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セラミックスの破壊メカニズム、靱性向上と破壊強度の評価

11月開催 電気系セミナー  更新日:2018年9月28日
 セミナー番号【812411】12/6 講師4名
★脆さを改善するための手法とは? 繊維複合、き裂治癒によるアプローチを詳解!
★繊維強化セラミックスの界面、微構造制御手法は? 優れた特性を活かすためのアプローチを徹底解説!

セラミックスの破壊メカニズム、靱性向上と破壊強度の評価


■ 講師
1. 東京工業大学 科学技術創成研究院 先導原子力研究所 准教授 博士(工学) 吉田 克己 氏
2. 香川大学 創造工学部 創造工学科 先端材料科学領域 講師 博士(工学) 松田 伸也 氏
3. 横浜国立大学 大学院工学研究院 教授 博士(工学) 高橋 宏治 氏
4. 横浜国立大学 大学院工学研究院 システムの創生部門 准教授 博士(工学)、博士(農学) 尾崎 伸吾 氏
■ 開催要領
日 時 :
平成30年12月6日(木) 10:00~17:00

会 場 : [東京・五反田] 技術情報協会 8F セミナールーム
聴講料 :
1名につき60,000円(消費税抜き・昼食・資料付き)
〔1社2名以上同時申込の場合のみ1名につき55,000円(税抜)〕


※定員になり次第、お申込みは締切となります。


プログラム

【10:00~11:30】

1.界面・微構造制御に基づいたセラミックス基繊維強化複合材料の創製とその特性

東京工業大学 科学技術創成研究院 先導原子力研究所 准教授 博士(工学) 吉田 克己 氏

 
【講座概要】

セラミックス基繊維強化複合材料は、セラミックス単体の脆さを大幅に改善し、大きな破壊抵抗を示すことから、金属材料に代わる高信頼性耐熱材料として注目されている。
なかでも、炭化ケイ素(SiC)基繊維強化複合材料は航空宇宙産業、原子力・核融合分野、高温ガスタービン等のキーマテリアルとして研究開発が国内外で進められている。
セラミックス基繊維強化複合材料において繊維/マトリックス界面は優れた機械的特性を発現させるために極めて重要な役割を担っており、繊維表面に最適な界面層を形成し、最適な界面制御することが高性能セラミックス基繊維強化複合材料の実現において重要となる。
本講演ではSiCを中心に、セラミックス基繊維強化複合材料の基礎、特性、作製プロセス、界面制御プロセス、界面特性評価のレビューをするとともに、講師の研究例も交えて講演する。


1.セラミックス基繊維強化複合材料の基礎
 1-1 セラミックス基繊維強化複合材料とは
 1-2 セラミックス基繊維強化複合材料の構成
 1-3 セラミックス基繊維強化複合材料の機械的特性

2.セラミックス基繊維強化複合材料の作製プロセス
 2-1 化学気相浸透(CVI)
 2-2 ポリマー溶液含浸-熱分解(PIP)法
 2-3 溶融含浸(MI)法
 2-4 その他の作製プロセス

3.セラミックス基繊維強化複合材料の界面・微構造制御プロセス
 3-1 セラミックス基繊維強化複合材料の界面層の重要性
 3-2 セラミックス基繊維強化複合材料の界面層として用いられる物質
 3-3 セラミックス基繊維強化複合材料の界面層形成プロセス
 3-4 電気泳動堆積(EPD)法を用いたセラミックス基繊維強化複合材料の新規界面層制御プロセス

4.セラミックス基繊維強化複合材料の界面特性の評価法


【質疑応答】
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【12:10~13:40】

2.セラミックスの破壊メカニズムと強度信頼性評価

香川大学 創造工学部 創造工学科 先端材料科学領域 講師 博士(工学) 松田 伸也 氏

 
【講座概要】

セラミックスは、金属材料と比較して耐熱性、高比強度、耐摩耗性など優れた特性を有しています。
しかしながら最大の欠点は非常に脆いことです。そのため、金属設計者からすれば脆いから使えないといった感覚をもたれることもしばしばあるでしょう。セラミックスならではの強度の考え方・取扱い方があります。本講座では、初めにセラミックスはどのように壊れるのか、その基本的な破壊メカニズムと破壊形態について説明します。
その後、基本的な強度試験や解析方法、強度に及ぼす諸因子の影響について説明します。
本講座を通じて、金属とは異なった考え方が必要であることが少しでもご理解いただけるようなプログラムを構成しました。


1.セラミックス強度信頼性の歴史

2.セラミックスの破壊メカニズムと破壊形態
 2-1 セラミックス破壊の原因
 2-2 基本的な破壊形態
 2-3 接触破壊形態
 2-4 熱衝撃破壊形態

3.セラミックス強度信頼性評価の基礎
 3-1 セラミックスの信頼性に対する基本的な考え方
 3-2 強度特性試験方法と強度の取扱い方
 3-3 強度の寸法効果
 3-4 遅れ破壊と疲労強度
 3-5 強度特性に及ぼす負荷速度・温度・試験方法・加工の影響

4.おわりに

【質疑応答】
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【13:50~15:20】

3.構造用セラミックスの自己き裂治癒

横浜国立大学 大学院工学研究院 教授 博士(工学) 高橋 宏治 氏

 
【講座概要】

セラミックスにき裂治癒能力を発現させることで,加工コストの低減や信頼性の向上ができます。
本講座ではこれまでに実施したき裂治癒材の開発や評価に関する研究の詳細を紹介いたします。


1.セラミックスの強度回復のメカニズム
 1-1 既往の研究
 1-2 き裂治癒のその場観察

2.セラミックスのき裂治癒挙動と治癒材の強度特性
 2-1 き裂治癒挙動に及ぼす影響因子
 2-2 き裂治癒材の高温強度と疲労強度特性
 2-3 機械加工材のき裂治癒挙動

3.セラミックスの稼働中のき裂治癒挙動
 3-1 応力下のき裂治癒挙動と治癒材の強度特性
 3-2 き裂治癒可能な限界応力

4.ショットピーニングとき裂治癒の併用効果
 4-1 ショットピーニングによるセラミックスの強靭化
 4-2 き裂治癒可能な限界応力の拡大
 4-3 転動疲労強度の向上

5.まとめ


【質疑応答】
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【15:30~17:00】

4.セラミックスの強度分布のばらつき解析手法

横浜国立大学 大学院工学研究院 システムの創生部門 准教授 博士(工学)、博士(農学) 尾崎 伸吾 氏
 
【講座概要】

提案解析手法は、バルク材としてのセラミックスの強度のばらつきを微視組織情報と関連付けて評価できる。そのため、製品としての要求パフォーマンスを満足するための微視組織条件について、バックキャスティング型の材料設計を可能とする。


1.これまで採用されてきたセラミックスの強度評価手法
 1-1 ワイブル分布に基づく統計的な手法

2.有限要素解析手法の提案
 2-1 微視組織情報に基づいたセラミックス強度のばらつきの予測
 2-2 具体的な手順
  2-2-1 画像観察等で得られた微視構造の情報の各種確率密度関数での表現
  2-2-2 破壊力学モデルを介した連続体損傷モデルのパラメータへの反映
  2-2-3 同ロットを想定した複数の解析対象における微視構造の確率的な分布の再現
  2-2-4 解析対象ごとに異なる破壊強度の評価
  2-2-5 有限要素解析結果からのワイブル分布の直接作成
 2-3 セラミックス強度のサイズ依存性の影響の検討

【質疑応答】