その場観察による構造用セラミックスの使用温度域における自己き裂治癒機構の解明

通过原位观察阐明结构陶瓷工作温度范围内的自裂纹愈合机制

基本信息

批准号：
16760062
负责人：
高橋宏治
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

まず,き裂治癒能力が優れた窒化ケイ素およびアルミナを焼結した.これらの材料には炭化ケイ素の微粒子またはウィスカーを複合させている.これにより,優れたき裂治癒能力と機械的特性を発現させることができる.続いて観察用の試験片を機械加工した.初期き裂として,ビッカーす圧子により表面長さが100μmの半円き裂を試験片表面に導入した.続いて,赤外線加熱炉と光学顕微鏡からなる顕微鏡用高温観察ステージを用いて,800℃,900℃,1000℃,1100℃,1200℃,1300℃の大気中において自己き裂治癒挙動の「その場観察」を行った.治癒時間は1時間とした.窒化ケイ素では,800℃および900℃においてはき裂治癒後も初期き裂は明瞭に観察され,き裂はほとんど治癒されてないことが分かった.しかし,1000℃程度まで昇温するとき裂が観察されにくくなるとともに,試験片表面は生成物で覆われていた.この生成物は窒化ケイ素(Si_3N_4)および炭化ケイ素(SiC)の酸化により生じるSiO_2であると考えられる.1200℃および1300℃の場合にはき裂はほとんど完全に治癒されることが分かった.また,これらの場合には強度が完全に回復することが分かった.アルミナでは,1300℃で治癒した場合には,き裂面間は治癒物質で接合され強度も回復するが,治癒温度が1200℃以下の場合には,き裂面間は治癒物質で完全には接合されずに強度も回復しないことが分かった.以上のように,本研究ではき裂治癒挙動のその場観察本法を提案した.本方法を用いることにより,種々の温度において,き裂治癒物質の形態やき裂長さの時々刻々の変化を調査し,き裂治癒に要する最短時間等を明らかにすることができる.

首先，我们烧结了具有优异裂纹愈合能力的氮化硅和氧化铝。这些材料与碳化硅细颗粒或晶须复合。这使得它们表现出优异的裂纹愈合能力和机械性能。接下来，加工了用于观察的试件。作为初始裂纹，使用维氏压头从光学显微镜中在试件表面引入表面长度为100μm的半圆形裂纹。利用显微镜高温观察台，对800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃等温度下大气中的自裂纹愈合行为进行了原位观察。 1300℃，愈合时间为1.次，在氮化硅中，即使在800°C和900°C裂纹愈合后也可以清楚地观察到初始裂纹，表明裂纹几乎没有愈合。然而，当温度升高到约1000°C时，观察到裂纹试样表面覆盖有产物，该产物被认为是氮化硅(Si_3N_4)和碳化硅(SiC)氧化生成的SiO_2。结果发现，当温度为1300℃和1300℃时，裂纹几乎完全愈合，并且在这些情况下，裂纹面之间的强度完全恢复。研究发现，当愈合温度低于1200℃时，裂纹表面没有完全被愈合物质粘合，强度也没有恢复。我们提出了这种原位观察方法，通过这种方法，我们可以研究裂纹愈合材料的形貌和裂纹长度在不同温度下的瞬时变化，并明确裂纹愈合所需的最短时间。是可以做到的。