名古屋工業大学材料工学科材料力学物性研究室赤外線放射加熱法によるセラミックスの耐熱衝撃性評価研究目的赤外線放射熱衝撃試験装置セラミックスは高温構造用部材として使用され熱衝撃環境にさらされる機会が多い。従ってセラミックスの耐熱衝撃特性は、重要な物性値の一つとして定量的に評価されることが必要となる。本研究では、耐熱衝撃性を定量的に表すことができる熱衝撃パラメータを定義し、赤外線加熱法を用いた新しい熱衝撃試験法の確立を目指す。赤外線放射加熱部構成：赤外線放射加熱装置・AE計測装置・温度データロガー赤外線放射熱衝撃試験片研究手法 Carbon (Irradiated area) Therm ocouples 円板状セラミックスの中心部に赤外線を照射し、熱衝撃試験を行う。熱衝撃強度 R１C R1C = S ηW πH (a/r0 ) 2 c 数値計算により試験片内の温度・熱応力を解析する。熱衝撃破壊靭性 R2C 右式で定義される熱衝撃パラメータを算出し、物性値としての妥当性および有効性について検討する。 S：無次元熱応力 η：熱効率 W：供給電力 H：試験片厚さ a：加熱半径 r0：試験片半径 ΝΙ：無次元応力拡大係数 c：ノッチ長さ R2 C = N I πc 2a H ηW 2r 0 πH (a/r0 ) 熱衝撃強度試験用 2 Pre-crack 熱衝撃破壊靭性試験用熱衝撃破壊靭性試験後のアルミナ試験片物性の異なる４種の窒化ケイ素について熱衝撃破壊靭性R2C を求め比較した。研究例窒化ケイ素の熱衝撃破壊靭性R2C の比較赤外線放射加熱時の温度・熱応力解析 100 Temperature / ℃ 500 400 0 300 -100 200 100 -200 1 0.5 0 0.5 Nondimensional Distance, ξ / - 1 Thermal tensile stress / MPa Maximum Stress 800 Experimental R2C / Wm -1/2 Si3N4-A Si3N4-B Si3N4-C Si3N4-D 600 400 Si3N4-A Si3N4-B Si3N4-C Si3N4-D 200 0 0 200 400 600 Calculated R2C / Wm 800 ４種の窒化ケイ素の中で、耐熱衝撃性に優れる物性を持つ材料になるほどR2C をの値が大きくなり、物性値の組み合わせからなるR2C とよい相関性を示した。 -1/2 H. Awaji, et.al., J. Ceram Soc. Japan., 106, 877-882 (1998).