2019 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of the method for evaluating fracture properties of ceramics in mesoscale and elucidation of the relationship between them and microstructural factors
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17H01319
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
多々見 純一 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (30303085)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 裕美 豊橋技術科学大学, 教育研究基盤センター, 教授 (00319500)
伊藤 暁彦 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)
高橋 拓実 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 「革新的高信頼性セラミックス創製」プロジェクト, 研究員(任期無) (30715991)
飯島 志行 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (70513745)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | セラミックス / 破壊 / メソスケール / 強度 / 破壊靱性 / 塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、セラミックスの破壊を支配するメソスケール破壊特性の評価法確立と微構造因子との相関解明、および、これを活用した高信頼性材料の設計と創製である。本年度は、まず、前年度に研究したＳｉと同じ結晶構造をの単結晶ダイヤモンドについてメソスケール破壊特性を評価した。その結果、線形的な応力ひずみ関係の後、単結晶Ｓｉと同様に非線形な応力ひずみ関係が確認された．破壊前に荷重を除荷したところ、応力ひずみ曲線はヒステリシスを示し残留ひずみがあらわれた。これは，室温でダイヤモンドが曲げ応力下にて塑性変形したことを意味している。非線形があらわれた応力、すなわち、降伏応力は約５４ＧＰａとなった。曲げ強度は試験片寸法の減少と共に増加し、最大で約９１ＧＰａとなり理想強度に近い値が実測された。単結晶チタン酸バリウムのマイクロカンチレバー試験では、応力印加開始時に応力とひずみの関係は線形的であったが，０．２GPa付近でほぼ応力一定のままひずみのみ増加する完全弾塑性変形を示した．その後、断続的なひずみ増加を伴いながら応力がひずみに対して非線形的に増加して破壊した。曲げ強度は結晶方位に依存して６～７ＧＰａとなった。破壊前に除荷した試験片のラマン分光分析を行ったところ、破壊前の非線形な変形は正方晶のドメインスイッチングと共に、斜方晶への相転移に起因していることが示唆された。さらに、メソスケール破壊特性の測定環境の影響を調べるためにシリカガラスを用いて水中での試験を試みた。水中でのメニスカスの影響は先端の細い圧子を用いることで解決できた。水中で行ったシリカガラスの曲げ強度は空気中と比較して向上することを見いだした。破壊前に除荷した試験片では残留ひずみが生じていたことから、高引張り応力下で水がシリカガラス内部に拡散したことによる応力緩和と体積膨張がシリカガラスの高強度化の要因であると推測した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(15 results)
