極致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

我々はこれまでに機能性電子材料セラミックスについて絶縁破壊と機械破壊の間に統計分布の相関を見いだしており、これら極致物性の相関を利用した機械強度の信頼性の代替評価法を提唱している。これまでBaTiO_3、TiO_2などを用いて様々な微細構造・表面状態の本代替評価法に及ぼす影響と適用性を明らかにしてきた。このセラミックスに対する新しい評価法^<1‐3)>は誘電体材料のかなりの離囲を網羅するものとして注目を集めつつあるが、その原理的裏付け・適用条件については十分な情報が得られているとは言えない。さらに、現在構造材料として広く使用されているセラミックスへの適用に関しては未知の部分が多い。そこで本研究では、現在構造材料として広く一般に使用されているAl_2O_3を用いて構造材料セラミックスの本代替評価法の適用を試みると共に、この評価法の原理的裏付けに着いての考察、特に前年度熱衝撃の絶縁・機械両強度の相関を調べた際に、機械強度における折れ曲がり及び絶縁強度と機械強度の分布の相関の原因が熱衝撃によって生じたクラックであると報告したので、今年度はそのクラックと両強度の相関、特に予亀裂を導入することによって、その予亀裂と両破壊の起点との関係を明らかにすることを目的とした。熱衝撃試験および予亀裂試験の結果、ヌ-プ圧子による圧痕のように亀裂先端の角度が極端に鈍い場合、その亀裂長さと方向が機械強度には大きく影響を及ぼすが、絶縁強度にはあまり寄与しない。また、クラックが表面傷先端から試料内部に進展している試料の絶縁強度は試料表面につけた電極がその内部のクラックをどの程度反映しているかに大きく依存すると考えられた。さらに、絶縁破壊試験により機械強度のばらつきを代替評価する際、弱点分布ひいては弱点そのものが等しく、また表面傷が少ないほど、その信頼性が高くなることを明らかにした。

我々はこれまでに機能性電子材料セラミックスについて絶縁破壊と機械破壊の間に統計分布の相関を見いだしており、これら極致物性の相関を利用した機械強度の信頼性の代替評価法を提唱している。これまでBaTiO_3、TiO_2などを用いて様々な微細構造・表面状態の本代替評価法に及ぼす影響と適用性を明らかにしてきた。このセラミックスに対する新しい評価法^<1‐3)>は誘電体材料のかなりの離囲を網羅するものとして注目を集めつつあるが、その原理的裏付け・適用条件については十分な情報が得られているとは言えない。さらに、現在構造材料として広く使用されているセラミックスへの適用に関しては未知の部分が多い。そこで本研究では、現在構造材料として広く一般に使用されているAl_2O_3を用いて構造材料セラミックスの本代替評価法の適用を試みると共に、この評価法の原理的裏付けに着いての考察、特に前年度熱衝撃の絶縁・機械両強度の相関を調べた際に、機械強度における折れ曲がり及び絶縁強度と機械強度の分布の相関の原因が熱衝撃によって生じたクラックであると報告したので、今年度はそのクラックと両強度の相関、特に予亀裂を導入することによって、その予亀裂と両破壊の起点との関係を明らかにすることを目的とした。熱衝撃試験および予亀裂試験の結果、ヌ-プ圧子による圧痕のように亀裂先端の角度が極端に鈍い場合、その亀裂長さと方向が機械強度には大きく影響を及ぼすが、絶縁強度にはあまり寄与しない。また、クラックが表面傷先端から試料内部に進展している試料の絶縁強度は試料表面につけた電極がその内部のクラックをどの程度反映しているかに大きく依存すると考えられた。さらに、絶縁破壊試験により機械強度のばらつきを代替評価する際、弱点分布ひいては弱点そのものが等しく、また表面傷が少ないほど、その信頼性が高くなることを明らかにした。