ジルコニアセラミックスの擬弾性と強靭化機構に関する研究

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顕著な擬弾性挙動を示す3Y-TZPを用い、広範囲に亘る応力速度をパラメータとした引張破断試験を実施し、ジルコニアセラミックスの機械的特性に及ぼす擬弾性の影響を調査した。静疲労き裂進展による影響を除くために試験は全て真空環境下(8.0×10^<-3>Pa以下)にて行った。また、RT及び400℃高温環境下において試験を実施し、破断強度の応力速度依存性について比較検討を行った。負荷中に発生するひずみの測定に関しては、ひずみゲージの高温環境下への適用が困難であるため、新たな試みとして差動トランスを用いた変位測定による間接的なひずみ測定法の導入を検討した。強度の特異な負荷速度依存性がRTだけでなく応力誘起相変態が不活性化されている400℃においても見られた。また、400℃における強度はRTよりも全体的に低い傾向にあるものの、擬弾性ひずみの発現要因と考えられるイオンの微小移動が活性化する高速度下においてはRTと同等の強度を示した。以上の結果より、擬弾性の発生が主原因となり強度の負荷速度依存性を生み出していると判断された。擬弾性の発現性を向上させることは材料の強靭化につながるものと考えられる。差動トランスによるひずみ測定に関しては、試験片の変形から得られる直接的な値ではないため、ノイズや荷重信号との位相差など様々な問題を生じたが、試験法や解析法を十分に検討することによりこれらの問題を軽減させ、微小変化である擬弾性ひずみの測定法を確立した。本年度は上記試験の他、擬弾性の発現メカニズムをより詳細に調べるため、8Y-FSZ単結晶試験片を用いることにより擬弾性による微小変化を精密に測定した。単結晶の特徴を生かし、擬弾性発現効率の結晶方位依存性を調べた。擬弾性発現効率は各結晶方位間で大きく異なり、<100><<110><<111>となった。添加陽イオン-酸素欠陥対モデルを考慮することにより、擬弾性は構成イオンの微小移動により生じるものと推定された。