光機能ガラスセラミックスの機能に及ぼす力学的影響の解明と機能の疲労特性評価

阐明机械效应对光学功能微晶玻璃功能的影响以及功能疲劳特性的评估

基本信息

批准号：
15760054
负责人：
宮下幸雄
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

供試材として,昨年度まで用いていたTeO_2系ガラスセラミックスのほかに,機械的強度および発生する二次高調波の強度が大きいと考えられるGeO_2系ガラスセラミックスについても機械的特性と機能性について検討した.原料粉末を混合・溶融した後急冷することで,ガラス状態のサンプルを作製し,熱処理を施すことで結晶化させ,ガラスセラミックスを得た.作製した試料について,X線回折により結晶化を確認した.その結果,熱処理を施した試験片は,結晶化を示すピークが認められたが,表面を30μm研磨するとピークが消失した.すなわち,表面層のみが結晶化していると考えられる.なお,破断した試験片の断面観察より,表面層の厚さはおよそ10μmであった.機械的性質として,ガラスおよびガラスセラミックスのヤング率,ポアソン比,硬さ,破壊じん性,曲げ強度を求めた.その結果,いずれの値も結晶化により向上した.GeO_2系ガラスセラミックスはTeO_2系ガラスセラミックスよりも高い強度を示した.光機能性として,二次高調波の発現状態を観察した.光学顕微鏡にYAGレーザ装置を組合せ,波長1064nmのYAGレーザを供試材に照射することで発生する,波長532nmの二次高調波を緑色の可視光として観察した.その結果,GeO_2系ガラスセラミックスは,TeO_2ガラスセラミックスと比較して非常に強い二次高調波が発生することがわかった.この観察装置に取付けが可能な負荷装置を設計・試作した.ネジと圧電素子により荷重を負荷する構造とした.一様な圧縮荷重を負荷して二次高調波の発現挙動を観察したが,荷重の影響は顕著に認められなかった.急峻な応力分布が生じる場合の二次高調波の発生挙動を調べるため,中央に円孔を有する試験片を作製し,応力集中部における二次高調波の発現挙動を調べた.その結果,荷重を負荷すると,二次高調波の強度にわずかな変化が認められた.

除了去年使用的TeO_2基微晶玻璃外，我们还研究了GeO_2基微晶玻璃的机械性能和功能，这些微晶玻璃被认为具有较高的机械强度和产生的二次谐波的强度。通过将原料粉末混合并熔化然后快速冷却来制备玻璃状态的样品，然后通过热处理结晶以获得玻璃陶瓷。在热处理后的试验片中，观察到了表示结晶化的峰，但当将表面研磨30μm时，该峰消失。换句话说，根据截面观察，认为仅表面层结晶化。表层厚度为约为10μm。对于机械性能，测定了玻璃和玻璃陶瓷的杨氏模量、泊松比、硬度、断裂韧性和弯曲强度。结果，所有值都通过结晶化而得到改善。该玻璃表现出比TeO_2基微晶玻璃更高的强度。光学功能方面,我们观察了二次谐波的状态。将YAG激光装置与光学显微镜相结合,用波长为1064纳米。观察到产生的波长为532 nm的二次谐波为绿色可见光。结果表明，与TeO_2玻璃陶瓷相比，GeO_2基玻璃陶瓷产生了非常强的二次谐波。我们设计并制作了一种可以连接到设备上的加载装置。其结构是使用螺钉和压电元件施加负载。我们施加均匀的压缩负载并观察二次谐波的行为，但没有显着影响观察到陡峭的应力分布。为了研究当观察到二次谐波强度发生微小变化时二次谐波的产生行为。