JP2521626B2 - 脆性材料の破壊靭性値測定方法 - Google Patents
脆性材料の破壊靭性値測定方法Info
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- JP2521626B2 JP2521626B2 JP5015944A JP1594493A JP2521626B2 JP 2521626 B2 JP2521626 B2 JP 2521626B2 JP 5015944 A JP5015944 A JP 5015944A JP 1594493 A JP1594493 A JP 1594493A JP 2521626 B2 JP2521626 B2 JP 2521626B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス等構造用
脆性材料の破壊靭性値の測定方法に関する。
脆性材料の破壊靭性値の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、主として、日本工業規格「ファ
インセラミックスの破壊靭性試験方法」ＪＩＳ−Ｒ１６
０７−１９９０に規定されている方法等で破壊靭性値Ｋ
１Ｃを求めている。
インセラミックスの破壊靭性試験方法」ＪＩＳ−Ｒ１６
０７−１９９０に規定されている方法等で破壊靭性値Ｋ
１Ｃを求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法で破壊靭性値を求める場合、次のような問題があっ
た。予亀裂の発生起点にビッカース圧こん、（又はヌー
プ圧こん）又は切り欠きを導入し、特別の予亀裂導入ジ
グを用いて予亀裂を発生させる必要があった。又、精密
に加工した特別の試験片が必要であった。又、フィルム
状の材料あるいは、各種機械のセラミック部材、例えば
小型のターボファン、及びその軸受けなどの供試体か
ら、ＪＩＳ−Ｒ１６０７−１９９０に規定されている試
験片を採取することは事実上不可能であった。そのため
に、破壊靭性値の測定が出来ない不具合があった。本発
明は、上記の不具合に鑑みてなされたもので、比較的小
さな不定形な試験片の採取により、破壊靭性値を測定で
きる測定法を提供することを目的とする。
方法で破壊靭性値を求める場合、次のような問題があっ
た。予亀裂の発生起点にビッカース圧こん、（又はヌー
プ圧こん）又は切り欠きを導入し、特別の予亀裂導入ジ
グを用いて予亀裂を発生させる必要があった。又、精密
に加工した特別の試験片が必要であった。又、フィルム
状の材料あるいは、各種機械のセラミック部材、例えば
小型のターボファン、及びその軸受けなどの供試体か
ら、ＪＩＳ−Ｒ１６０７−１９９０に規定されている試
験片を採取することは事実上不可能であった。そのため
に、破壊靭性値の測定が出来ない不具合があった。本発
明は、上記の不具合に鑑みてなされたもので、比較的小
さな不定形な試験片の採取により、破壊靭性値を測定で
きる測定法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
部材の破壊靭性値を測定するため、被供試体から、例え
ば板厚約３ｍｍの１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の不定形の試
験片を通常１〜２個採取し、外周縁に簡単な切り欠きを
施し、切り欠き先端近傍を局部的に加熱して予亀裂を発
生進展させる第１工程と、試験片の温度分布が均一にな
った後で、再び予亀裂先端近傍を出力及び照射面積が既
知のレーザー等により局部的に加熱し、加熱開始から亀
裂進展開始までの時間をたとえばレーザー照射開始時刻
と試験片に取り付けたアコースティックエミッションセ
ンサー等からの亀裂進展開始信号を受信した時刻とから
計測する第２工程と、供試体から試験片を採取し比熱、
熱伝導率、ヤング率、密度、レーザー吸収率を公知の方
