「亀裂治癒+過負荷試験」による構造用セラミックス部品の品質保証法確立

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555030
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 安藤 柱 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40017992)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 繁美 日本発条株式会社, 研究開発室, 室長 ; 遠藤 孝雄 横浜国立大学, 工学部, 教授 (40018007) ; 秋 みんちょる 横浜国立大学, 工学部, 講師 (80293174) ; 小林 康良 日本発条株式会社, 研究開発室, 室員
• Keywords: セラミックス / 亀裂治癒 / 過負荷試験 / 内部欠陥 / 疲労 / クリープ / 品質保証 / 温度依存性

Research Abstract

申請者らは,亀裂治癒能力に優れたムライト/SiC及び窒化けい素の開発に成功した。しかし,残念なことに,これらの材料では,内部亀裂を治癒することが出来ない。そこで,研削や使用中に出来た表面亀裂は治癒させることにより,品質を保証する。しかし,内部亀裂は,過負荷試験により,有害でないことを保証する。これが我々の提案する「亀裂治癒+過負荷試験」なる品質保証法である。本年度に得られた成果は以下の通りである。
(1)亀裂治癒部の強度特性は成分系に極めて鋭敏である。最適な成分系は,ムライトではムライト/SiC,窒化珪素ではY_2O_3/SiC系である。以下では最適の成分系の特色について述べる。(2)窒化けい素では,治癒部は1400℃で650MPaの強度を有する。それ以下の温度域では大部分が母材部から破断した。(3)ムライト治癒部は,1000℃で500MPa以上の強度を有し,それ以下の温度域では大部分が母材部から破断した。(4)両材の亀裂治癒部は,試験した1000℃以下で十分な疲労強度を有し,やはり大部分が母材から破断した。(5)以上により,亀裂治癒を構造工学的に利用できることが判明した。(6)室温過負荷材で保証される応力の温度依存性が示す式を誘導した。(7)上式の妥当性を,室温〜1300℃の温度范囲で,約50本の曲げ試験片及び約200本のコイルバネを用いて調査した。その結果我々が誘導した,保証応力の温度依存性に関する式は妥当であることが判明した。これにより,我々が提案した「亀裂治癒+過負荷試験」なる品質保証法は実用的であることが判明した。

Research Products

• [Publications] 安藤 柱 他4名: "窒化けい素セラミックスのき裂治癒挙動と治癒材の高温強度特性"日本機械学会論文集(A編). 65. 1132-1139 (1999)
• [Publications] K.Ando 他3名: "Fatigue strength of Crack-healed Si_3N_4/SiC Composite Ceramics"Fatigue Fract. Engng. Mater Struct.. 22. 897-903 (1999)
• [Publications] K.Ando 他3名: "Crack-healing behavior, high-temperature and fatigue strength of SiC-reinforced Silicon nitride ceramics"J. Materials Science Letters. (印刷中).
• [Publications] 安藤 柱 他5名: "「き裂治ゆ+過負荷試験」によるセラミックス部品の品質保証"第10回破壊力学シンポジウム論文集. 209-213 (1999)
• [Publications] 安藤 柱 他5名: "「き裂治ゆ+過負荷試験」によるセラミックス部品の品質保証"材料. (投稿中).
• [Publications] 安藤 柱 他5名: "ムライト/SiC複合セラミックスのき裂治ゆ挙動と治ゆ材の疲労強度特性"材料. 48. 1173-1178 (1999)