| 研究概要 |
まず常温及び1173K下においてアルミナと窒化ケイ素の疲労試験ならびに疲労き裂進展試験を行った.あわせて開発したレーザ計測システムを用いてCOD計測をも行い,疲労き裂進展特性について検討した.結論は以下の通りである.
(1)常温においてはセラミックスの動疲労強度は静疲労強度はよりも低下し,繰返し負荷の影響が認められたが,1173Kの高温下においては栗消し負荷を伴う場合の方が疲労強度が上昇した.この傾向は両振り負荷下において特に顕著であった.
(2)き裂材を用いて各種負荷下においてき裂進展特性を調べた結果,両振り負荷下において最も進展抵抗が高い結果となった.このことは除荷や圧縮負荷によりき裂架橋が顕著になる現象か,あるいはそれ以上の強化機構が作用していることが明らかとなった.
(3)高温下におけるアルミナおよび窒化ケイ素のCOD曲線は,負荷の繰り返しに伴うK_<op>の上昇,ヒステリシスループのふくらみ等の粒子の摩擦に起因する特徴に加えて,複雑なコンプライアンスの変化を示した.
(4)アルミナおよび窒化ケイ素のき裂進展量と負荷繰返し数の関係を調べた結果,両材料ともにあるレベル以下のK_<max>一定の条件下では,き裂進展にともないき裂進展速度は減速し,一時的にき裂は停留した.
(5)疲労き裂進展には,き裂先端部に粒子架橋効果の顕著な部分があり,これが複雑に作用していることがわかった.
次に常温ならびに高温下でセラミックス溶射材料の疲労試験を行い,以下の結論を得た.
(1)常温環境下におけるブラスト材の疲労強度は焼鈍材のそれに比べて高いが,アルミナ溶射材の疲労強度はブラスト材のそれよりも大きく低下し,焼鈍材と同程度であった.また,高温環境下におけるアルミナ溶射材の疲労強度は,常温環境下におけるそれよりもやや低下した.
(2)常温および高温下の高応力幅条件では,初期段階に弾性変形を呈するが,繰返し数増加にともないループの幅が大きくなる傾向を示した.これは基材の挙動を反映したものである.その後ループの幅が最も大きくなった後,不規則な挙動を示した.これは表面に微小割れあるいは内部に微小はく離が生じたためである.その後皮膜の完全はく離のため無ひずみ状態となることが明らかとなった.
(3)低応力幅条件においては初期段階に弾性変形を呈し,繰返しとともに徐々に塑性変形が生じ始めるが,その後,ループの幅が最も大きくなった後,そのループの幅が徐々に小さくなっていく傾向を示した.これは単一き裂が主き裂となって進展するためと考えられた.
(4)縦断面観察を行った結果,高応力幅条件におけるき裂は,アルミナ・基材(S45C)・ニッケルクロムの順に進展していくことがわかった.
(5)切欠試験片については破壊起点は切欠底に限定されるものの基本的には平滑試験片の場合の破壊機構と同様であることが明らかとなった.
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