2000 Fiscal Year Annual Research Report
双結晶及び多結晶を用いたセラミックスの界面構造を強化機構の解明
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10450244
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| Research Institution | KYUSHU UNIVERSITY |
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Principal Investigator |
阿部 弘 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10294977)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 和子 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助手 (00315144)
吉田 冬樹 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 講師 (30243968)
中島 英治 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 助教授 (80180280)
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| Keywords | 微構造 / 双結晶 / 破壊開始表面エネルギー / 破壊進展表面エネルギー / 4H-SiC / 6H-SiC / Al_2O_3添加SiC / B,C添加SiC |
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| Research Abstract |
セラミックスの結晶構造、界面構造と機械的性質の相関を明らかにし、高機能構造材料の開発指針を提案することを目的として、12年度は以下の研究を行った。
1 特に今年度は結晶学的性質に注目し、異なったプロセスにより組織を制御したSiCにビッカースインデンテイションによる微視的応力を加え、微構造と破壊挙動の関係を研究した。
(1)破壊靭性K_<IC>はAl_2O_3添加焼結SiC(6MPa・m^<l/2>)>B、C添加焼結SiC>単結晶{11^^-00}<112^^-0>>単結晶(0001)<11^^-00>=単結晶(0001)<112^^-0>>単結晶{11^^-00}[0001](2MPa・m^<l/2>)の順である。
(2)焼結体の破壊靭性は単結晶より高く、粒界が靭性向上に大きな役割を果たす。単結晶においては4H-SiCと6H-SiCの結晶形による差は少なく、結晶方位による差(壁開面の影響)が顕著である。Al_2O_3添加焼結SiCは板状結晶が発達し、この粒界で亀裂が屈曲すること等により高い靭性を得る。粒界の結合が比較的強固なB、C添加SiCでは粒内破壊を起すが、この際、亀裂は壁開面を選択して進む傾向があるためわずかな屈局をともない、単結晶より高い靭性を示す。
(3)微構造と機械的性質の関係を一義的に評価することは出来ない。高い破壊靭性を持つSiCほど圧痕部の損傷が大きい。Al_2O_3においても同じ傾向が認められた。
2 双結晶による評価および材料設計への提言
双結晶モデルとして、2〜3mmの単結晶6H-SiCで構成される気相成長SiCを試料として検討を行った。粒界をはさむ各結晶間には方位により、亀裂の発生や進展挙動に差があることに加え、エッチング時の挙動や研磨傷発生に対する抵抗性に顕著な差が認められる。材料設計においては、1)材料特性の面からは、結晶および粒界の性質を出来るだけ定量的に把握すること、2)使用環境の面からは、曲げ試験等により発生する巨視的応力下での挙動、研磨や微粒子衝突時に発生する局所の微視的応力下での挙動等、求める性質を明確にした微構造制御が必要と考えられる。
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[Publications] 中島英治: "高転位密度材料の高温変形とその組織変化"日本金属学会報. 39・5. 9-12 (2000)
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[Publications] 池田賢一: "方位像顕微鏡による気相成長させた炭化ケイ素の結晶成長の解析"九大総理工報告. 22・1. 7-13 (2000)
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[Publications] 吉田冬樹: "EBSP法を用いたマルテンサイト鋼のクリープ変形組織の観察"日本金属学会報. 39・12. 963 (2000)
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[Publications] H.Abe: "Evaluation of Indentation Induced Residual Stress in the Surface of Float Glass"Journal of the Ceramic Society of Japan. 108・4. 416-419 (2000)
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[Publications] H.Kitahara: "Relationship Between Microstructure and Crack Propagation Behavior of Silicon Carbides"Proceedings of the 2nd Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Enviromental Sciences. 109-110 (2000)
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[Publications] 阿部弘: "金属便覧(力学的な性質・セラミックス)"丸善株式会社. 1147 (2000)
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[Publications] 阿部弘: "先端無機材料科学(機械構造材料)"(株)昭晃堂. 182 (2000)
