エネルギー変換型傾斜機能材料のせん断クリープ特性評価

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エネルギー変換型傾斜機能材料は適当な熱源を用いて、最適となるように熱電変換材料、熱電子変換材料などを組み合わせることによって、、エネルギーを高効率に利用しようとするものであり、世界的にも大変注目を集めつつある材料技術である。同材料では、1273K (1000℃)以上の超高温領域における長期間にわたる使用を想定した機能の安定性が求められる。本研究では、エネルギー変換型傾斜機能材料の強度特性に関する長期健全性を評価するための基礎研究を行った。具体的には、エネルギー変換型傾斜機能材料内に含まれている多数の接合面のクリープ強度を評価するための実験的研究を行った。本研究で考慮するクリープ試験方法とは従来の引張型とは異なり、接合構造のクリープ強度を的確に評価しうると考えられるせん断クリープ特性試験とした。評価対象にエネルギー変換型傾斜機能材料中の電極/絶縁接合を選んだ。供試材料としては電極材料にSUS304およびニッケルを、絶縁材料にアルミナをそれぞれ選んだ。実験結果として、せん断クリープ試験についても従来の引張型クリープ試験と同様の負荷応力と破断時間の関係が得られた。また、負荷応力とラ-ソン・ミラー・パラメータの関係より、高温短時間データから低温長時間データを推定するいわゆる外挿性が確認された。クリープ試験片より、試験条件と破損モードの関係を調べ、短時間側でアルミナ破壊および長時間側で接合界面破壊であることが判明した。X線を用いて接合界面近傍の残留応力測定を実施した。その結果より、界面近傍のアルミナ側に存在する比較的大きな軸方向引張応力がアルミナの破損モードに影響を及ぼす可能性がうかがわれた。