セラミックスの微構造と高速衝撃特性

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06650783
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 眞下 茂 熊本大学, 工学部, 助教授 (90128314)
• 研究分担者: 石谷 幸保 熊本大学, 工学部, 助手 (70232296)
• キーワード: セラミックス / 衝撃圧縮 / 微構造 / 超高圧 / 弾-塑性転移 / 相転移 / 状態方程式 / ユゴニオ

研究概要

本研究はセラミックスの衝撃圧縮下の弾-塑性転移、相転移と微構造を含むキャラクタリゼーションとの相関を明らかにし、セラミックスの動的強度、相転移と状態方程式を詳しく調べると共に、耐衝撃材料としての可能性を探ること、さらに、新しい物質の探査と物質プロセス法を探ることも目的としている。実験は熊大の火薬衝撃銃と東北大金研の二段式軽ガス銃(共同利用研究)を用いて、Al_2O_3単結晶、多結晶、AIN多結晶、B_4C多結晶、さらに、LiF単結晶、ZnS、ZnSe多結晶などについてユゴニオ圧縮曲線の計測や回収実験を行った。
平成7年度は平面鏡法によってB_4C多結晶とAl_2O_3単結晶で不均一な自由表面運動が観察され、衝撃圧縮下のクラックによる降伏メカニズムを直接示唆する重要な結果が得られた。AINの100GPaまでの高い圧力領域のユゴニオ圧縮曲線を計測し、相転移点を確定すると共に高圧相の詳しい状態方程式が得られた。さらに、サンディア国立研究所との共同研究によって、VISAR法による結晶粒径の異なるAINの粒子速度履歴の計測を行い、相転移点に対する結晶粒径の効果が明かとなった。また、LiF,ZnS,ZnSeのユゴニオ曲線の計測によって、LiFでは異方性の大きな弾性限界が、ZnS、ZnSeではこれまで報告のないものを含む2つの相転移点が見い出すなどの成果が得られた。
一方、レーザー速度干渉法(VISAR)の製作を進め、本年度中に鉄の衝撃波の干渉紋ビ-ト信号の計測と解析に成功した。また、強力な単色光源に用いるためのロングパルスYAG変調レーザを製作した。今後、セラミックスのユゴニオ計測や光物性計測に応用していく計画である。

研究成果

• [文献書誌] 真下茂: "セラミックスの衝撃圧縮挙動の計測" 高圧力の科学と技術. 4(2). 128-137 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo,A.Nakamura,M.Kodama,et al.: "Yielding and phase transition under shock compression of yttria-doped cubic zirconia single crystal and polycrystal" J.Appl.Phys.77(10). 5060-5068 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo,A.Nakamura,M.Nishida,et al.: "Anomalous shock compression behavior of yttria-doped tetragonal zirconia" J.Appl.Phys.77(10). 5069-5076 (1995)
• [文献書誌] M.Uchino,G.Yuan and T.Mashimo: "YAG frequency-doubled laser for optical measurements of high-velocity phenomena" SPIE. 2513. 508-511 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo,M.Uchino and A.Nakamura: "Hugoniot-measurement experiments on hard ceramics using a high-speed streak camera" SPIE. 2513. 792-798 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo,A.Nakamura,A.Yamakawa.et al.: "Correlation of the shock-yielding property with microstructureal characterization and static strength of Si_3N_4ceramics" Dynamic Plasticity and Structural Behaviors. 547-550 (1995)
• [文献書誌] M.Uchino,G.Yuan and T.Mashimo: "Long-pulsed Nd : YAG frequency-doubled laser for optical measurements of high-velocity phenomena" Rev.Sci.Instr.66(12). 5455-5458 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo,X.S.Huang,S.Hirosawa,et al.: "Magnetic measurements on shock-consolidated Sm_2Fe_<17>N_x bulk magnets under steady field of up to 15T" Metal.& Mat.Appl.Shock-Wave and High Strain Phenomena. 45-50 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo and M.Uchino: "Shock compression behavior of boron carbide (B_4C)" Shock Compression of Condensed Matter-1995. (in press). (1996)
• [文献書誌] M.Uchino and T.Mashimo: "Shock compression behavior of zinc sulfide" Shock Compression of Condensed Matter-1995. (in press). (1996)
• [文献書誌] T.Mashimo: "Features of Hugoniot-compression curveon ceramic materials" Proc.3rd NIRIM Internat.Symp.on Advanced Masterials. (in press). (1996)
• [文献書誌] 真下茂(共著): "衝撃波ハンドブック" Springer-Verlag東京, 1256 (1995)
• [文献書誌] T.Mashimo(共著): "High-Pressure Shock Compression of Solids,Volume3" Springer-Verlag, in press (1996)