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窒化ケイ素の亀裂治癒挙動に及ぼす、化学成分系、雰囲気、亀裂治癒時間と温度、治癒可能な亀裂寸法、治癒部の疲労強度特性及び治癒部の高温強度特性を系統的に調査し、治癒特性が優れた窒化ケイ素を開発することが出来た。その概要は、以下の通りである。
(1)10種類の成分系を調査した結果、Y2O3とAl2O3を助剤とするものが優れた治癒特性を示す。特に、SiCを添加することにより、亀裂治癒能力は著しく向上する。 (2)亀裂治癒能力を真空、アルゴン、窒素及び大気中で調査した。その結果大気中でのみ亀裂が治癒された。 (3)最適の成分系はSi3N4/Y2O3/SiCであることが判明した。この成分系では、800℃(50時間)〜1400℃(1時間)で、直径200μmまでの亀裂を完全に治癒でき、強度が完全に回復した。なお、直径200μmの亀裂により、強度は半分以下に低下する。 (4)SiCを添加した窒化ケイ素(Si3N4/Al2O3/Y2O3あるいはSi3N4/Y2O3)の亀裂治癒部は、室温で十分な疲労強度を示し、大部分の試験片が母材部で破断した。 (5)亀裂治癒部の高温強度特性は、成分系に極めて鋭敏である。SiC添加のSi3N4/Al2O3/Y2O3系では1000℃間で、SiC添加のSi3N4/Y2O3では、1400℃まで十分な曲げ強度を有し、それ以下の温度範囲では、大部分が母材部から破断した。以上により、我々が開発した窒化ケイ素は亀裂治癒能力を有する構造用材料として実用可能である。
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