圧電特性を利用した自己診断材料の開発

本研究では、圧電材料として最も代表的なセラミックスであるPZT(Pb(Zr-Ti)03系セラミックス)を用いて、ピッカースインデンテーションにより圧電材料にき裂を導入し、打撃を与えることにより得られる圧電波形と圧電材料の破壊と関係を調べ、そしてき裂の数、大きさ、方向が圧電圧波形に及ぼす影響を調べ、破壊を圧電圧により評価する可能性を探った。その結果、測定した圧電波形の第一ピークと第二ピークの比と圧痕数との間には相関が見られた。また、圧電方向に対して垂直方向に一列に圧痕を導入していった場合と水平方向に圧痕を導入していった場合とでは圧痕数とピーク比の関係は異なっていた。さらに、一列に導入した圧痕の間隔もピーク比に大きな影響を及ぼしており、その間隔が小さいほど圧痕数とピーク比との関係はより明確になった。ピーク比が、圧痕導入により変化する理由として、き裂の発生による応力分布の変化と、き裂の開口による反電場の発生が考えられ、圧電気波形のピーク比は材料内部の微視破壊と密接な関係があると思われる。また、現在SEMによる破面観察、4点曲げ試験によるき裂進展と圧電特性の関係を調べたところ、き裂進展に伴い、ピーク比の単調な変化が認められた。本研究において試作した測定装置は、まだ誤差が大きく、また、き裂が存在するときの圧電圧波形の変化を正確に予測するためには、衝撃荷重下でのき裂の開口、および応力集中を計算しなければならないが、本研究により圧電圧波形の測定により、圧電材料自体の非破壊評価が可能であることが示された。

本研究では、圧電材料として最も代表的なセラミックスであるPZT(Pb(Zr-Ti)03系セラミックス)を用いて、ピッカースインデンテーションにより圧電材料にき裂を導入し、打撃を与えることにより得られる圧電波形と圧電材料の破壊と関係を調べ、そしてき裂の数、大きさ、方向が圧電圧波形に及ぼす影響を調べ、破壊を圧電圧により評価する可能性を探った。その結果、測定した圧電波形の第一ピークと第二ピークの比と圧痕数との間には相関が見られた。また、圧電方向に対して垂直方向に一列に圧痕を導入していった場合と水平方向に圧痕を導入していった場合とでは圧痕数とピーク比の関係は異なっていた。さらに、一列に導入した圧痕の間隔もピーク比に大きな影響を及ぼしており、その間隔が小さいほど圧痕数とピーク比との関係はより明確になった。ピーク比が、圧痕導入により変化する理由として、き裂の発生による応力分布の変化と、き裂の開口による反電場の発生が考えられ、圧電気波形のピーク比は材料内部の微視破壊と密接な関係があると思われる。また、現在SEMによる破面観察、4点曲げ試験によるき裂進展と圧電特性の関係を調べたところ、き裂進展に伴い、ピーク比の単調な変化が認められた。本研究において試作した測定装置は、まだ誤差が大きく、また、き裂が存在するときの圧電圧波形の変化を正確に予測するためには、衝撃荷重下でのき裂の開口、および応力集中を計算しなければならないが、本研究により圧電圧波形の測定により、圧電材料自体の非破壊評価が可能であることが示された。