極値物性の相関を用いたセラミックス材料の新しい信頼性評価法

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本年度は、実際に構造材料として用いられてれいるAl_2O_3を使用し、熱衝撃を加えた場合の絶縁・機械両強度分布の相関を調べた。試料として三菱鉱業セメント(株)製アルミナフィルム(厚さ30μm.純度97%)を使用し、このフィルムを10mm+3.5mmに切り出した後、熱衝撃を加えた(△T=0K〜300K)。昇温速度は400℃/hで一定とし、所定の温度まで昇温、それぞれの温度で20min保持した後水中(20℃)に投下急冷することにより熱衝撃を加えた。熱衝撃を加えていない試料の絶縁強度のワイブルプロットは良い直線性を示し、最弱リンク理論に則ったワイブル統計によって評価できることがわかった。さらに、絶縁・機械両強度のワイブルプロットはよい一致を示しており、絶縁体である構造材料セラミックスに対しても本代替評価法が適用できる可能性が示された。熱衝撃を加えた場合には、200Kまでの熱衝撃に対しては両破壊とも平均強度値の変化はあまり見られず、200K以上の熱衝撃で徐々に強度が低下したが、臨界温度差△Tcを境にした急激な強度低下という現象は、本実験においては見られなかった。熱衝撃を加えた場合の絶縁・機械両強度分布を同一紙面上で比較したところ、200K以下の熱衝撃では両分布はよい一致を示した。250Kの熱衝撃を加えた試料では、機械強度の分布においてはっきりとした折れ曲がりが見られたが、絶縁強度の分布には折れ曲がりが見られず、両分布は一致しなかった。機械強度はクラックが曲げ方向に対して垂直か平行であるかによって強度が変化することから、折れ曲がりはこのクラックの方向を反映したものと考えると、表面亀裂などの弱点分布に異方性が存在する場合には、絶縁破壊試験においてはその異方性を捕らえることが出来ないために、代替評価法として使用する際には注意が必要であることも同時に示された。