| Research Abstract |
き裂治癒能力とは材料自身がき裂を感知・修復するという機能であり,脆性材料であるセラミックスに適用する利点は極めて大きい.なぜなら,セラミックスは破壊靱性が極めて低く,機械加工時に発生するき裂が信頼性低下の最大の要因となるからである.また,加工中に発生するき裂を全て治癒できたならば,加工能率および加工コストの抜本的な改善が可能となる.本研究では,申請者が開発した,優れたき裂治癒能力を有するアルミナ/炭化ケイ素粒子およびウィスカー複合材を供試材として選択した.供試材に様々な一回切込み深さ(機械加工条件)で粗研削を行い,構造用部材を模擬した様々な形状の機械加工材を作製した.これら機械加工材は1100〜1400℃の大気中において1または10時間熱処理を行った.熱処理後の試験片の室温曲げ強度を測定し,発生した加工き裂に対するき裂治癒挙動を調査した.また,き裂治癒部の高温強度特性を調査した.その結果,以下の点が明らかとなった.
1 粗研削の際発生するき裂の大きさは一回の切込み量が増加するに従い拡大し,この結果,その曲げ強度はJIS規格に準拠し精密研磨を施した平滑材に比べ50〜80%程度の値にまで低下することが分かった.これら試料の曲げ強度は1400℃,10時間の熱処理を施すことにより平滑材同等以上にまで回復することが分かった.
2 セラミックスに研削工具が損傷してしまうような非常に厳しい条件で機械加工したとしても,その際発生したき裂を完全に治癒することが可能であることが分かった.
3 粗研削後,1400℃10時間き裂治癒処理を施した試料の曲げ強度は室温〜1100℃まで1000MPaの非常に高い値を示した.また,室温〜1300℃まで表面が平滑な試料と同等かそれ以上の値であった。さらに,全ての温度域において,全ての試料の破壊起点がき裂治癒部外であった。
以上の結果より,き裂治癒は非常に厳しい条件の機械加工により発生したき裂に対しても有効であることが分かった.したがって,セラミックスの機械加工工程にき裂治癒処理を導入することにより,セラミックス機械加工材の信頼性を高温まで確保できることが明らかとなった.また,き裂治癒処理は低コストな工程であるにもかかわらず,信頼性を確保する上で,従来の精密研磨等の工程よりも優位であることが確認された.したがって,本研究の成果はセラミックスの信頼性確保とともに加工能率・加工コストの抜本的な改善に大きく寄与するものと期待できる.
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