繰返し応力下における構造用セラミックスの自己き裂治癒機構の解明

阐明重复应力下结构陶瓷的自裂纹愈合机制

基本信息

批准号：
14750056
负责人：
高橋宏治
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

優れたき裂治癒能力を有する窒化ケイ素/SiC複合材およびアルミナ/SiC複合材を供試材として選択した.100μmの表面き裂を導入した後,試験片に一定応力または繰返し応力を負荷した状態で,800℃〜1200℃の大気中において所定の時間熱処理を行った.熱処理後の試験片の室温曲げ強度を測定し,応力下におけるき裂治癒の可否を調査した.さらに,それぞれのき裂治癒温度においても,三点曲げ強度,静疲労強度特性および繰返し曲げ疲労強度特性を調査した.その結果,以下の点が明らかとなった.1.熱処理後の試験片の曲げ強度は平滑材の曲げ強度と同等の値まで強度が回復していた.しかも,ほとんどの試験片の破断起点はき裂治癒部以外である.したがって,極めて厳しい応力下においても強度を半減させるほどの大きなき裂を完全に自己治癒することができる.2.窒化ケイ素/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,ともに300MPaである.この値は,予き裂材の曲げ強度(400MPa)に対しで75%であり,極めて高い値である.3.アルミナ/SiCのき裂治癒可能な限界の一定および繰返し応力は,それぞれ250MPaおよび300MPaである.これらの値は,予き裂材の曲げ強度(450MPa)に対して56および67%であり,極めて高い値である.4.応力下でき裂治癒を行った試験片の治癒温度における静疲労限度および繰返し疲労限度は治癒材の曲げ強度の70〜80%程度の値であり,き裂治癒部の疲労強度は十分に高いことが明らかとなった.疲労限度が極めて高い理由は,疲労試験中においてもき裂治癒現象が生じたことによるものと考えられる.5.上記の結論より,本研究で用いた窒化ケイ素/SiCおよびアルミナ/SiCは,温度,応力および環境の条件によっては,使用中に生じたき裂をその場で治癒する能力を有していると言える.

选择具有出色裂纹愈合能力的氮化硅/SIC复合材料和氧化铝/SIC复合材料作为测试材料。引入100μm的表面裂纹后，在800°C至1200°C的大气中对样品进行热处理，在恒定或重复应力下指定的时间量。在室温下测量热处理后的测试样品，并研究了在压力下是否可能进行裂纹愈合。此外，即使在每个裂纹愈合温度下，三分弯曲强度和静态疲劳强度也很强。我们研究了程度特征和循环弯曲疲劳强度特性。结果揭示了以下几点：1。热处理后样品的弯曲强度已恢复到相当于光滑材料的弯曲强度的值。此外，大多数标本的起源是从裂缝愈合区域中断。因此，即使在极度严重的压力下，可以完全愈合的裂纹使强度减半。 2。氮化硅/SIC的裂纹愈合极限的恒定和环状应力均为300MPa。对于倒影材料（400MPA）的弯曲强度，该值为75％，并且非常高。3。氧化铝/SIC的裂纹愈合极限的恒定和循环应力分别为250MPa和300MPa。对于倒影材料的弯曲强度（450MPA），这些值为56％和67％，非常高。4。在应力下，在试样愈合的样品的愈合温度处的静态疲劳极限。重复的疲劳极限约为愈合材料弯曲强度的70-80％，据显示，裂纹愈合区域的疲劳强度足够高。人们认为极高疲劳极限的原因是由于疲劳测试期间发生裂纹愈合现象的发生。5。从上面的结论可以说，本研究中使用的氮化硅/SIC和氧化铝/SIC具有根据温度，压力和环境条件的定位在原位使用过程中产生的裂纹的能力。