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

2001 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: 破壊靭性 / 破面間相互作用 / 弾性架橋 / 高靭性セラミックス / 粒子内破壊 / 粒界破壊 / クラックプロファイル / アーウィン放物線

Research Abstract

本年度は最終年度となるので,破面間相互作用の定量化に向けての研究を展開した.応力が印加されたクラックの微視的形状(クラックプロファイル)を詳細に"その場"観察し,完全弾性体仮定が成り立つ材料で(破面間相互作用がない場合に)期待される,アーウィン放物線形状からの「ずれ」に着目しながら,そこに働いているであろう破面間相互作用の大きさと分布を推定した.その際の観察クラックとしては,SEPB試験片を中心に測定を展開したが,実験技術上の簡便さを考慮して,ビッカース圧子圧入によるクラック(IF試験片)の採用も一部試みた.その結果,SEPB試験片では広範囲な負荷条件下での測定が可能であるのに対して,IF試験片では臨界負荷条件(クラックの進展開始条件に近い応力条件)近辺での測定しかできないと言う制限が見出された.しかしIF試験片でも,クラック先端からある一定の範囲におけるクラックプロファイルの観察結果は,十分に信頼できる可能性があることが分かった。
研究は,いくつかの複合強化セラミックス(セラミック/金属複合体,セラミック/セラミック複合体,ガラスセラミック/金属複合体など)に展開し,さらには比較のために破面間相互作用の少ないガラスやシリコン単結晶などにも着手できた.
得られた結論を整理すると,多結晶セラミックスに生じる破面間相互作用の発現領域はクラックに沿ってかなり長く,外部印加荷重に対しては線形的にレスポンスする性質が極めて顕著であった.その結果,複合強化セラミックスはもちろん,通常のモノリシックセラミックスにおいても,そこで発現する破面間相互作用の実体は,従来,予想されていたよりもずっと顕著であり,またその機構の内容は,粒子架橋や強化相架橋を含んだいわゆる弾性架橋機構が主体的であると結論された.

Research Products

• [Publications] G.PEZZOTTI, H.ICHIMURA, L.P.FERRONI: "Raman microprobe evaluation of bridging stresses in highly anisotropic silicon nitride"J.Am.Ceram.Soc.. 84巻・8号. 1785-1790 (2001)
• [Publications] 金山雅巳, 鎌田郁子, 塩野剛司, 西田俊彦: "炭化ケイ素ウイスカー強化型窒化ケイ素セラミックスに生じる破面間相互作用"日本セラミックス協会学術論文誌. 110巻・1号. 32-37 (2002)
• [Publications] 豊田光啓, 塩野剛司, 西田俊彦: "ガラスセラミックス/金属複合材料の作製と破壊抵抗性の評価"材料. (印刷中).