JP2720463B2 - Jig for testing high-temperature bending strength of ceramics - Google Patents

Jig for testing high-temperature bending strength of ceramics

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JP2720463B2
JP2720463B2 JP63180758A JP18075888A JP2720463B2 JP 2720463 B2 JP2720463 B2 JP 2720463B2 JP 63180758 A JP63180758 A JP 63180758A JP 18075888 A JP18075888 A JP 18075888A JP 2720463 B2 JP2720463 B2 JP 2720463B2
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、セラミックスの高温曲げ強さ試験用に用い
られる治具に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a jig used for a high-temperature bending strength test of ceramics.

(従来の技術) 近年、高温用セラミックス構造材料の研究開発が活発
に行なわれるようになって、高温における材料の機械的
特性を評価する必要性が高まってきている。
(Prior Art) In recent years, research and development of ceramic materials for high temperatures have been actively conducted, and the necessity of evaluating the mechanical properties of materials at high temperatures has increased.

このような要求に応じ、高温における強度試験用の治
具も開発され、例えば炭化ケイ素セラミックス製のもの
が現在使用されており、またムライトセラミックス製の
治具も提案され(特開昭62−291539号公報)、大気中14
00℃以上における試験も可能となっている。またこのよ
うな高温における材料の機械的特性の評価が可能となっ
たことに伴ない、1987年にJIS R 1604「ファインセラミ
ックスの高温曲げ強さ試験方法」が制定されている。
In response to such requirements, jigs for strength tests at high temperatures have also been developed. For example, jigs made of silicon carbide ceramics are currently used, and jigs made of mullite ceramics have also been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-291539). No. 14), atmospheric 14
Testing at 00 ° C or higher is also possible. Along with the possibility of evaluating the mechanical properties of materials at such high temperatures, JIS R 1604 "Test Method for High Temperature Flexural Strength of Fine Ceramics" was enacted in 1987.

JIS R 1604に定められている試験は、細長い板状の試
験片を一定距離に配置された2支点上に渡って単純支持
はりの状態となるように置き、3点曲げ強さ試験ではそ
の支点間の中央の1点に荷重を加えて行ない、折れた時
の最大曲げ応力を算出し、4点曲げ強さでは上記2支点
間の中央から左右に等しい距離にある2点に分けて荷重
を加えて行ない、折れた時の最大曲げ応力を算出する。
In the test specified in JIS R 1604, an elongated plate-like test piece is placed on a fulcrum placed at a fixed distance in a state of a simple support beam, and the fulcrum is used in a three-point bending strength test. A load is applied to one point at the center between the two points to calculate the maximum bending stress at the time of breaking. For the four-point bending strength, the load is divided into two points at the same distance to the left and right from the center between the two fulcrums. In addition, the maximum bending stress at the time of breaking is calculated.

ところでこのような機械的特性に優れたセラミックス
材料の実際的な応用への検討、例えばガスタービンエン
ジン等への適用の実現化のためには、試験データとして
必要な材料強度などの特性値の信頼性に対する要求は一
層厳しくなってきており、かかる要求を満たすために
は、例えば試験片を上記JIS R 1604に規定された寸法
(幅4.0±0.1mm,厚さ3.0±0.1mm,長さ36mm以上;注.通
常使用されるのは約40mmである)よりも大きくして試験
を行なうことが考えられ、実際の試験現場においては現
にそのような大きな試験片を対象とした試験が試みられ
ている。
By the way, in order to study the practical application of such ceramic materials with excellent mechanical properties, for example, to realize the application to gas turbine engines, etc., the reliability of characteristic values such as material strength required as test data must be considered. In order to satisfy such requirements, for example, a test piece must be dimensioned as specified in JIS R 1604 (width 4.0 ± 0.1 mm, thickness 3.0 ± 0.1 mm, length 36 mm or more). Note: It is conceivable that the test is performed with a size larger than about 40 mm that is usually used. At the actual test site, a test for such a large test piece is actually being attempted. .

このような大きな試験片による試験を行なう場合は、
使用する治具も当然ながら試験に供し得る大きなものを
使用する必要があり、通常、常温における同種の試験用
として知られる構造を類推適用している。このような試
験治具を具体的に説明すれば、例えば4点曲げ強さ試験
用の治具は第3図で説明される。これは、試験片50を嵌
挿する長溝を形成するためにこの長溝の両側に沿って立
設された複数の腕42,43,44を上面に有する直方体形状の
基部ブロック41と、この腕に設けた横方向溝に嵌挿して
使用される複数のアンビル45,46と、荷重載下のための
加圧子47,48との組合せとして構成される。従って従来
の治具は、全体としてみれば、直方体形状の基部ブロッ
ク41の上面に、その長尺方向に沿い2列に間欠的な立設
腕42,43,44が設けられた構造のものとなっている。この
治具は適宜の架台49上に載置して試験に供される。
When testing with such large specimens,
Naturally, it is necessary to use a jig to be used which is large enough to be used for the test. Usually, a structure known for the same type of test at normal temperature is used by analogy. If such a test jig is specifically described, for example, a jig for a four-point bending strength test is described with reference to FIG. This is a rectangular parallelepiped base block 41 having a plurality of arms 42, 43, and 44 erected along both sides of the long groove to form a long groove for inserting the test piece 50, and this arm. It is configured as a combination of a plurality of anvils 45, 46 that are used by being inserted into the provided lateral grooves, and pressurizers 47, 48 for carrying a load. Therefore, the conventional jig has, as a whole, a structure in which two rows of intermittent standing arms 42, 43, 44 are provided on the upper surface of a rectangular parallelepiped base block 41 along the longitudinal direction thereof. Has become. This jig is placed on an appropriate frame 49 and subjected to a test.

