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異方性の強い微小固体の高温における弾性定数測定:電磁超音波共鳴による新しい測定法

研究課題

研究課題/領域番号 12750612
研究種目

奨励研究(A)

配分区分補助金
研究分野 複合材料・物性
研究機関大阪大学

研究代表者

荻 博次  大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (90252626)

研究期間 (年度) 2000 – 2001
研究課題ステータス 完了 (2001年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2001年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2000年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード弾性定数 / 超音波共鳴 / 非接触計測 / 複合材料 / 薄膜 / 電磁超音波 / 内部摩擦 / 高温測定 / 非接触
研究概要

固体の自由振動の共鳴周波数を非接触かつ高精度に計測する電磁超音波共鳴を確立し,SiC繊維強化Ti合金複合材料,SiC繊維,Ni-P薄膜のすべての独立な弾性定数を計測することに成功した.ソレノイドコイル内に直方体試料を挿入し,外部から静磁場を印加する.高出力・高周波超音波発生器によってコイルに高周波電流を流し,試料表面に渦電流を発生させる.渦電流と静磁場の相互作用によってローレンツ力が生じ,これを音源として試料を振動させた.受信は送信の逆効果によって同じコイルで行った.ローレンツ力の方向は,静磁場の方向とコイルに流れる電流の方向によって決まるため,これらの幾何学的な関係を操作して試料内の変位の対称性を操り,その結果,発生する振動モードを選択することができた.こういったモード選択は,固体の自由振動の共鳴周波数から弾性定数をすべて決定するという手法において,不可欠な作業であることが明らかとなった.周波数をスウィープすることで,試料の自由振動の共鳴周波数を測定した.
SiC/Ti複合材料に関しては,真空中および空気中,において室温から700℃の範囲で弾性定数をすべて決定することに成功した.空気中で温度を上昇させたときには,約500℃において弾性定数が変則的な変化を示した.真空中ではこのような現象は観測されなかった.組織観察の結果,空気中で実験を行った場合,SiC繊維とTiマトリクス間に酸化が原因と思われる剥離が観察された.このことから,500℃近辺では試料内に剥離損傷が生じ,これが原因で弾性定数の温度依存性に異変が起こることが明らかとなった.また,マイクロメカニックスによる逆計算によってSiC繊維単体の弾性率テンソルを決定するまでに至った.
Ni-Pアモルファス薄膜に関しては,アモルファスでありながら弾性異方性が存在することを見出し,またその原因が,膜内の不完全結合部分に起因することを示唆することができた.

報告書

(2件)
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (4件)

  • [文献書誌] H.Ogi, H.Ledbetter, K.Takashima, G.Shimoike, M.Hirao :: "Elastic Properties of a crosspLy SiC_f/Ti composite at elevated temperatures"Metal. Material Trans. A. 32A. 425-429 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ogi, G.shimoike, K.Takashima, M.Hirao: "Measurement of elastic-stiffness tensor of an anisotropic thin film by electromagnetic acoustic resonance"Ultrasonics. (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ogi, G.Shimoike, M.hirao, K.Takashima, Y.Higo: "Anisotropic elastic-stiffness coefficients of an amorphous Ni-P film"J. Appl. Phys.. (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ogi, G.Shimoike, M.Hirao, K.Takashima, H.Ledbetter: "Elastic-Stiffness Tensor of Metal-Matrix Composites Measured by Electromagnetic Acoustic Resonance"Nondestrucive Characterization of Materials. Vol.10. 69-74 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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