セラミックスー金属接合体の熱応力集中の緩和に対する最適形状設計に関する研究

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当研究者らはこれまで接合体の残留応力発生機構について研究し、その幾可学形状を変えることによる残留応力の緩和法について研究してきた。本年度は、セラミックスの端部角度を90ﾟとし、金属側端角度を様々に変えた軸対称な接合体について、固相接合実験および引張強度試験、さらに有限要素法を用いた熱弾塑性解析による接合体の特異点近傍の残留応力分布、接合後の接合後の接合体に引張り荷重を加えた時の接合体内部の応力の再分布について調べた。加えて、金属側角度加工部の大きさを変えて、その大きさをどの程度にすれば残留応力に対する角度依存性が有効に働くかについて調べた。以下にその結果をまとめる。1.引張試験の結果、接合体の強度は端部角度が75ﾟ付近を境に、角度を小さくすることで急増し、端部角度を大きくしても増すことがわかった。有限要素解析では、端部角度が約90ﾟの場合に残留応力が最大となり、それより角度を小さくしても大きくしても、残留応力は緩和する。その程度は角度を小さくした場合により顕著である。2.金属側端部角度を変えた場合の破壊経路は、端部角度が45ﾟのみ接合界面で剥離し、その他の角度では接合界面端部からセラミックス内部へ凸状に破壊した。3.金属側角度が小さい場合には、金属側の加工度が小さい場合でも、十分な残留応力緩和効果が得られ、それ以上に加工度を大きくしても,応力の緩和傾向は変化しない。4.金属側角度が90ﾟに近く残留応力の緩和効果が小さい場合には、加工度を変えても、その応力分布にはほとんど変化が見られないが、端部角度が90ﾟより大きい場合には、加工度により接合体内部の応力分布は大きく変化し、残留応力緩和にとって重要な要素であり、ある程度の加工を施さなければ残芽応力の緩和効果を得ることができない。