双結晶及び多結晶を用いたセラミックスの界面構造と強化機能の解明

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双結晶及び多結晶を用いたセラミックスの界面構造と強化機能の解明

フォーマット:
助成・補助金
Kyushu Univ. Production 九州大学成果文献
タイトル(他言語):
Study of boundary structure and toughening mechanism of ceramic bicrystal and polycrystal
責任表示:
阿部 弘(九州大学・大学院・総合理工学研究院・教授)
ABE Hiroshi(九州大学・大学院・総合理工学研究院・教授)
本文言語:
日本語
研究期間:
1998-2000
概要(最新報告):
セラミックスの結晶構造、界面構造と機械的性質の相関を明らかにし、高機能構造材料の開発指針を提案することを目的として研究を行い、以下の実績を得た。 1 微視応力下における単結晶および焼結炭化ケイ素の機械的挙動の評価 (1)破壊靭性KICはAl_2O_3添加焼結SiC(6MPa・m^<1/2>)>B、C添加焼結SiC>単結晶{1100}〈1120〉>単結晶(0001)〈1100〉=単結晶(0001)[1120]>単結晶{1100}[0001](2MPa・m^<1/2>)の順である。 単結晶においては結晶方位による差(壁開面の影響)が顕著である。Al_2O_3添加焼結SiCは板状結晶粒が発達し、この粒界で亀裂が屈局すること等により高い靭性を得る。粒界の結合が比較的強固なB、C添加SiCでは粒内破壊を起すが、この際にも、亀裂は壁開面を選択して進む傾向があるためわずかな屈局をともない、単結晶より高い靭性を示す。 (2)微構造と機械的性質の関係を一義的に評価することは出来ない。高い破壊靭性を持つSiCほど圧痕部の損傷が大きい。Al_2O_3においても同じ傾向が認められた。 1 巨視的応力下における焼結破壊挙動と微構造の関係 BおよびC添加焼結法、Al_2O_3添加焼結法により組織を制御したSiCに曲げによる巨視的応力を負荷し、微構造と破壊挙動の関係を研究した。(1)破壊開始表面エネルギーγiはB、C添加焼結SiC低く(10J/m^2)、Al_2O_3添加焼結SiCでは高い(50J/m^2)。(2)破壊進展表面エネルギーγwofはγiより高く、全般にγwofはγiより粒界や微構造によるエネルギー吸収機構を強く反映する。 2 双結晶による評価および材料設計への提言 双結晶モデルとして、2〜3mmの単結晶6H-SiCで構成される気相成長SiCを試料として検討を行った。粒界をはさむ各結晶間には方位により、亀裂の発生や進展挙動に差があることに加え、エッチング時の挙動や研磨傷発生に対する抵抗性に顕著な差が認められる。材料設計においては、(1)材料特性の面からは、結晶および粒界の性質を出来るだけ定量的に把握すること、(2)使用環境の面からは、曲げ試験等により発生する巨視的応力下での挙動、研磨や微粒子衝突時に発生する局所の微視的応力下での挙動等、求める性質を明確にした微構造制御が必要と考えられる。 続きを見る
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