法で測定した測定値と第２工程より求めた亀裂進展開始
までに必要とした加熱熱量及び加熱時間を換算式に代入
する第３工程とからなることを特徴とする破壊靭性値測
定方法である。
部材の破壊靭性値を測定するため、被供試体から、例え
ば板厚約３ｍｍの１０ｍｍ×１０ｍｍ程度の不定形の試
験片を通常１〜２個採取し、外周縁に簡単な切り欠きを
施し、切り欠き先端近傍を局部的に加熱して予亀裂を発
生進展させる第１工程と、試験片の温度分布が均一にな
った後で、再び予亀裂先端近傍を出力及び照射面積が既
知のレーザー等により局部的に加熱し、加熱開始から亀
裂進展開始までの時間をたとえばレーザー照射開始時刻
と試験片に取り付けたアコースティックエミッションセ
ンサー等からの亀裂進展開始信号を受信した時刻とから
計測する第２工程と、供試体から試験片を採取し比熱、
熱伝導率、ヤング率、密度、レーザー吸収率を公知の方
法で測定した測定値と第２工程より求めた亀裂進展開始
までに必要とした加熱熱量及び加熱時間を換算式に代入
する第３工程とからなることを特徴とする破壊靭性値測
定方法である。
【０００５】
【作用】本発明は、前述の構成により、次のように作用
する。予め、既知の方法で試験片の板厚、外形寸法等の
形状及び比熱、熱伝導率、密度、ヤング率、レーザー吸
収率等の材料物性値を求める。又、予め亀裂の先端付近
を局部的に加熱した時の熱応力拡大係数と加熱熱量の相
関曲線を求める。次に、試験片に切り欠きを導入しその
先端付近を例えばレーザー等により局部的に加熱し適当
な長さに亀裂を進展させ予亀裂とする。次に、予亀裂先
端近傍にレーザーを照射し、加熱を開始し、亀裂が進展
を開始するまでの時間を実験により計測し、その時のレ
ーザーの出力とレーザー照射面積、及びレーザー照射時
間等から試験片の加熱熱量を求める。この加熱熱量をも
とに先の相関曲線から熱応力拡大係数を求め、この値を
材料の破壊靭性値とみなすことにより破壊靭性値を求め
る。
する。予め、既知の方法で試験片の板厚、外形寸法等の
形状及び比熱、熱伝導率、密度、ヤング率、レーザー吸
収率等の材料物性値を求める。又、予め亀裂の先端付近
を局部的に加熱した時の熱応力拡大係数と加熱熱量の相
関曲線を求める。次に、試験片に切り欠きを導入しその
先端付近を例えばレーザー等により局部的に加熱し適当
な長さに亀裂を進展させ予亀裂とする。次に、予亀裂先
端近傍にレーザーを照射し、加熱を開始し、亀裂が進展
を開始するまでの時間を実験により計測し、その時のレ
ーザーの出力とレーザー照射面積、及びレーザー照射時
間等から試験片の加熱熱量を求める。この加熱熱量をも
とに先の相関曲線から熱応力拡大係数を求め、この値を
材料の破壊靭性値とみなすことにより破壊靭性値を求め
る。
【０００６】
【実施例】亀裂進展開始時間の測定には、公称板厚２、
４、８ｍｍの板ガラスを５０ｍｍ×１００ｍｍに切断し
たものを試験片として用いた。その試験片には長手方向
の中央の切り欠きから辺に直角にレーザーにより亀裂を
１０ｍｍ進展させておいた。又、試験材のガラスの熱物
性、即ち熱拡散率、比熱、密度、線膨張係数、縦弾性係
数をそれぞれ０．６８×１０−６ｍ２／ｓ、１．０６×
１０３Ｊ／ｋｇＫ、２．４９×１０３ｋｇ／ｍ３、７．
７１×１０−６ｌ／ｋ、３４．６ＧＰａと求めておい
た。又、破壊靭性値は比較のために三点曲げ試験によ
り、０．２５〜０．２８ＭＰａｍ１／２と求めておい
た。従って、Ｋ１Ｃ／Ｅの値は、０．７〜０．８×１０
−５ｍ１／２である。実験では、加熱部分の半径Ｒ、つ
まりレーザービームの照射半径Ｒと、亀裂先端と照射中
心との距離Ｄの比であるＲ／Ｄを０．５と一定に保ち、
Ｄを４〜１５ｍｍ、レーザー出力を３〜１０Ｗに変化さ
せて加熱し、亀裂が進展を開始するまでの時間を計測し
た。レーザーの出力モードは、通常のＴＥＭ００モード
ではガウス型分布に近くなるので、加熱エネルギーが面
内で一様分布しているという熱伝導解折の仮定に近づけ
