セラミックスの破壊時における破面間架橋効果の定量化

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450248
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 西田 俊彦 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (30027809)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): PEZZOTTI G 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (70262962)
• Keywords: セラミックス / 多結晶材料 / 破壊靭性 / R曲線 / 破面間相互作用 / 弾性架橋 / 粒子架橋 / 複合強化

Research Abstract

昨年度の報告で,多結晶セラミックスが示す破壊に対する抵抗性の主要機構は,破面間相互作用なのではないかと言う新提案を行ったが,本年度は粒径の異なるアルミナ焼結体,および炭化ケイ素ウィスカーを分散強化した窒化ケイ素基複合焼結体を試料として,それらの破壊時に生じる破面間相互作用の大きさを定量的に求めることに挑戦した.
実験は,鏡面研磨加工をした供試材にクラックを入れ,そのクラックに開口型の応力を印加した状態で,開口変位の量を側面からその場SEM観察することにした.さらに本年度は,上述の開口量を種々の開口応力条件下で測定することにも成功した.
完全弾性体中に存在する単一クラックに開口応力が印加されると,破面間相互作用のないクラックは,理論的には,放物線状の開口分布を示す.しかし本実験の供試材はいずれもクラック先端部での開口が狭くなり,かなりの量の閉口応力が破面間で発生していることを示唆していた.この破面間応力量を定量化するために,2次元の有限要素計算を行い,放物線状に開口しているクラックを,実験で観察された程度に閉口させるためには,どの程度の応力量が必要となるかを見積もり,その見積もり応力が従来から指摘されてきた,セラミックス系材料に観察される弾性架橋応力や粒子架橋応力にほぼ相当することを証明した.さらに開口応力を段階的に変えた実験から,弾性架橋として見積もられた部分の閉口応力(破面間相互作用)が,印加応力とほぼ線形的に変化することが確かめられ,理論的にも実験的にも破面間相互作用の実態を明確にできた.

Research Products

• [Publications] 塩野剛司: "XANES分光法によるフォルステライト前駆体の熱的挙動における表面近傍局所構造変化"材料. 49・6. 1211-1216 (2000)
• [Publications] 西田俊彦: "誘電体セラミックスの傾斜機能設計"表面技術. (発表予定).
• [Publications] 西田俊彦: "粒径の異なるアルミナ焼結体の破面架橋効果"日本セラミックス協会学術論文誌. (発表予定).
• [Publications] 西田俊彦: "炭化ケイ素.ウィスカー強化窒化ケイ素複合材料の破壊抵抗メカニズム"材料. (発表予定).