構造用ファインセラミックスの高温衝撃疲労試験機の試作と破壊特性の非破壊同定法

近年,高温用構造材料として注目をあびているファインセラミックスは高温下で高強度,安定ではあるが同時に脆く、低靭性であり、かつ破壊強度のバラツキも大きい。したがってこの使用にあたっては使用環境下での正確な破壊強度の評価,その時間的推移の把握が不可欠である。特にこれらの材料が衝撃荷重をくり返し受ける環境下で使用されるときには、破壊強度の正確な評価が重要である。本研究ではまず高温用構造材料として使用が企てられているセラミックスの使用環境下での繰返し衝撃負荷試験を行うため、まず試験機の試作・改良を行う。本年度は本研究室で試作した弾性波の伝播を利用する縦型ホプキンソン棒型試験機を大容量のものに改造すると同時に、高温下での試験を可能とすべく、加熱される部分を耐高温化し、赤外線による加熱炉を設置した。また加熱時間の影響を検討するため長時間負荷を可能とする高温衝撃試験機も試作した。これらの改良を加えた2種類の衝撃試験機を用いて、【Al_2】【O_3】および超硬合金について予備的な繰返し衝撃試験を行なった。その結果、試作した試験機は超硬合金に対しては充分な試験が可能であることが判明したが、【Al_2】【O_3】に対しては必ずしも満足すべき結果が得られなかった。この原因を検討したところ試片保持部の熱膨脹係数の差による精度低下が原因と孝えられ、現在改良を検討中である。破壊特性の非破壊同定法として、超音波の伝播特性を利用する方法を検討した。この結果、超硬合金の様に構成粒子が結合剤と異った特性を有するもの、また粒子内破壊が生じにくいセラミックスでは、衝撃のくり返し負荷により、超音波,特にせん断波の伝播減衰が明瞭に観察され、破壊応力との対応が良好であること、これは高周波数ほど有効であることを確かめた。

近年,高温用構造材料として注目をあびているファインセラミックスは高温下で高強度,安定ではあるが同時に脆く、低靭性であり、かつ破壊強度のバラツキも大きい。したがってこの使用にあたっては使用環境下での正確な破壊強度の評価,その時間的推移の把握が不可欠である。特にこれらの材料が衝撃荷重をくり返し受ける環境下で使用されるときには、破壊強度の正確な評価が重要である。本研究ではまず高温用構造材料として使用が企てられているセラミックスの使用環境下での繰返し衝撃負荷試験を行うため、まず試験機の試作・改良を行う。本年度は本研究室で試作した弾性波の伝播を利用する縦型ホプキンソン棒型試験機を大容量のものに改造すると同時に、高温下での試験を可能とすべく、加熱される部分を耐高温化し、赤外線による加熱炉を設置した。また加熱時間の影響を検討するため長時間負荷を可能とする高温衝撃試験機も試作した。これらの改良を加えた2種類の衝撃試験機を用いて、【Al_2】【O_3】および超硬合金について予備的な繰返し衝撃試験を行なった。その結果、試作した試験機は超硬合金に対しては充分な試験が可能であることが判明したが、【Al_2】【O_3】に対しては必ずしも満足すべき結果が得られなかった。この原因を検討したところ試片保持部の熱膨脹係数の差による精度低下が原因と孝えられ、現在改良を検討中である。破壊特性の非破壊同定法として、超音波の伝播特性を利用する方法を検討した。この結果、超硬合金の様に構成粒子が結合剤と異った特性を有するもの、また粒子内破壊が生じにくいセラミックスでは、衝撃のくり返し負荷により、超音波,特にせん断波の伝播減衰が明瞭に観察され、破壊応力との対応が良好であること、これは高周波数ほど有効であることを確かめた。