2013 Fiscal Year Research-status Report
高速超塑性ナノセラミックスにおける粒界損傷・破断機構
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25420700
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平賀 啓二郎 北見工業大学, 工学部, 教授 (80354190)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 孝治 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (20354186)
金 炳男 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (50254149)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超塑性 / 高ひずみ速度 / ジルコニア / ドーピング効果 / 粒界損傷 / 微視き裂 / 破断 |
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| Research Abstract |
平成２５年度は、正方晶単相のY2O3安定型ZrO2（Y-TZP）について、高速超塑性変形における引張破断ひずみや変形の下限界温度に対して異種陽イオンドープが及ぼす効果を、粒界損傷の発生成長に着目して検討した。1E-3～1E-2/sの高ひずみ速度下では、超塑性変形の可否や変形の持続性が、結晶粒径と焼結材に残留・分散する微小な粒界欠陥の両者に強く依存することが見出された。このため、等温焼結ならびに２段焼結法を用いて、平均粒径と焼結密度（≧99.5%）の組合せを揃えた高純度無添加材（純度99.98%）およびドープ材を作成して検討した。通常の超塑性（ひずみ速度1E-4/s）を促進することが知られている２～４価陽イオンの添加効果を検討対象として、以下の知見を得た。
１．通常の超塑性を促進する陽イオンドープは変形応力の低下と破断延性の増大をもたらすが、高ひずみ速度ではこのような関係が必ずしも現れない。例えば、変形応力を低下させる陽イオン添加であっても破断延性は増大せず、多くの場合、破断延性は無添加材よりも減少した。すなわち、このような場合の変形応力と破断延性の関係は、ひずみ速度に依存し、高ひずみ速度での添加効果は低ひずみ速度下のそれから逆転する場合がある。
２．上記のような逆転が認められたドープ材におけるき裂発生を解析の結果、いずれも、ミクロンオーダーの粒界損傷（キャビティ、ポア）の連結によって生じることが明らかになった。また今年度の検討範囲では、ドーピングは高ひずみ速度下でのキャビティ発生の速度に強く影響を与え、これによって上記のような結果をもたらすと結論された。また、粒界ポアの発生・消滅に関連して拡散・粒界すべり機構による理論解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．当初目標とした陽イオンの添加を1E-2/sの高ひずみ速度で検討し、通常超塑性（低ひずみ速度）で明らかにされている効果とは異なる傾向を見いだした。
２．このような高ひずみ速度域での添加効果は、破断過程の遷移によるものではなく、通常超塑性と同じ過程の一部の加速によることを見出した。
３．以上は既存研究の外挿的予測とは異なった新しい知見であり、研究進展は順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．当初計画に従って、粒子分散系および複合系を順次対象として検討を進める。
２．高ひずみ速度下での変形応力、破断ひずみ量、粒界損傷過程、破断挙動にたいする分散・複合化の効果を明らかにしていけるものと考えられる。
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