微視破壊過程の三次元制御に基づく耐熱高靭性セラミックス複合材料の開発

基于微观断裂过程三维控制的耐热韧性陶瓷复合材料开发

• 批准号: 06402049
• 负责人: 岸 輝雄
• 金额: $ 23.04万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06402049/
• 关键词: セラミックス; 破壊靱性; ナノ; ハイブリット複合材料; 高温; 微視破壊; 破壊靭性; ナノコンポジット; ハイブリッド複合材料

結晶粒径の微細化及びナノ粒子の分散は強度の上昇に大きな役割を果たすが,破壊靱性の観点からは逆の効果を招く.破壊靱性を向上させるためには,フェイルセーフの概念に基づいた部分的に小さく壊して材料全体の破壊を防ぐことのできる不均質な組織が必要であり,かつ破壊過程を3次元的に制御する必要がある.本研究では,セラミックス単体,ナノ及びハイブリッド複合材料を作製し,破壊過程及び靱性上昇機構を定量的に評価した.すなわち,微視破壊過程を制御した高靱性セラミックス基複合材料の開発を目的とした.材料としては,Al_2O_3多結晶体,SiCナノ粒子分散Al_2O_3マトリックス複合材料,Al_2O_3粒子分散SiCマトリックス複合材料,針状LaAl_<11>O_<19>析出SiCナノ粒子分散Al_2O_3マトリックス複合材料とし,微視組織-破壊靱性-破壊強度の相互関係、微視組織-破壊経路-破壊靱性の関係を定量的に調べた.焼結プロセスの改善による結晶粒径の微細化及び欠陥寸法の減少は高強度化を招き,従来より2倍の強度を持つAl_2O_3多結晶体の作製を可能としたが,破壊靱性はほとんど変化せず,破壊強度は欠陥寸法に依存するとの線形破壊力学の概念が有効に働いた.SiC-Al_2O_3係複合材料の破壊機構に対しては,SiC粒子がき裂を引き寄せき裂のピニングを起こし,Al_2O_3粒子はき裂を押し出しき裂の偏向を起こす様子がシミュレーションされ,添加粒子の分散状態によるき裂進展経路及び破壊靱性の変化が定量的に評価された.また,AEによる微視破壊過程の3次元評価及びSEMによる破面観察の結果,Al_2O_3多結晶体中に分散されたSiC粒子はき裂の粒内進展を誘導し,き裂の応力腐食による進展速度を低下させることも分かった.本研究では,以上の微視組織と破壊機構に関する知見から,高強度,高靱性複合材料の開発を目指した.

Crystal particle size refinement and particle size dispersion increase the strength of the crystal, and the effect of particle size change. The basic part of the concept of the material is the small part of the material, the whole material is the basic part of the material, the heterogeneous organization is necessary, the process of breaking the material is necessary for the control of the three-dimensional structure. In this study, the preparation, breakdown process and mechanism of thermal rise of single-phase, single-phase and single-phase composite materials were quantitatively evaluated. Weishi app for controlling the breakdown process and developing high performance composite materials. The <11>relationship between Weishi app microstructure-fracture mechanism-fracture strength and Weishi app microstructure-fracture mechanism-fracture properties <19>was quantitatively adjusted. In order to improve the sintering process, the refinement of crystal particle size and the reduction of undersize method are necessary to increase the strength of SiC-Al_2O_3 composites, so that the strength of SiC-Al_2O_3 composites can be increased by twice, and it is possible to manufacture Al_2O_3 multicrystals. Al_2O_3 particles are dispersed in SiC particles, and Al_2O_3 particles are dispersed in Al_2O_3 particles. In addition, the 3D evaluation and SEM observation of the fracture process of AE in Weishi app show that SiC particles dispersed in Al_2O_3 polycrystals induce the intragranular progress of fracture, and the progress rate of fracture force decay is slow. This study is aimed at understanding the relationship between Weishi app microstructure and fracture mechanism, and the development of high strength and high toughness composites.

项目成果

M-O.Nandy,T.Nose,M.Enoki and T.Kishi: "R-Curve and Cyclic Fatigue Behavior in Alumina-Particles-Reinforced Silicon Carbide" Materials Transactions,JIM. 37・4. 769-775 (1996)

M-O. Nandy、T. Nose、M. Enoki 和 T. Kishi：“氧化铝颗粒强化碳化硅中的 R 曲线和循环疲劳行为”，《材料交易》，JIM 37・4 (1996)。

B-N.Kim and T.Kishi: "Strengthening Mechanism of Alumina Ceramics Prepared by Precarsening Treatment" Materials Science & Engineering. A215. 18-25 (1996)

B-N.Kim 和 T.Kishi：“预加工处理制备的氧化铝陶瓷的强化机制”材料科学

M.Hoffman: "Crack-tip Pegradation Processes Observed during in situ Cyclic Fatique of Partially Stabilized Zirconia" The Journal of the American Ceramic Society. 78. 2801-2810 (1995)

M.Hoffman：“部分稳定氧化锆原位循环疲劳过程中观察到的裂纹尖端降解过程”美国陶瓷学会杂志。

M.Enoki: "Stochasic Microfracture Process of Ceramics" Materials Science and Engineering. A176. 289-293 (1994)

M.Enoki：“陶瓷的随机微断裂过程”材料科学与工程。

志波光晴: "アコースティック・エミッションの放射形式計測によるアングルプライCFRP積層板の微視割れモード評価" 日本複合材料学会誌. 20. 99-107 (1994)

Mitsuharu Shiba：“使用声发射径向测量来评估角层 CFRP 层压板的微观裂纹模式”日本复合材料学会杂志 20. 99-107 (1994)。