| 研究概要 |
1 熱衝撃疲労
単結晶Dy123大型バルク試料に77Kへの熱衝撃サイクルを110回加えた後、切り出した31本の試験片中には破断7、a-b面き裂12の損傷が見られた。ヤング率および引張強さはa,b軸方向にはほとんど変化がないが、c方向は1/2に低下した。なお、小型試料においてはa方向引張強度およびc軸負荷の3点曲げ破壊靭性値に変化がなかった。チタン棒に接着した試験片に熱サイクルを加えると引張強さはわずかに低下した。
10wt%の銀添加したDy123バルクでは、ヤング率はわずかに減少、強度はわずかに増加し、銀添加はDy123の熱膨張率の異方性による銀粒子近傍のc軸圧縮熱応力により熱サイクル損傷を阻止することがわかった。
急冷に伴う非定常熱応力をANSYSにより有限要素解析した結果、最大熱応力の値から寸法の異なる上記試料の強度変化を説明できた。また、バルクの直径が100mmまで大きくなるほど、また厚さは増加するにつれて熱応力が増すが、25mmで飽和することが明らかになった。最大熱応力はa,b方向では無添加試料の方が、c方向では銀添加試料の方が大きい。これは銀添加試料の方が熱伝導率は大きいが、c方向のヤング率が高いためである。
2 バルク-金属接合複合体の強度
端部を直接あるいは同一バルク材の中間層を介してアルミ合金およびチタン棒に接合したバルク試験片の77Kにおける引張強度は、上記の順に高くなっていった。Al合金の場合、接合界面から0.5mm以内の高熱応力の領域で破壊するが、中間層を用いた場合にはこのような破壊は見られなかった。強度はFEMによる定常熱応力を含む負荷過程の応力とよく対応した。
3 極低温熱物性
冷凍機伝導冷却型の極低温熱物性評価装置を用いて、バルクおよび接合金属の熱応力に関わる熱伝導率、熱膨張率および比熱の20Kまでの温度依存性を評価した。
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