R曲線 / 安定破壊 / 粒子架橋 / ピエゾスペクトル / 粒子分散強化 / 長繊維強化 / ノッチ加工 |
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| Research Abstract |
セラミックス材料の破壊に付随する本質的な機構を解明するためには,クラック進展に伴う進展抵抗に変化(R曲線)を正確に捉える必要がある.本研究ではまず,クラックと等価な破壊開始点を人工的に導入する技術を確立した(ミクロンオーダの先端曲率半径を備えた鋭いノッチの導入).次に,その試験片をカタストロピックに破断するのではなく,荷重と荷重点変位が連続的に計測できる破壊条件(安定破壊条件)を満足する治具を考案した.そしてその治具が,現在もっとも一般的に利用されているファインセラミックスのJIS規格曲げ試験片にそのまま適用できるように改良し,R測定をルーチン化した.
また本研究では,複合強化型セラミックスを2種類に大別して整理した.一つは粒子はウィスカ-を分散強化させた複合材で,破壊靱性の強化が期待されるもの.今一つは長繊維強化型複合材のように,大きな破壊エネルギー吸収が期待されるものであった.
前者の強化型セラミックス中に発生するクラック進展抵抗は,従来,クラックの曲折,捻れ,複合材によるピン止め効果等によってもたらされると考えられてきたが,本研究ではピエゾスペクトロスコピーの手法を用いて,クラック端近傍の架橋応力の詳細な測定を行い,粒子架橋や粒子間に生じる弾性架橋や摩擦効果の寄与が極めて大きいことを明らかにした.
一方,後者の強化型セラミックスについては,繊維の引っ張り破断だけではなく,剪断破壊が同時進行し,それらの巨視的機構の競合によって全体の破壊が進行していることを明確にした.そして,それぞれの破壊機構を分離して評価した上で,その結果を総合的に解釈することを提案した.
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[Publications] 杉山文子,小川欽也,西田俊彦: "ダブルノッチ試験片を用いた長繊維強化型セラミックス基複合材の静的および衝撃せん断強度" 日本セラミックス協会学術論文誌. 104・10. 978-983 (1996)
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[Publications] 西田俊彦,小川欽也,杉山文子: "力学的異方性を備えたセラミックス系複合材のせん断強度評価" 材料科学. 33・6(印刷中).
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[Publications] T.Akatu,S.Hirai,Y.Tanabe,E.Yasuda and T.Nishida: "The Effect of Crack Geometry on R-curve Behavior of SiC-whisker Reinforced Al_2O_3 Composite." Proc.Inter.Conf.SAMPE.(in press).
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[Publications] 杉山文子,小川欽也,西田俊彦: "繊維結合型セラミックス基複合材の曲げ試験の有限要素解析" 日本機械学会学術論文誌. (印刷中).
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[Publications] 杉山文子,石川敏弘,小川欽也,西田俊彦: "繊維結合型セラミックス複合材の曲げ強度" 日本機械学会学術論文誌. (印刷中).
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[Publications] K.Ogawa,T.Nishida,G.Pezzotti,F.Sugiyama: "Impact Strength and Fracture Energy of Si_3N_4 and its Continuous C-fiber Composite Measured by the Split-Hopkinson Pressure Bar Method" J.Am.Ceram.Soc.(in press).