るため、共振器のミラーを変更してＴＥＭ０１モードを
用いた。炭酸ガスレーザーのガラス表面からの反射熱量
をレーザーパワーメータを用いて測定したところ、照射
レーザー出力の８．５％であったので、残りの９１．５
％がガラスに吸収されたと考え、これを加熱量とした。
ここで、レーザー等の局部加熱により亀裂先端付近を加
熱した場合の熱応力拡大係数の換算式を例えば（１）式
のように求めておく。 上記（１）式中において、α、Ｅ、ａ、ｃ、ρが材料の
物性値であり、（πＲ２ｑ０）が第二工程における局部
加熱部分における加熱量であり、（ｔ）が第二工程で得
られた加熱開始から亀裂進展開始までの時間であり、こ
れ以外の積分を含む式が亀裂先端と加熱中心との位置関
係から得られる亀裂領域関係値を求める式である。ここ
で、α、Ｅ、ａ、ｃ、ρはそれぞれ材料の熱物性、即ち
線膨張率、縦弾性係数、熱拡散率、比熱、密度であり、
熱源は半径Ｒにエネルギー密度つまり試験片の単位厚さ
当たりで且つ単位面積当たりの加熱熱量ｑ０で均等に分
布していると仮定している。Ｄは亀裂先端から熱源中心
までの距離、Ｓは亀裂先端からの亀裂上の任意の点まで
の距離を表す変数、ξはＳ／Ｄ、Ｌは（Ｓ＋Ｄ）、ｒは
亀裂上の任意の点から熱源半径内の任意の点までの距離
を表す変数、ｒ１はＬｃｏｓθ−（Ｒ２−Ｌ２ｓｉｎ
θ）１／２、ｒ２はＬｃｏｓθ＋（Ｒ２−Ｌ２ｓｉｎ
θ）１／２、（θ１−θ０）はｓｉｎ−１（−Ｒ／
Ｌ）、（θ２−θ０）はｓｉｎ−１（Ｒ／Ｌ）、θ０は
ｔａｎ−１（Ｄｓｉｎφ／（Ｓ＋Ｄｃｏｓφ））、又φ
はＬ＝（（Ｓ＋Ｄｃｏｓφ）２＋（Ｄｓｉｎφ）２）
１／２の関係にあり、ｔは加熱時間、ｚはｒ２／４ａ
ｔ、Ｅ１（ｚ）は次の積分指数関数である。 ここで、〔〕につけたｒ＝ｒ１、ｒ＝ｒ２は、〔〕内の
値の、ｒ＝ｒ１からｒ＝ｒ２の増分を表す。この換算式
の、エネルギー密度つまり試験片の単位厚さ当たりで且
つ単位面積当たりの加熱熱量ｑ０と亀裂進展開始までの
時間ｔが先の実験により与えられるので、亀裂進展開始
時の熱応力拡大係数が得られる。この応力拡大係数を材
料の破壊靭性値Ｋ１Ｃと見なすことによって破壊靭性値
が得られる。加熱量にレーザー加熱熱量を板厚ｂで除し
た値を用いて、板厚平均レーザー加熱熱量と応力拡大係
数を縦弾性係数Ｅで除した値Ｋ１Ｃ／Ｅで整理すると、
図２，図３，図４のようになる。板厚１．７５ｍｍの場
合は三点曲げ試験で求めたＫ１Ｃ／Ｅ値に近いことが分
かる。ところで、この実験では炭酸ガスレーザーのエネ
ルギーは、ガラス表面近くでほとんど吸収されるので、
板厚が厚くなるに従い、（１）式を導出するときに用い
た板厚方向の温度変化がないと言う仮定が成立しなくな
って、Ｋ１Ｃ／Ｅ値が小さめに測定される。従って、
（１）式の換算式を用いて破壊靭性値を測定する場合は
板厚が比較的薄い場合に適している。また、亀裂先端か
ら加熱中心までの距離ＤによるＫ１Ｃ／Ｅ値の違いはあ
まり現れておらず、破壊靭性値を測定する場合に、加熱
位置を精密にコントロールする必要がないので、計測に
便利である。
４、８ｍｍの板ガラスを５０ｍｍ×１００ｍｍに切断し
たものを試験片として用いた。その試験片には長手方向
の中央の切り欠きから辺に直角にレーザーにより亀裂を
１０ｍｍ進展させておいた。又、試験材のガラスの熱物
性、即ち熱拡散率、比熱、密度、線膨張係数、縦弾性係
数をそれぞれ０．６８×１０−６ｍ２／ｓ、１．０６×
１０３Ｊ／ｋｇＫ、２．４９×１０３ｋｇ／ｍ３、７．
７１×１０−６ｌ／ｋ、３４．６ＧＰａと求めておい
た。又、破壊靭性値は比較のために三点曲げ試験によ
り、０．２５〜０．２８ＭＰａｍ１／２と求めておい
た。従って、Ｋ１Ｃ／Ｅの値は、０．７〜０．８×１０
−５ｍ１／２である。実験では、加熱部分の半径Ｒ、つ
まりレーザービームの照射半径Ｒと、亀裂先端と照射中
心との距離Ｄの比であるＲ／Ｄを０．５と一定に保ち、
Ｄを４〜１５ｍｍ、レーザー出力を３〜１０Ｗに変化さ
