ショットピーニングと自己き裂治癒を応用したセラミックスの高強度化

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本研究の目的は,ショットピーニング(以下SP)とき裂治癒の併用によりセラミックス部材表面の高強度化手法を提案することである.使用中の異物衝突等によってセラミックス部材の表面に生じるき裂の発生を抑制するとともに,たとえ使用中にき裂が発生したとしても,セラミックス自己き裂治癒能力を活用することでそのき裂を治癒し信頼性を向上させる.本年度は供試材として優れた自己き裂治癒能力を持つ窒化ケイ素/炭化ケイ素複合材を用いた.昨年度見出した最適なSPを施した後,表面性状,残留応力分布,破壊靱性値,曲げ強度,接触強度および応力下のき裂治癒特性を評価した.得られた主な成果は以下のとおりである.1. SPを施すことにより,試験片表面に1000MPa程度の大きな圧縮残留応力を導入することに成功した.圧縮残留応力は熱処理により減少したが,熱処理温度が1100℃以下の場合には,その3割以上が残留した.2. SP後の試験片の破壊靱性値をIF法により評価した.その結果,SPにより破壊靱性値を最大で150%程度向上できることが明らかとなった.破壊靭性値は圧縮残留応力と良い相関があることを見出した.3. SP材の接触強度特性の評価として球圧子圧入試験を実施した.その結果,SPにより,供試材の接触強度特性が大幅に向上することが明らかとなった.4. SPと自己き裂治癒を併用したセラミックスの高強度化の手法として,応力下のき裂治癒を提案した.SP処理により,1100℃,大気中でき裂治癒が可能な限界応力を大幅に向上させた.