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高温環境下で使用されるセラミック材料にとって、熱応力による破壊、特に熱衝整破壊を克服することが重要な課題である。熱衝撃破壊過程は、非定常な熱流束に伴い生じる温度差に起因して発生する熱応力の下での微視割れの生成及び成長・合体によるき裂の進展で構成されると理解され、熱衝撃破壊を理解するためには熱応力の導出および微視破壊過程の評価の2つが不可欠となる。本研究では熱衝撃下のセラミックスにおける微視破壊過程の評価に高感度で速度応答に優れたAE法を利用することを目的に、平成9年度(研究期間初年度)に熱衝撃破壊の際のAE計測が可能な装置を新たに開発した。試験片は厚さ(0.5mm)が直径(20mm)に対して十分に小さな円盤とし、赤外線加熱炉で所定の温度に加熱した後直径4mmの金属ビンを中央に接触させて急冷した。
平成10年度は、急冷に用いる金属ビン先端の形状を変化させ、ビン先端外周に丸みをつけた場合にはき裂は試験片中央から、またビン先端外周が鋭い場合にはビン先端の周辺からき裂が発生することを示した。さらに、有限要素法による熱伝導解析により熱応力を求め、熱衝撃破壊の際の巨視き裂発生条件について検討した。熱画撃破壊の際にAE計測を行った結果、熱応力は金属ビン接触後約3秒で最大となるが、それ以前にAEエネルギーの急増が認められた。巨視的な破壊過程をビデオシステムにより観察したところ、AEエネルギーの急増点は巨視的な主き裂の形成に対応することが確認された。これらの結果から、熱衝撃破壊過程は微視き裂の生成→微視き裂の合体にこよる主き裂の形成→主き裂の進展→最終破壊のように進行することが確認された。以上のように熱衝撃破壊の際にAE計測を国内外で初めて成功したことにより、熱衝撃破壊のメカニズムを理解する上で重要な知見が得られたといえる。
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