ファインセラミックス-金属固相接合材の評価システム

1986 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 61460081
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 宮川 松男 長岡技科大, 工学部, その他 (20087167)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古口 日出男 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90143693) ; 岡崎 正和 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (00134974) ; 長谷川 光彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (30115117) ; 矢田 敏夫 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (20182355)
• Keywords: 熱応力解析 / 有限要素法 / 異材継手 / セラミックスと金属 / 固相接合 / 拡散接合 / 接合界面 / 評価システム

Research Abstract

(1)φ20×7のセラミックス(【Al_2】【O_3】,Zr【O_2】,SiC,【Si_3】【N_4】)とφ20×2の金属(銅合金)の固相接合材を標準モデルとし、それが800Kから300Kまで冷却する過程における熱弾塑性応力の変化について詳細に解析した。解析には有限要素法プログラムMARC、その他を使用した。
(2)接合界面部には軸方向の大きな熱応力(σz)を生じ、これが割れ発生の主原因になると考えられる。ただし、この大きな熱応力を生ずる範囲は、接合部の外周層部の狭い範囲に限定されている。この範囲は上記寸法の場合には外表面から約0.4mm内側の狭い範囲のみであって、異種材料接合部の熱応力に特有の現象であることを確認した。
(3)上記の局部的な大きな熱応力を緩和させるための具体的対策について検討した。その一方法として、セラミックスの形状を変化させてセラミックス部を円錐台形あるいは逆円錐台形にすることによって、局部熱応力はかなり大幅に軽減できることを見出した。
(4)固相接合試験装置を購入し、また不活性ガス炉等を製作した。この装置を用いて、上記(3)の解析結果を確認するための準備を進めた。
(5)(1)〜(3)に記述した有限要素法による解析に加えて、更に境界要素法を併用することを検討した。とくに、境界要素法の特徴を利用して、表面部の応力および内部の残留応力を非破壊方式で精度よく推定できるようにするために、従来の計算方法を改良して新しいプログラムの作成を進めた。

Research Products

• [Publications] 森宏之,本沢豊茂,古口日出男,矢田敏夫: 日本機械学会北陸信越支部第16回学生員卒業研究発表論文集. 16. 33-34 (1987)
• [Publications] 矢田敏夫,古口日出男: (社)溶接学会 溶接法委員会. No.111-7. 1-4 (1987)
• [Publications] 矢田敏夫: "例題で学ぶ境界要素法" 森北出版株式会社, 100 (1987)