レーザーピーニングと自己き裂治癒によるセラミックスの高温域における信頼性向上

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04231
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 高橋 宏治 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (90334630)
• 研究協力者: 三枝 和也 ; 澁谷 紀仁
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: レーザピーニング / 残留応力 / セラミックス / 曲げ強度

研究成果の概要

本研究ではレーザピーニングにより，セラミックスの強度と信頼性を向上させる新たな表面改質手法を提案することを目的とした．窒化ケイ素に種々の条件でレーザピーニングを施した後，残留応力，表面粗さ，曲げ強度を測定した．これらの結果から最適なレーザピーニングの条件を選定した．最適な条件でレーザピーニングを施工した場合には，表面から深さ60μm程度まで圧縮残留応力を導入することができた．圧縮残留応力の効果により窒化ケイ素の曲げ強度を向上させるとともに，曲げ強度のばらつきを低減することができた．したがって，レーザピーニングはセラミックスの強度と信頼性を向上するために有効な表面改質技術である．

自由記述の分野

材料強度学

研究成果の学術的意義や社会的意義

セラミックスは耐熱性，耐摩耗性に優れているために，高温エネルギー機器等の高温構造材料への適用が期待されている．しかし，セラミックスは破壊靭性値が低いために，加工時や使用中にき裂が発生した場合には，強度と信頼性が大幅に低下する可能性がある．本研究では，セラミックスにレーザピーニングを施工することにより，曲げ強度と信頼性を向上できることを新たに見出した．難切削材のセラミック工具や，人工関節用のセラミック部材，高温エネルギー機器等，種々のセラミックス部材に対してレーザピーニングを適用することにより，強度および信頼性を向上できると考えられる．