セラミックス用高温クリープ試験機の開発とその高温強度および変形特性の評価

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 62850020
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 田中 道七 立命館大学, 理工学部, 教授 (90066613)
• 研究分担者: 藤井 勉 東京衡機製造所, 技術開発課, 課長 ; 岡部 永年 東芝, 重電技術研究所, 主査 ; 中山 英明 大阪産業大学, 短期大学部, 教授 (90097999)
• キーワード: セラミックス / 高温クリープ / 炭化ケイ素 / 窒化ケイ素 / 定常クリープ速度 / クリープ曲線 / クリープラプチャ強度

研究概要

本研究の目的は構造用ファインセラミックスの高温クリープ強度を正確に評価し得るクリープ試験機を開発し,これを用いてセラミックスの高温強度評価法に関する指針を与えることにあり、本年度を最終として2年間にわたり研究を行った。まず、過年度において予定通りクリープ試験機の開発を完了し、一連の予備実験を行ったが、本年度は代表的な耐熱性構造用セラミックスである炭化ケイ素と窒化ケイ素を用いて1350℃までの温度範囲で最長30日に及ぶクリープ試験を行い、実験データを解析した。
その結果、炭化ケイ素は1350℃の高温においても検知し得るクリープひずみを発生せず、巨視的には全く脆性的であり、破断はある時間を経過した後に突発的に起る。この意味で、その破壊機構は内部微小欠陥からのき裂の安定成長によるものと考えられる。また、その破断強度は次に述べる窒化ケイ素に比べてはるかに高い。これに対して、窒化ケイ素は1200°と1250℃の温度で明らかにクリープひずみを生じ、破断ひずみは通常数%、最大で約10%に達する。得られたクリープ曲線は金属の場合と同様、第I期、第II期、第III期の三つの領域からなり、第II期の定常クリープ域が最も長期間を占める。そして、この期間における定常クリープ速度と破断寿命の間には実験範囲内で、温度によらず一意的な関係が見出される。この意味で定常クリープ速度がセラミックスのクリープ特性を考える上での最も重要なパラメータの一つである。また、定常クリープ速度と負荷応力の間には各温度において一定の関係があり、これらの点を総合して、負荷応力と定常クリープ速度、破断寿命、クリープひずみおよび温度の間に存在する解析的関係を導くことができ、セラミックスのクリープ特性を総合的に評価することができる。
さらに関連研究として、窒化ケイ素の常温における圧縮強度や曲げ疲労強度についても一連の研究を行い、成果を得た。

研究成果

• [文献書誌] 田中道七,岡部永年,山元茂,中山英明,福地雄介: 材料. 38. (1989)
• [文献書誌] TANAKA,T.;OKABE,N.;YAMAMOTO,S.;NAKAYAMA,H.;FUKUCHI,Y.: Proc.32nd Japan Congress on Material Research. (1989)
• [文献書誌] 田中道七,山元茂,岡部永年,中山英明: 材料.
• [文献書誌] 田中道七,岡部永年,中山英明,藤井勉,瀬川陽: 材料.
• [文献書誌] 田中道七,岡部永年,中山英明,石丸靖,今道高志: 材料.
• [文献書誌] 田中道七,岡部永年,山元茂,中山英明: 材料.