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高速超塑性を利用することによって強度・靭性に優れた窒化ケイ素部品の高効率成形加工技術を開発することに向けた基礎的検討を行った。
平成14年度は、高速超塑性を探索するためのモデル材料として、熱間静水圧(HIP)により緻密な微細粒窒化ケイ素を開発した。開発した材料はβ窒化ケイ素粒子から構成されており、超塑性加工に必要な高温度でも相変態による粒成長がおこりにくく、微細組織が安定に保持される材料であった。超塑性変形を高速化するために、粒界ガラス相の化学組成を系統的に変化させて、高温変形に及ぼす影響を調べた。ガラス組成はY_2O_3-Al_2O_3-SiO_2系とし、液相生成温度が1350、1450、1550℃となるものを選んだ。すべての組成に対して、ガラス相の体積分率は15vol%と一定とした。その結果、一定変形速度での試験における流動応力は、ガラス相の液相生成温度の低い材料ほど低下した。これは、試験温度において、液相生成温度が低いほどガラス相の粘性が低くなり、超塑性変形が促進されるためであると考えられた。変形速度と応力との関係をあらわす応力指数は1であり、粒界ガラス相の組成によらずほぼ同一であった。これから、変形機構は、拡散律速の溶解-再析出機構か、粘性流動によって調節された粒界すべりであると考えられた。また、圧縮変形の場合には、ひずみの増加とともに流動応力の増加する「ひずみ硬化」が観察された。ひずみ硬化の度合いは液相生成温度の低い粒界ガラス相組成をもち、変形の容易な材料ほど著しかった。このことは、ひずみ硬化の機構が超塑性変形の機構である「粒界すべり」の超塑性機構と密接に関連していることを示唆した。
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