光増幅機能セラミックスの強度と機能の総合的評価

• 研究課題/領域番号: 11750073
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 宮下 幸雄 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (00303181)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 2000年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 1999年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 機能性材料 / テルライトガラス / ガラスセラミックス / 機械的性質 / 第二次高調波 / 残留応力 / 光増幅機能 / 破壊じん性

研究概要

テルライトガラスに熱処理を施し、透明なガラスセラミックスを作製した。まず、昨年度確立した手法などにより機械的性質を測定した。ガラスと比較してガラスセラミックスはヤング率および曲げ強度が大きかった。IF法により求めた破壊じん性値には押込荷重依存性が認められ、SEPB法により求めた値よりも大きかった。機能性としては、第二次高調波をMakerフリンジ法にて測定した。第二次高調波は、ガラスではほとんど発生しなかったが、ガラスセラミックスでは顕著に認められた。これは、反転対象性を持たない構造の準安定結晶が生成されたためと考えられる。次に残留応力の影響を検討するため、試験片表面を研磨し、IF法による破壊じん性値および第二次高調波の測定を行った。研磨した材料では、IF法による破壊じん性値は荷重によらず、SEPB法により求めた値とほぼ等しかった。また、研磨を施すことにより、第二次高調波のフリンジパターンに変化が認められた。結晶化熱処理により試料表面で生じる残留応力がひずみを生じさせ、IF法による破壊じん性値および第二次高調波に影響を及ぼしたと考えられる。すなわち、材料特性としての破壊じん性値は、本実験で用いたSEPB法などで評価する必要がある。なお、ガラスセラミックスを除歪熱処理した場合も、研磨と同様の傾向が認められた。さらに残留応力ではなく外力の機能性への影響を調べた。圧電素子を用いた負荷装置を自作し、圧縮荷重を負荷して第二次高調波を測定した。その結果、ガラスセラミックスでは圧縮荷重を負荷しても第二次高調波はほとんど発生しなかったが、ガラスセラミックスではフリンジパターンに変化が認められた。また、この変化は、残留応力の影響で認められた傾向と等しかった。したがって、実用の際には、機能性への外力の影響を考慮する必要がある。