放射光X線応力測定法による一方向凝固共晶複合材料(MGC材料)の相間応力評価

点击翻译按钮获取中文摘要

一方向凝固共晶複合材料(MGC材料:Melt Growth Composite Material)は,2000K付近まで構造材料として使用可能な優れた高温特性を有している.MGC材料は,三次元ネットワーク構造を持つ単結晶どうしが複雑に絡み合った構造のため,相間の熱膨張係数差,弾性係数差により発生した相間残留応力や,外力発生に伴い生ずる各相の複雑な応力状態が,破壊機構や高温特性に影響すると予想される.そこで本研究では,シンクロトロン放射光を用いた単結晶応力測定法により,Al_2O_3/Y_2Al_5O_<12>(YAG)二元系MGC材料におけるYAG相の室温残留応力測定および負荷応力測定を行った.応力測定領域をφ0.5mmとして測定したYAG相の室温残留応力は,試験片凝固方向に40MPaから120MPa程度,また,試験片凝固方向に対して垂直方向に圧縮で80MPaから引張で70MPa程度であり,Al_2O_3/YAG二元系MGC材料の残留応力状態に著しい異方性が認められた.各相の熱膨張係数の文献値から推定した本材料の残留応力状態と,本研究において測定した残留応力状態はほぼ同じ傾向を示すことから,本材料の残留応力発生の主要因は各相の熱膨張係数差であり,さらにAl_2O_3相の熱膨張係数に異方性が存在するために,本材料における残留応力状態に異方性が存在することを確認した.次に,4点曲げ負荷法によりヤング率を測定した結果,試験片凝固方向に349±3GPaであり,ひずみ一定モデルに比較的近い値を示した.また,負荷応力変化に対するYAG相の応力変化をX線により測定した結果,試験片凝固方向の応力変化挙動はひずみ一定モデルに近い挙動を示した.したがって,ヤング率及び負荷応力測定結果から,本研究に用いた試験片に関しては,試験片凝固方向の応力変化挙動をひずみ一定モデルで説明できる可能性のあることを示した.