せて加熱し、亀裂が進展を開始するまでの時間を計測し
た。レーザーの出力モードは、通常のＴＥＭ００モード
ではガウス型分布に近くなるので、加熱エネルギーが面
内で一様分布しているという熱伝導解折の仮定に近づけ
るため、共振器のミラーを変更してＴＥＭ０１モードを
用いた。炭酸ガスレーザーのガラス表面からの反射熱量
をレーザーパワーメータを用いて測定したところ、照射
レーザー出力の８．５％であったので、残りの９１．５
％がガラスに吸収されたと考え、これを加熱量とした。
ここで、レーザー等の局部加熱により亀裂先端付近を加
熱した場合の熱応力拡大係数の換算式を例えば（１）式
のように求めておく。 上記（１）式中において、α、Ｅ、ａ、ｃ、ρが材料の
物性値であり、（πＲ２ｑ０）が第二工程における局部
加熱部分における加熱量であり、（ｔ）が第二工程で得
られた加熱開始から亀裂進展開始までの時間であり、こ
れ以外の積分を含む式が亀裂先端と加熱中心との位置関
係から得られる亀裂領域関係値を求める式である。ここ
で、α、Ｅ、ａ、ｃ、ρはそれぞれ材料の熱物性、即ち
線膨張率、縦弾性係数、熱拡散率、比熱、密度であり、
熱源は半径Ｒにエネルギー密度つまり試験片の単位厚さ
当たりで且つ単位面積当たりの加熱熱量ｑ０で均等に分
布していると仮定している。Ｄは亀裂先端から熱源中心
までの距離、Ｓは亀裂先端からの亀裂上の任意の点まで
の距離を表す変数、ξはＳ／Ｄ、Ｌは（Ｓ＋Ｄ）、ｒは
亀裂上の任意の点から熱源半径内の任意の点までの距離
を表す変数、ｒ１はＬｃｏｓθ−（Ｒ２−Ｌ２ｓｉｎ
θ）１／２、ｒ２はＬｃｏｓθ＋（Ｒ２−Ｌ２ｓｉｎ
θ）１／２、（θ１−θ０）はｓｉｎ−１（−Ｒ／
Ｌ）、（θ２−θ０）はｓｉｎ−１（Ｒ／Ｌ）、θ０は
ｔａｎ−１（Ｄｓｉｎφ／（Ｓ＋Ｄｃｏｓφ））、又φ
はＬ＝（（Ｓ＋Ｄｃｏｓφ）２＋（Ｄｓｉｎφ）２）
１／２の関係にあり、ｔは加熱時間、ｚはｒ２／４ａ
ｔ、Ｅ１（ｚ）は次の積分指数関数である。 ここで、〔〕につけたｒ＝ｒ１、ｒ＝ｒ２は、〔〕内の
値の、ｒ＝ｒ１からｒ＝ｒ２の増分を表す。この換算式
の、エネルギー密度つまり試験片の単位厚さ当たりで且
つ単位面積当たりの加熱熱量ｑ０と亀裂進展開始までの
時間ｔが先の実験により与えられるので、亀裂進展開始
時の熱応力拡大係数が得られる。この応力拡大係数を材
料の破壊靭性値Ｋ１Ｃと見なすことによって破壊靭性値
が得られる。加熱量にレーザー加熱熱量を板厚ｂで除し
た値を用いて、板厚平均レーザー加熱熱量と応力拡大係
数を縦弾性係数Ｅで除した値Ｋ１Ｃ／Ｅで整理すると、
図２，図３，図４のようになる。板厚１．７５ｍｍの場
合は三点曲げ試験で求めたＫ１Ｃ／Ｅ値に近いことが分
かる。ところで、この実験では炭酸ガスレーザーのエネ
ルギーは、ガラス表面近くでほとんど吸収されるので、
板厚が厚くなるに従い、（１）式を導出するときに用い
た板厚方向の温度変化がないと言う仮定が成立しなくな
って、Ｋ１Ｃ／Ｅ値が小さめに測定される。従って、
（１）式の換算式を用いて破壊靭性値を測定する場合は
板厚が比較的薄い場合に適している。また、亀裂先端か
ら加熱中心までの距離ＤによるＫ１Ｃ／Ｅ値の違いはあ
まり現れておらず、破壊靭性値を測定する場合に、加熱
位置を精密にコントロールする必要がないので、計測に
便利である。
【０００７】図１の実施例の装置は、加熱開始から亀裂
進展開始までの時間を測定する第２工程に使用される。
図１において、破壊靭性値測定装置１は、脆性材料ａを
保持して移動する移動台２、脆性材料ａを局部的に加熱
する加熱装置３、脆性材料ａの亀裂時に発するＡＥ（ア
コースティック・エミッション）を計測するＡＥセンサ
ー４、移動台２及び加熱装置３を制御し且つ亀裂進展開
始時間を測定する亀裂進展関始時間測定装置５などから
主に構成されている。破壊靭性値測定装置１は、脆性材
料ａの亀裂始点を切り欠き加工し、その近傍を加熱装置
