セラミックス加工面の微小き裂評価

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本研究は、セラミックス加工面の耐熱衝撃性、耐熱疲労性を評価する目的で、微小き裂を導入したセラミックス表面にCO_2レ-ザ-照射による局所的熱衝撃を与え、発生するAEを計測することにより、加工面の微小き裂状態を推定することを試みた。実験では表面に微小き裂を導入した窒化珪素試料の表面にCO_2レ-ザ-ビ-ムを照射し、この時AEの信号を計測した。AE計測の結果では、レ-ザ-照射開始直後の短時間を除き、有意なAE信号は検出されなかった。さらに照射時間を延長したが、AE信号を確認できたのは試料温度が上昇し、加工が開始された後であった。これら観測されたAE信号は熱応力や試料の熱分解、蒸発さらには表面に付着した反応生成物の剥離などが原因と考えられる。レ-ザ-照射時の試料内部の温度分布および熱応力分布の時間変化を知るために有限要素法による熱応力連成解析を行ったが、解析結果では、照射1秒後の表面温度は1600°Cに達し、導入したき裂先端では応力がき裂を進展させるのに十分な大きさ達したと予測された。したがって、レ-ザ-照射時のき裂進展に伴って発生するAE信号を検出できなかったの理由として、センサ-の周波数帯域や信号減衰などの測定系問題に加え、熱応力弾塑性解析上の問題も考えられた。