高電圧スクリーニング法によるセラミックスの高信頼性化に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11875190
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岸本 昭 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (30211874)
• 研究分担者: 竹田 俊二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80090512) ; 中村 吉伸 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30198254)
• キーワード: セラミックス / 強度 / 信頼性 / 高電圧 / スクリーニング

研究概要

報告者らは既に、機械破壊同様にセラミックスの微細構造に依存する絶縁破壊に着目し、電気的方法による機械強度分布の評価法を提案している。この研究では、機械的に弱いものは、絶縁強度も弱い、すなわち、部品個々の相関を示唆する結果が得られている。本研究ではこれをさらに発展させ、機械的に弱い部材を電気的手法により取り除く、電気的スクリーニング法を確立することを目的としている。セラミックス材料の信頼性を確保するため、脆弱部材を取り除く、スクリーニングが必要であるが、超音波、放射線を用いた方法では装置が大がかりになる上、スクリーニングの効果も充分とはいえない。本研究では、測定の簡便な電気的方法により取り除かれた部材の強度分布を取り除く前のものと比較し、スクリーニングの効果を評価する。応力印加方法(曲げ、二軸、引っ張り)によりその効果がどの様に変化するかを検討し、それぞれに対しどの程度の信頼性向上がもたらされるかを明らかにした。
電気的手法としては、多くの構造用セラミックスが絶縁体であることを考慮し、絶縁破壊を用いる。今回のモデル実験では試料調整が容易なチタニアセラミックスを用いた。通常のセラミックス法により燒結体を作製し、薄板状試料片を一条件当たり200個用意する。これを100個ずつ2組に分け、一方で機械破壊強度測定と絶縁破壊強度測定を行い、もう一方に一定の電界を印加し、絶縁破壊した試料片を取り除き残った試片の機械強度を測定した。後者の機械強度をスクリーニング後の機械強度とし、スクリーニング前の前者の機械強度と比較することによりスクリーニングの効果を判定する。以上を試験法のモードを各種変化させて行い、電気的スクリーニング法の適用条件を総合的に評価した。その結果、引っ張り方向に垂直に亀裂が生成しているような場合に、スクリーニングが有効であることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.Tanaka and A.kishimoto: "Reliability improvement of titania ceramics with surface flaw through high voltage screening"Kor. J. Ceram.. 5[4]. 386-389 (1999)
• [文献書誌] A.Kishimoto, A.Nakamichi, and Y.Nakamura: "Monitoring of indentation and bending fracture in a-SiC ceramics utilizing electrical methods"J. Mat. Sci.. 34[17]. 4233-4237 (1999)
• [文献書誌] N.Sadotani, S.Hirano and A.Kishimoto: "In-situ Monitoring of Indentation Fracture in Semiconductive Titania Ceramics"J. Mat. Sci. Lett.. 19[3]. 221-223 (1999)
• [文献書誌] A.Kishimoto, K.Numazaki and Y.Nakamura: "Effects of high-voltage screening on mechanical strengths of titania ceramics measured through differenet methods"J. Mat. Sci. Lett.. 18[14]. 1159-1161 (1999)
• [文献書誌] A Yuzaki and A.Kishimoto: "Effects of alumina dispersion on ionic conduction of toughened zirconia base composite"Solid State Ionics. 116[1/2]. 47-51 (1999)
• [文献書誌] A.Kishimoto and T.Tanaka: "High voltage screening on unidirectionally surface ground titania ceramics"J.Am.Ceram.Soc.. (in press). (2000)
• [文献書誌] 岸本昭、永井正幸: "セラミックスデータブック99"工業製品技術協会. 272 (1999)