３によって局部的に加熱し、その熱応力によって加工始
点からの亀裂を生じさせる装置で、亀裂進展開始までの
時間を測定するのに使用される。なお、この破壊靭性値
測定装置１は、脆性材料ａを保持している移動台２を移
動させることによって相対的に脆性材料ａの局部的な加
熱箇所を順次亀裂加工線に沿って移動し、その加熱箇所
の移動によって亀裂を連続して進展させて脆性材料ａを
所定の亀裂加工線に沿って亀裂させることができる。移
動台２は２次元方向例えばＸ軸−Ｙ軸の水平方向の平面
内で自在に移動できるようになっている。移動台２には
例えばＸ−Ｙテーブルが使用されている。移動台２の上
面には脆性材料ａが載置されるように平坦面となってお
り、この移動台２の上面に脆性材料ａが載置され、図示
しない固定器具で移動台２上に一体的に固定保持され、
移動台２の移動と一体になって移動するようになってい
る。この移動台２の移動は亀裂進展開始時間測定装置５
からの情報によってコントロールされた移動台制御回路
２ａによって制御される。加熱装置３は脆性材料ａを局
部的に加熱するための装置であり、例えばレーザが使用
されている。レーザが使用される加熱装置３にあって
は、レーザ発信器３ａ、レーザ発信器３ａに電源を供給
する電源回路３ｂ、電源回路３ｂの出力を調整する出力
コントローラ装置３ｃ、レーザ発信器３ａから出力され
たレーザ光線を反射するミラー３ｄ、ミラー３ｄで反射
されたレーザ光線を集光して脆性材料ａにあてて局部的
に加熱するレンズ３ｅ、及びレンズ３ｅを移動ｓさせて
脆性材料ａに対して近付けたり遠ざけたりするミラー駆
動モータ３ｆなどから、加熱装置３は構成されている。
この加熱装置３も亀裂進展開始時間測定装置５によって
制御される。ところで、加熱装置３の脆性材料ａを加熱
する強さは、出力コントローラ装置３ｃとミラー駆動モ
ータ３ｆによるレンズ３ｅの移動ｓによって調整され
る。例えば、脆性材料ａの厚さが厚くなるほど局部加熱
部分も広くかつ必要熱量も多く必要となるが、このよう
な場合にはレンズ３ｅを脆性材料ａ側に近付けてレーザ
光線の照射範囲を拡げ、又出力コントローラ装置３ｃに
よってレーザ発信器３ａから発射されるレーザ光線の出
力を高める。なお、レーザ発信器３ａは電源には商用電
源が使用され、このため、電源回路３ｂは商用電源に接
続されている。ＡＥセンサー４は脆性材料ａの亀裂が進
展する瞬間又は進展している間に発するＡＥ（アコース
ティック・エミッション）を計測する機器である。前述
したように、ＡＥは固体材料内部の微小な破壊あるいは
それと同様なエネルギー解放過程によって発生する弾性
波動現象を意味するものである。ＡＥセンサー４は一般
に可聴音でなく音として聞くことのできない微弱なＡＥ
信号を検出することができる機器である。ＡＥセンサー
４は移動台２上に保持された脆性材料ａの表面に配置さ
れて、脆性材料ａの亀裂が進展する瞬間又は進展してい
る間に発する弾性波であるＡＥの振動を検出するもので
ある。ＡＥセンサー４で検出測定されたＡＥ信号はアン
プ４ａで増幅され、ディスクリミネータ４ｂに送られ
る。ディスクリミネータ４ｂはＡＥセンサー４で検出測
定されたＡＥ信号を必要な情報に分けるフィルターの機
能を有する。発信頻度計数装置４ｃ、振幅分布計測装置
４ｄ及び相対エネルギー計測装置４ｅは、ディスクリミ
ネータ４ｂでより分けられた各情報を各々計測する装置
である。これらの装置で計測された情報はアナグロ情報
からデジタル情報に変換されて亀裂進展開始時間測定装
置５に送られる。なお、４ｆはブザーである。亀裂進展
開始時間測定装置５は移動台２の移動速度と加熱装置３
の熱量及び加熱時間を制御し、又亀裂進展開始時間を測
定するものである。亀裂進展開始時間測定装置５には初
期情報として、移動台２の移動経路、加熱装置３のレー
ザ発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの初期の停止加
