高強度・耐熱衝撃性酸化物セラミックスの開発研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63850163
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 島田 昌彦 東北大学, 工学部, 教授 (80029701)
• 研究分担者: 佐藤 次雄 東北大学, 工学部, 助教授 (90091694) ; 遠藤 忠 東北大学, 工学部, 助教授 (30176797)
• キーワード: イットリア固溶正方晶ジルコニア / ジルコニア基複合セラミックス / YーTZP / Al_2O_3複合セラミックス / YーTZP / ムライト複合セラミックス / YーTZP / SiC複合セラミックス / 熱衝撃抵抗 / 熱応力破壊 / 仮焼結体の熱間静水圧加圧

研究概要

代表的な高強度高靭性材料である正方晶ジルコニアの機械的性質と熱衝撃抵抗をさらに改善することを目的として、水中急冷法によりイットリア固溶正方晶ジルコニア(YーTZP)の熱衝撃破壊挙動について検討するとともに、YーTZPに種々のセラミックス粒子を分離したYーTZP基複合セラミックスを作成し、それらの機械的性質と熱衝撃抵抗について調べた。水中急冷法におけるセラミックスの熱衝撃破壊は、水の沸騰を伴う対流伝熱により生起され、熱衝撃抵抗は、試料の破壊強度、熱伝導度、熱伝達係数の増加およびヤング率、ポアソン比、熱膨張率の減少により増加した。YーTZPの熱衝撃破壊ではTransformation tougheningによる強化機構が十分に作用せず機械的応力による破壊応力と較べて著しく小さな熱応力で破壊が進行するため、YーTZPは熱物性値からの予想値よりはるかに小さな熱衝撃抵抗しか示さなかった。YーTZPの粒径を増加させ、正方晶→単斜晶相転移の進行を促進させることにより、破壊靭性を向上させるとともに、熱衝撃破壊時における相転移強化機構を進行させ、熱衝撃抵抗を増加させることができた。YーTZPへのアルミナの分散では、ジルコニアの粒成長が抑制され、密な焼結体が作成されたことから、破壊強度が著しく向上し、熱衝撃抵抗も向上した。一方、YーTZPへのムライトやSiCウィスカ-の分散では密な焼結体が作成できず、破壊強度が減少したが、熱膨張率の減少や熱伝導度の向上により熱衝撃抵抗を改善できた。またセラミックス焼結体を熱間静水圧加圧すると、粒成長を進行させることなく密化を促進できることから、試料中の欠陥サイズを減少でき、破壊強度および熱衝撃抵抗を著しく向上できることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] Tsugio Sato,Masayuki Ishitsuka,Tadashi Endo and Masahiko Shimada,: "Thermal Shock Resistance of ZrO_2 Based Ceramics" Materials & Design,. 9. 204-212 (1988)
• [文献書誌] Tsugio Sato,Masayuki Ishitsuka,Toshiya Fukushima,Tadashi Endo and Masahiko Shimada,: "Thermal Shock Resistance of YttriaーDoped Tetragonal Zirconia Polycrystals" Mater.Sci.Forum. 34/36. 189-193 (1988)
• [文献書誌] 佐藤 次雄,石塚 雅之,遠藤 忠,島田 昌彦,嵐 治夫,: "ジルコニアセラミックスの熱衝撃破壊" ジルコニアセラミックス. 10. 157-174 (1989)
• [文献書誌] Masayuki Ishitsuka,Tsugio Sato,Tadashi Endo,Masahiko Shimada and Haruo Arashi: "Raman MicroーProbe Spectroscopic Studies on Thermal Shock Fracture of ZrO_2ーBased Ceramics" J.Mater.Sci,Lett.,. 8. 638-640 (1989)
• [文献書誌] Masayuki Ishitsuka,Tsugio Sato,Tadashi Endo and Masahiko Shimada,: "Thermal Shock Fracture Behaviour of ZrO_2 Based Ceramics" J.Mater,Sci.,. 24. 4057-4061 (1989)
• [文献書誌] Tsugio Sato,Tadashi Endo and Masahiko Shimada,: "Postsintering Hot Isostatic Pressing of CeriaーDoped Tetragonal Zirconia/Alumina Composites in an ArgonーOxygen Gas Atmosphere" J.Amer.Ceram.Soc.,. 72. 761-764 (1989)
• [文献書誌] Masayuki Ishitsuka,Tsugio Sato,Tadashi Endo and Masahiko Shimada,Hedeo Oーno,Naoki Igawa and Takanori Nagasaki: "GrainーSize Dependence of ThermalーShock Resistance of YttriaーDoped Tetragonal Zirconia Polycrystals" J.Amer.Ceram.Soc.,3 (1990)
• [文献書誌] 寺内 信哉,佐藤 次雄,遠藤 忠,島田 昌彦,: "YーTZP/SiC複合体の焼結と機械的性質" 粉体および粉末冶金,4 (1990)