セラミックスのグレイン/ファイバーブリッジングの特性評価法に関する研究

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アルミナや窒化珪素などの多結晶セラミックスは,き裂の進展した破面間にグレインブリッジングが起きる.繊維強化セラミックスは,ファイバーによって同様にブリッジングが起きる.破壊特性を評価するためには,このブリッジング特性の評価が不可欠である.本研究では,両縁切欠き入り試験片を剛性の高いブリッジングステビライザと並列に引張り,試験片を安定的に破壊することによって,き裂貫通後のブリッジング応力を求める方法を開発した.この測定法では,破面の開口変位が一様となり,試験片に作用する力がそのままブリッジング力となるため,ブリッジング応力を直接的に測定するこができる.また,開口変位は,ブリッジングステビライザと試験片の変形から簡単に求めることができる.応用例として,多結晶アルミナのグレインブリッジング応力の測定をおこなった.その結果,1ミクロン以上の開口変位に対するブリッジング応力の評価が可能であることが確認された.本評価法では,開口変位がゼロのときに生じる最大ブリッジング応力を評価することができないが,ブリッジング応力を外挿することによって推定することが可能である.この方法によって推定されたアルミナセラミックスの最大ブリッジング応力は,他の方法で求められた最大ブリッジング応力とほぼ同じであった.本方法は,ブリッジング材料の繰り返し疲労のカギである,繰り返し変形に対するブリッジング応力の減衰を定量的に評価できる唯一の方法である.本研究の研究成果は,日本機械学会論文集において発表されている.また,日本機械学会のインターナショナルジャーナルにおいても掲載予定である.