き裂治癒と保証試験によるアルミナ/炭化ケイ素複合セラミックスの強度向上と信頼性保証

摘要

アルミナ系セラミック要素の強度向上および信頼性保証に「き裂治癒＋保証試験」が有用であるか否かを検討するために，き裂治癒能力が優れていて，且つ内部欠陥を多く含むAl_2O_3/SiC複合材を焼結した。 これから，JIS規格に従った3点曲げ試験片を製作した。 この試験片に，表面長さ100mu m, 深さ45 mu m の半楕円き裂を付与し，そのき裂を治癒した。 その後，保証試験を実施し，保証される最低破壊応力（保証応力）の温度依存性や疲労限度を検討した。 その結果，次のような結論が得られた。 1）室温での保証試験応力が435MPaの場合には，予き裂材は全ての試験片が破壊する。また，JIS規格に従った試験片でも約80％がこの保証試験で破断する。 しかし，予き裂治癒材では高々30％がこの保証試験で破断するのみである。 このことから，き裂治癒現象を利用することにより保証試験時の歩留まりを大幅に向上させたり，高い保証試験応力を採用することが出来る。2）き裂治癒材に対して室温で435Mpaの保証試験を実施した。 その保証試験通過材の最低破壊強度は大きな温度依存性を示し，温度が上昇するにつれて低下した。 しかし，保証試験通過材の各温度における最低破壊応力は，式（3）で推定された保証応力（sigma_G）と良い一致を示した。 3）逆に，高温域で保証試験を行い，その保証試験通過材の最低破壊強度を室温で評価したところ，得られた最低破壊応力は，推定された保証応力（sigma_G）と良い一致を示した。 4）1373Kでき裂治癒を行い，その後室温で保証試験を行ってから，き裂治癒温度である1373Kで最低破壊強度を評価したところ，実験値と推定された保証応力（sigma_G）とは良い一致を示した。 5）以上により，き裂治癒部が母材部と同等以上の強度を有している限り，式（3）で与えられる最低破壊応力（sigma_G）は，き裂治癒温度，保証試験温度あるいは破壊試験温度に依らず安当なものであると結論される。 6）き裂治癒能力が優れている温度域においては，本アルミナは，窒化ケイ素やムライトと同様に，静疲労限度は曲げ強度の下限値即ち保証応力にほぼ等しい値となっていた。