| 研究概要 |
セラミックスは高温材料や耐磨耗材料として期待されているが,その本質的の脆性のためにそれらの有効な特性が生かされていない。そこで本研究では、セラミックスの脆性の克服のために、強靭性ジルコニア積層材料の開発を目指す。部分安定化ジルコニア材料における応力誘起変態により、靭性が上昇することが知られているが、変態量の飽和のためにある一定の靭性の増加しか得られない。そこで本研究では非変態層と変態層を積層し、その厚さを制御することにより、き裂進展抵抗の大きい強靭性ジルコニア積層材料の開発をした。
まず、薄膜の作製を行った。組成がZrO_2-6mo1%Y_2O_3、ZrO_2-3mo1%Y_2O_3、ZrO_2-2mo1%Y_2O_3のものを用いた。それぞれの組成の粉体を用い、適当な溶媒によりスラリーを作製した。その際の粘度等の条件を制御することにより、一定の厚さの薄膜を得るようにした。得られた薄膜を数十層積層し、現有のホットプレスを用いて加圧焼結を行った。積層の方向を変えることにより、負荷方向が異なる3種類の試験片を各試料について得た。得られた試験片を用いて、4点曲げ強度試験及び4点曲げ破壊靭性試験を行ない、曲げ強度と破壊靭性値を測定した。その際のアコースティック・エミッションを計測した。靭性が最大9MPam^<1/2>の材料を得た。また、その積層厚さ及び組成の影響を調べた。さらに、X線解析装置を用いて、き裂周辺の変態量を測定した。き裂進展の際のアコーステイック・エミッション計測結果とき裂進展の観察より、き裂周辺の変態の意味を明らかにし、強靭化の機構を解明できた。
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