亀裂の動的進展に対するセラミック基複合材料の高靭性化機構
【研究分野】複合材料・物性
【研究キーワード】
セラミックス / 複合材料 / 破壊エネルギー / シャルピー衝撃試験 / 動的亀裂進展 / セラミック基複合材料 / 亀裂進展 / 動的特性
【研究成果の概要】
セラミック基複合材料における破壊エネルギーを如何に評価するか?という問題とそれによって評価された破壊エネルギーが如何なる破壊プロセス(複合材料の微細組織と亀裂進展との関係)を反映したものであるのか?という問題を,全研究期間を通じて取組んできた.その結果,測定精度を確保するためには複合材料の破壊エネルギーが数kJ/m^2以上という条件が必要となるものの,容易に試験片を分断できるという利点からシャルピー衝撃試験を用いた破壊エネルギー評価方法が適当であることが分った.シャルピー衝撃試験で評価した破壊エネルギー値は静的3点曲げ試験を用いたそれとほぼ同じであることは,試験片の応力状態や破壊のプロセスが基本的には静的な場合と極めて近い状態であることを物語っており,シャルピー衝撃試験で破壊エネルギーを評価することの妥当性の1つである.静的試験もしくは動的試験に依らず評価される破壊エネルギー値が(スパン/試験片幅)比に大きく変化することがこの研究を通じて明らかになった.この変化は試験片に蓄積される弾性歪エネルギーのように破壊プロセスとは直接関係しない要素と,試験片を分断する破壊プロセスに付随する層間剪断もしくは剥離による要素の両方に影響を受けた結果であるが,材料によって破壊エネルギー値の(スパン/試験片幅)比依存性が異なることが分った.負荷速度を変化させることで破壊形態が変化し,破壊エネルギーが増大する現像をとらえる事ができたが,定量的に解析するまでには至らなかった.しかし,いずれにしろ破壊プロセスにおいて大規模な層間破壊を併発することが,セラミック基複合材料の破壊エネルギーが増大する主な要因であることが分った.
【研究代表者】