熱時間、及び移動台２の移動速度が入力されている。ま
た、亀裂進展開始時間測定装置５にはＡＥセンサー４で
検出測定されたＡＥ信号の情報が逐次入力される。そし
て、亀裂進展開始時間測定装置５では、ＡＥセンサー４
で検出測定された情報に基づいて、初期入力情報の加熱
装置３のレーザ発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの
初期の停止加熱時間、及び移動台２の移動速度とを比較
して、修正の必要がある場合にはこれらの初期情報の修
正を計るようになっている。亀裂進展開始時間測定装置
５には例えばマイクロコンピュータが使用されている。
なお、加熱開始から亀裂進展開始までの時間を測定する
装置としては上記の装置に限定されるものではなく、加
熱開始から亀裂進展開始までの時間を測定できるもので
あれば、どのような装置でもよく、例えば、透明材料の
ように亀裂の発生進展等が見えるものの場合にはテレビ
カメラやＶＴＲなどを用いてもよい。
進展開始までの時間を測定する第２工程に使用される。
図１において、破壊靭性値測定装置１は、脆性材料ａを
保持して移動する移動台２、脆性材料ａを局部的に加熱
する加熱装置３、脆性材料ａの亀裂時に発するＡＥ（ア
コースティック・エミッション）を計測するＡＥセンサ
ー４、移動台２及び加熱装置３を制御し且つ亀裂進展開
始時間を測定する亀裂進展関始時間測定装置５などから
主に構成されている。破壊靭性値測定装置１は、脆性材
料ａの亀裂始点を切り欠き加工し、その近傍を加熱装置
３によって局部的に加熱し、その熱応力によって加工始
点からの亀裂を生じさせる装置で、亀裂進展開始までの
時間を測定するのに使用される。なお、この破壊靭性値
測定装置１は、脆性材料ａを保持している移動台２を移
動させることによって相対的に脆性材料ａの局部的な加
熱箇所を順次亀裂加工線に沿って移動し、その加熱箇所
の移動によって亀裂を連続して進展させて脆性材料ａを
所定の亀裂加工線に沿って亀裂させることができる。移
動台２は２次元方向例えばＸ軸−Ｙ軸の水平方向の平面
内で自在に移動できるようになっている。移動台２には
例えばＸ−Ｙテーブルが使用されている。移動台２の上
面には脆性材料ａが載置されるように平坦面となってお
り、この移動台２の上面に脆性材料ａが載置され、図示
しない固定器具で移動台２上に一体的に固定保持され、
移動台２の移動と一体になって移動するようになってい
る。この移動台２の移動は亀裂進展開始時間測定装置５
からの情報によってコントロールされた移動台制御回路
２ａによって制御される。加熱装置３は脆性材料ａを局
部的に加熱するための装置であり、例えばレーザが使用
されている。レーザが使用される加熱装置３にあって
は、レーザ発信器３ａ、レーザ発信器３ａに電源を供給
する電源回路３ｂ、電源回路３ｂの出力を調整する出力
コントローラ装置３ｃ、レーザ発信器３ａから出力され
たレーザ光線を反射するミラー３ｄ、ミラー３ｄで反射
されたレーザ光線を集光して脆性材料ａにあてて局部的
に加熱するレンズ３ｅ、及びレンズ３ｅを移動ｓさせて
脆性材料ａに対して近付けたり遠ざけたりするミラー駆
動モータ３ｆなどから、加熱装置３は構成されている。
この加熱装置３も亀裂進展開始時間測定装置５によって
制御される。ところで、加熱装置３の脆性材料ａを加熱
する強さは、出力コントローラ装置３ｃとミラー駆動モ
ータ３ｆによるレンズ３ｅの移動ｓによって調整され
る。例えば、脆性材料ａの厚さが厚くなるほど局部加熱
部分も広くかつ必要熱量も多く必要となるが、このよう
な場合にはレンズ３ｅを脆性材料ａ側に近付けてレーザ
光線の照射範囲を拡げ、又出力コントローラ装置３ｃに
よってレーザ発信器３ａから発射されるレーザ光線の出
力を高める。なお、レーザ発信器３ａは電源には商用電
源が使用され、このため、電源回路３ｂは商用電源に接
続されている。ＡＥセンサー４は脆性材料ａの亀裂が進
