その場観察による構造用セラミックスの使用温度域における自己き裂治癒機構の解明

通过原位观察阐明结构陶瓷工作温度范围内的自裂纹愈合机制

基本信息

批准号：
16760062
负责人：
高橋宏治
金额：
$ 2.24万
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：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

まず,き裂治癒能力が優れた窒化ケイ素およびアルミナを焼結した.これらの材料には炭化ケイ素の微粒子またはウィスカーを複合させている.これにより,優れたき裂治癒能力と機械的特性を発現させることができる.続いて観察用の試験片を機械加工した.初期き裂として,ビッカーす圧子により表面長さが100μmの半円き裂を試験片表面に導入した.続いて,赤外線加熱炉と光学顕微鏡からなる顕微鏡用高温観察ステージを用いて,800℃,900℃,1000℃,1100℃,1200℃,1300℃の大気中において自己き裂治癒挙動の「その場観察」を行った.治癒時間は1時間とした.窒化ケイ素では,800℃および900℃においてはき裂治癒後も初期き裂は明瞭に観察され,き裂はほとんど治癒されてないことが分かった.しかし,1000℃程度まで昇温するとき裂が観察されにくくなるとともに,試験片表面は生成物で覆われていた.この生成物は窒化ケイ素(Si_3N_4)および炭化ケイ素(SiC)の酸化により生じるSiO_2であると考えられる.1200℃および1300℃の場合にはき裂はほとんど完全に治癒されることが分かった.また,これらの場合には強度が完全に回復することが分かった.アルミナでは,1300℃で治癒した場合には,き裂面間は治癒物質で接合され強度も回復するが,治癒温度が1200℃以下の場合には,き裂面間は治癒物質で完全には接合されずに強度も回復しないことが分かった.以上のように,本研究ではき裂治癒挙動のその場観察本法を提案した.本方法を用いることにより,種々の温度において,き裂治癒物質の形態やき裂長さの時々刻々の変化を調査し,き裂治癒に要する最短時間等を明らかにすることができる.

首先，具有出色裂纹愈合能力的氮化硅和氧化铝被烧结。这些材料与碳化硅的细颗粒或胡须结合。这允许证明出色的裂纹愈合能力和机械性能。接下来，标本是加工的。作为初始裂缝，Vicker Indenter将表面长度为100μm的半圆形裂纹引入了样品表面。接下来，将试样形成成型红外加热炉和光学显微镜。使用显微镜的高温观察阶段，我们在800°C，900°C，1000°C，1100°C，1200°C和1300°C的大气中进行了自我裂缝愈合行为的“原位观察”。修复时间设置为1小时。使用氮化硅，即使在800°C和900°C下裂纹愈合后，也清楚地观察到了初始裂纹，发现裂缝几乎无法治愈。但是，当温度升高到约1000°C时，观察到裂缝。很难防止它变得困难，并且标本的表面被产品覆盖。该产品被认为是由氮化硅（SI_3N_4）和碳化硅（SIC）氧化引起的SIO_2。发现裂缝几乎在1200°C和1300°C下完全愈合。还发现在这些情况下，强度已完全恢复。在氧化铝中，当它在1300°C下固化时，裂纹表面位于裂纹表面之间。のですねのですねです。英语：发现，当愈合物质与愈合物质粘合时，恢复了强度，但是当愈合温度低于1200°C时，裂纹表面并未完全与愈合物质粘合，并且无法恢复强度。如上所述，在这项研究中，我们提出了这种方法来观察原位裂纹愈合行为。通过使用这种方法，可以在各种温度下研究各种温度下裂纹的形态和裂纹长度的变化，并且可以揭示裂纹愈合所需的最短时间。