| 研究概要 |
セラミックスに特有な脆性を克服るための基礎研究として, (1)微細構造の制御による高靭性セラミックスの製造化学的研究, 並びに(2)脆性材料の破壊靭性評価の見直し, を行った.
セラミックスの靭性は, 焼結体組織に強く依存することが知られているので, 本研究においては, 炭化ケイ素ウイスカーを複合化した酸化物・非酸化物セラミックスの作製し, 室温から高温までの広い温度範囲にわたって破壊靭性KIC, 有効破壊エネルギーγeffの評価を行った. 具体的な複合化の系はMgO-Sic(w)系, AlN-SiC(w)系であった. どちらの系においても, 室温でのKIC値は単味の焼結体の1.5倍程度であり, その靭性向上機構は主にクラックの偏向に起因するものであった. 一方, MgO-SiC(w)系では1000゜C以上, AlN-SiC(w)系では1400゜C以上で, KICの急増が認められた. 破面観察から, この高靭性化は, 昇温に伴うマトリックス相とウイスカーの弾性的性質の差, 並びに両者の界面結合力の低下によってもたらされるウイスカーの引き抜き効果によるものであることが分った.
破壊靭性評価法の見直しとしては, セラミックスの力学特性評価法として一般化してきた線形破壊力学的手法の修正と問題点の整理を行い, 上述したKICやγeffなどの物理的意味を明確にする努力をした. アルミナや炭化ケイ素焼結体のような線形弾性体的挙動の顕著なセラミックス, 耐火物, 不焼成キャスタブルなどの非線形挙動をも含むセラミックスを破壊し, その結果を弾塑性破壊力学的手法で整理した. これらの作業により, 弾塑性破壊力学によって得られる塑性散逸率は, ウンスカー引き抜き効果のようなプロセスゾーン内でのエネルギー吸収現象を定量化するための有力なパラメータとなり得ることを明確にした.
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