展する瞬間又は進展している間に発するＡＥ（アコース
ティック・エミッション）を計測する機器である。前述
したように、ＡＥは固体材料内部の微小な破壊あるいは
それと同様なエネルギー解放過程によって発生する弾性
波動現象を意味するものである。ＡＥセンサー４は一般
に可聴音でなく音として聞くことのできない微弱なＡＥ
信号を検出することができる機器である。ＡＥセンサー
４は移動台２上に保持された脆性材料ａの表面に配置さ
れて、脆性材料ａの亀裂が進展する瞬間又は進展してい
る間に発する弾性波であるＡＥの振動を検出するもので
ある。ＡＥセンサー４で検出測定されたＡＥ信号はアン
プ４ａで増幅され、ディスクリミネータ４ｂに送られ
る。ディスクリミネータ４ｂはＡＥセンサー４で検出測
定されたＡＥ信号を必要な情報に分けるフィルターの機
能を有する。発信頻度計数装置４ｃ、振幅分布計測装置
４ｄ及び相対エネルギー計測装置４ｅは、ディスクリミ
ネータ４ｂでより分けられた各情報を各々計測する装置
である。これらの装置で計測された情報はアナグロ情報
からデジタル情報に変換されて亀裂進展開始時間測定装
置５に送られる。なお、４ｆはブザーである。亀裂進展
開始時間測定装置５は移動台２の移動速度と加熱装置３
の熱量及び加熱時間を制御し、又亀裂進展開始時間を測
定するものである。亀裂進展開始時間測定装置５には初
期情報として、移動台２の移動経路、加熱装置３のレー
ザ発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの初期の停止加
熱時間、及び移動台２の移動速度が入力されている。ま
た、亀裂進展開始時間測定装置５にはＡＥセンサー４で
検出測定されたＡＥ信号の情報が逐次入力される。そし
て、亀裂進展開始時間測定装置５では、ＡＥセンサー４
で検出測定された情報に基づいて、初期入力情報の加熱
装置３のレーザ発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの
初期の停止加熱時間、及び移動台２の移動速度とを比較
して、修正の必要がある場合にはこれらの初期情報の修
正を計るようになっている。亀裂進展開始時間測定装置
５には例えばマイクロコンピュータが使用されている。
なお、加熱開始から亀裂進展開始までの時間を測定する
装置としては上記の装置に限定されるものではなく、加
熱開始から亀裂進展開始までの時間を測定できるもので
あれば、どのような装置でもよく、例えば、透明材料の
ように亀裂の発生進展等が見えるものの場合にはテレビ
カメラやＶＴＲなどを用いてもよい。
【０００８】
【発明の効果】本発明は、規格に定められた試験片が切
り出せないような比較的少量の試験片により、セラミッ
クス等の硬脆材料の破壊靭性値を測定でき産業の発展に
寄与する。
り出せないような比較的少量の試験片により、セラミッ
クス等の硬脆材料の破壊靭性値を測定でき産業の発展に
寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示し、試験片、切り欠き、
予亀裂、レーザー装置、アコースティックエミッション
センサー、亀裂進展開始時間計測装置の構成を示す。
予亀裂、レーザー装置、アコースティックエミッション
センサー、亀裂進展開始時間計測装置の構成を示す。
【図２】板厚１．７５ｍｍのガラスの破壊靭性値測定
例。
例。
【図３】板厚３．９０ｍｍのガラスの破壊靭性値測定
例。
例。
【図４】板厚７．６５ｍｍのガラスの破壊靭性値測定
例。
例。
１ 破壊靭性値測定装置 ２ 移動台 ２ａ 移動台制御回路 ３ 加熱装置 ３ａ レーザー発信器 ３ｂ 電源回路 ３ｃ 出力コントローラ装置 ３ｄ ミラー ３ｅ レンズ ３ｆ ミラー駆動モータ ４ ＡＥセンサー ４ａ アンプ ４ｂ ディスクリミネータ ４ｃ 発信頻度係数装置 ４ｄ 振幅分布計測装置 ４ｅ 相対エネルギー計測装置 ４ｆ ブサー ５ 亀裂進展開始時間測定装置 ａ 脆性材料
