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本研究の目的は、熱衝撃損傷、材料物性温度依存性、表面および内部損傷などの現象を考慮した非破壊検査理論を開発し、それに基づいて、新たに宇宙航空機用高温セラミック材料のスクリーニング・システムを構築することである。
はじめに、ロケットノズル用黒鉛材およびアルミナ/黒鉛質耐熱材料を用いて、その強度、破壊力学特性を材料試験機により、損傷の程度を弾性率内耗測定装置により調べた。モデル材料にアルミナ・黒鉛質耐熱材料を用いて、1500℃の温度差での熱衝撃試験を行い、亀裂発生状況を観察した。
過渡熱応力解析を実施し、その結果から過渡熱応力解析および破壊統計解析を行い、実験結果を説明することに成功した。また、熱衝撃前後での試料の弾性波速度の変化を、超音波弾性率内耗測定装置を用いて測定した結果、(1)引張り応力が高いほど、弾性波速度が低下する、(2)圧縮応力支配領域においても弾性波速度が低下する、という注目すべき結果を得た。これは、過渡応力により、材料が損傷したことを意味している。
つぎに、これらのデータを用いて、新しい非破壊検査理論を構築した。新理論を用いて、スクリーニング領域および欠陥サイズの閥値を決定し、非破壊試験のシミュレーションを実施した。非破壊試験によりリジェクトされた試験片と、生き残った試験片の比率一残存効率の比較を行い、提案した非破壊検査システムの有効性を確認した。
以上述べたように、本研究では宇宙航空機用セラミックスのスクリーニングシステムを構築するための基本となる非破壊検査理論の開発・拡張を行い、初期の目的の大半を達成することができた。
本理論体系は、独り非破壊検査理論のみに限定されたものではなく、広く表面および内部を強化したセラミックス-例えば宇宙往還機の耐熱タイル-の強度設計理論に拡張することができる。

【研究分担者】
安田公一	東京工業大学	大学院・理工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
田邊靖博 (田辺靖博	田邉靖博)	東京工業大学	応用セラミックス研究所	助教授	(Kakenデータベース)
矢野豊彦	東京工業大学	原子炉工学研究所	教授	(Kakenデータベース)