| 研究課題/領域番号 |
20K04237
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 富山大学 |
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研究代表者 |
木田 勝之 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00271031)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 窒化ケイ素 / せん断応力 / モードⅡ型き裂進展 / 焼結助剤 / 粒内破壊 / 粒界破壊 / 圧縮負荷 / 破壊クライテリア / き裂開口量 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
風力発電分野やモビリティ分野では、予測以上の速さで非磁性かつ絶縁性の高い機械要素の研究が加速している。近年、MDモデルから導かれた値を使って、金属材料だけではなく、窒化ケイ素(Si3N4)系材料の粒内・粒界に対するエネルギー開放率の比と粒内・粒界に対する破壊エネルギーの比から実験的にき裂の成長機構が研究されている。しかし、圧縮応力下での進展駆動力(せん断応力)に関する研究はほとんど行われていない。本研究では、Si3N4系材料の高負荷機械要素設計の要求に応えるため、せん断応力下での微小き裂進展の理解に必要不可欠な焼結助剤と結晶粒境界の役割を進展初期のき裂先端に注目して、実験的に明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
リガメントは結晶粒間に存在する粒界相にき裂が発生し、結晶粒を跨いで繋がらなかった場合形成されること、不連続な表面き裂の成長はき裂先端前方の結晶粒界にき裂が発生し、それが繋がる、若しくは内部にき裂が進展し、表面に現れることで起こることも観察した。この知見も取り入れ、データを解析することができた。粒内(G_T)と粒界(G_I)２種類の破壊形態についてHutchinsonが提案した静的条件下のエネルギー開放率の考え方（G_I／G_T）が疲労下でも使われているため、データを整理した結果、窒化ケイ素粒内と焼結助剤の影響が強い粒界破壊についてG_I／G_T との相関は明瞭ではないことが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
セラミックス球に関する本研究は、従来の確率的損傷評価から、力学的損傷評価へとパラダイムシフトしている。本課題で確立したき裂先端のその場観察手法と力学解析方法は、軸受の損傷である「はく離」機構を解明するための第一歩として、窒化ケイ素球のモードⅡ型(面内せん断型)き裂進展・停留の破壊力学的解明に役立つ。風力発電機装置などの厳しい電気的環境では、回転している転動体に電気が流れ、接触表面に電気化学的腐食による損傷が発生しやすく、その故障の原因の一つとなっている。セラミックスの絶縁性はその電食を防止可能であるため、課題で確立できた研究手法は強度評価に貢献するものと思われる。
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