Claims (1)
- 【請求項１】 不定形の板状の試験片の外周縁にある切
欠きから切欠き先端近傍を局部的に加熱して亀裂を発生
進展させる第一工程と、 局部的加熱後の試験片全体の温度分布が均一になった後
に亀裂の先端近傍をレーザー等の加熱源を用いて局部的
に再度加熱し、加熱開始から亀裂進展開始までの時間を
測定する第二工程と、 材料の線膨張率、縦弾性係数、熱拡散率、比熱及び密度
から得られる材料の物性値と、第二工程における局部加
熱部分における加熱量と、第二工程で得られた加熱開始
から亀裂進展開始までの時間と、亀裂先端と加熱中心と
の位置関係から得られる亀裂領域関係値と、に基づいて
脆性材料の破壊靭性値を測定する第三工程とからなる脆
性材料の破壊靭性値測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5015944A JP2521626B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 脆性材料の破壊靭性値測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5015944A JP2521626B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 脆性材料の破壊靭性値測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201551A JPH06201551A (ja) | 1994-07-19 |
| JP2521626B2 true JP2521626B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=11902879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5015944A Expired - Lifetime JP2521626B2 (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | 脆性材料の破壊靭性値測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521626B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3518657B2 (ja) * | 1997-10-31 | 2004-04-12 | セントラル硝子株式会社 | 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 |
| CN103743628B (zh) * | 2014-01-21 | 2016-01-20 | 天津工业大学 | 一种测量塑料低温韧性的热分析方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52110686A (en) * | 1976-03-15 | 1977-09-16 | Showa Denko Kk | Method of determining breaking toughness for thermal shock |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP5015944A patent/JP2521626B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06201551A (ja) | 1994-07-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19951003 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960213 |