超高温変位計の試作とこれを用いたセラミックスの高温クリープ・疲労寿命予測法の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09555034
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 幡中 憲治 山口大学, 工学部, 教授 (60026193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北岡 隆 島津製作所(株), 試験計測事業部, 技術部エンジニア(研 ; 大木 順司 山口大学, 工学部, 助手 (80223965)
• Keywords: 超高温変位計 / セラミックス / 高温クリープ・疲労

Research Abstract

超高温に対応できる高精度変位計の設計・製作を実施した。これは、炉内に挿入し試験片に接触させてその微小変位を検出するSiC製ロッド、炉外にあってこれを静電容量型変位プローブに伝えるアルミニウム合金製のロッド、これらを支持するエリンバー製のブロック・フレームおよび静電容量型変位検出器から構成されている。また、ブロック・フレームに設けられた貫通孔に冷却水を貫流させることによりブロック・フレームおよびアルミニウム合金製ロンドを直接あるいは間接的に冷却することができる。この変位計の測定レンジは±0.1mmであり、その分解能は0.05μmである。
設計・製作した超高温変位計を電気油圧式高温引張・圧縮疲労試験機に装着し、1300℃の下で窒化けい素セラミックスの繰返し応力-ひずみ応答を計測した。その結果、本変位計により応力速度σ=0.72〜120MPa/secの試験条件下での窒化けい素セラミックスの繰返し応力-ひずみ応答を安定して計測できることがわかった。そして、この材料は1300℃の温度、低応力速度の下では非弾性変形挙動を呈し、応カ-ひずみヒステリシスループにおける非弾性ひずみ幅は応力速度が小さくなる程大きくなること、および非弾性ひずみは引張応力域において圧縮応力域におけるより顕著に生じることが判明した。
今後、この変位計を用いて、このような繰返応力-ひずみ応答の応力波形依存性および応力速度依存性に関するデータを採取するとともに、これらと疲労寿命との関係を求める。そして、両者の関係を詳細に検討・解析することにより窒化けい素セラミックスの高温疲労寿命を支配する力学量を抽出する。

Research Products

• [Publications] 幡中憲治: "超高温変位計の試作とセラミックスの高温強度に関する基礎的研究" 日本機械学会中国四国支部第37期講演会論文集. No.995-1. 21-22 (1999)
• [Publications] 幡中憲治: "超高温変位計の開発と窒化けい素セラミックスの高温下の応力-ひずみ応答の計測" 1999 JSME Annual Moeting 講演論文集. (発表予定).