(発明が解決しようとする課題) ここで高温曲げ強さ試験の実際の操作をみると、この
操作は、試験時間を短くするという一般的な要請に対応
する目的から、高温加熱炉の加熱・冷却を200〜1500℃/
hrといった高速度で行なうことが多いが、この高温曲げ
強さ試験では、使用する治具の破壊がしばしば起こると
いう問題が指摘されている。これは、上記のように炉を
急熱・急冷すると、その過程において治具内部の温度分
布幅が大きくなり、それによる熱応力が大きくなること
も避けされないから、これが治具の強度よりも大きくな
って破壊を招く原因になるためと考えられる。この問題
は、治具の寸法が大きくなればなる程急熱・急冷過程で
の温度分布の幅は大きくなり、熱応力も大きくなるた
め、一層大きな問題となる。
(Problems to be Solved by the Invention) Here, looking at the actual operation of the high-temperature bending strength test, this operation is performed by heating and heating a high-temperature heating furnace for the purpose of responding to a general request to shorten the test time. Cooling 200 ~ 1500 ℃ /
Although it is often performed at a high speed such as hr, it has been pointed out in this high-temperature bending strength test that the jig used often breaks. This is because when the furnace is rapidly heated and cooled as described above, the temperature distribution width inside the jig increases in the process, and it is inevitable that the thermal stress increases, so this is larger than the strength of the jig. It is thought that this could cause destruction. This problem becomes more serious as the dimension of the jig becomes larger, the width of the temperature distribution in the rapid heating / quenching process increases, and the thermal stress also increases.

言うまでもなくこのような破壊を避けるためには急熱
・急冷のタイムスケジュールを延長すればよいが、治具
内部の温度分布が大きいと治具全体が一定温度となるの
に長時間を要するから、かかる対処では試験時間の延長
化が避けられない。ちなみに、上述した従来形状の高温
曲げ強さ試験治具で大型のものを使用した試験では、こ
の熱応力による破壊のために寿命が極めて短く、試験時
間の長時間化が避けられない問題となっている。
Needless to say, in order to avoid such destruction, the time schedule of rapid heating and rapid cooling may be extended, but if the temperature distribution inside the jig is large, it takes a long time for the entire jig to reach a constant temperature, Such measures inevitably increase the test time. By the way, in the test using the large-sized conventional high-temperature bending strength test jig described above, the life is extremely short due to the destruction due to this thermal stress, and the problem of unavoidable prolonged test time becomes an issue. ing.

本発明の目的は、これらの問題を解決し、構造的に治
具内部での温度分布の幅が小さく、したがって熱応力の
蓄積による破壊に対して抵抗でき、寿命の延長化、試験
時間の短縮化に有効な高温曲げ強さ試験用のセラミック
ス製治具を提供するところにある。
An object of the present invention is to solve these problems, structurally, the width of the temperature distribution inside the jig is small, so that it can resist the destruction due to the accumulation of thermal stress, prolong the life, shorten the test time. It is an object of the present invention to provide a ceramic jig for a high-temperature bending strength test that is effective in forming a ceramic.

(課題を解決するための手段) 而して、かかる目的の実現のためになされた本発明よ
りなるセラミックスの高温曲げ強さ試験用治具の特徴
は、上面上でアンビルを介して試験片を支持しかつ下面
で架台上に接触載置される基部ブロックと、この基部ブ
ロック上面から上方に立設されて、短冊状の試験片を上
方から嵌挿できる細長い溝を形成するように該溝を挟ん
だ両側に位置して設けられた概ね左右対称形の2列の腕
ブロックとを有し、更にこれら立設された2列の腕ブロ
ックに渡って、試験片下面を支持する支点用下部アンビ
ルの嵌挿位置決め用の横方向溝が設けられている、高温
加熱炉でセラミックスの高温曲げ強さ試験を行うための
セラミックス製の治具であって、上記基部ブロックは、
横断面が長方形をなす上部の基部ブロック本体と、該本
体上に載置される試験片の長さ方向に沿って分かれた位
置から該本体下方に延出された下部の脚とを有し、該脚
の上記架台に接する下面を、その総面積を上記基部ブロ
ック本体の横断面の面積に対し2/3以下とし、かつ単位
面積当りの面圧を圧縮強さの1/5以下としたという構成
をなすところにある。
(Means for Solving the Problems) A feature of the jig for testing the high-temperature bending strength of ceramics according to the present invention, which has been made to achieve the above object, is that the test piece is placed on the upper surface via an anvil. A base block that is supported and placed in contact with the base on the lower surface, and the groove is formed so as to stand upward from the upper surface of the base block to form an elongated groove into which a strip-shaped test piece can be inserted from above. A lower symmetrical anvil for supporting a lower surface of a test piece over two vertically symmetrical arm blocks provided on both sides sandwiched between the arm blocks. A jig made of ceramics for performing a high-temperature bending strength test of the ceramics in a high-temperature heating furnace, which is provided with a lateral groove for insertion and positioning of the base block,
An upper base block main body having a rectangular cross section, and lower legs extending downward from the main body from a position separated along a longitudinal direction of a test piece placed on the main body, The lower surface of the leg in contact with the gantry has a total area of 2/3 or less of the cross-sectional area of the base block main body, and a surface pressure per unit area of 1/5 or less of the compressive strength. It is where the composition is made.

本発明の治具を4点曲げ強さ試験に用いるものとして
構成する場合には、上記構成に加えて腕ブロックに荷重
作用点を形成するための上部アンビル嵌挿用の横方向溝
を形成すればよい。
When the jig of the present invention is configured to be used for a four-point bending strength test, in addition to the above configuration, a lateral groove for inserting an upper anvil for forming a load application point on the arm block may be formed. I just need.

上記構成の脚の水平断面が荷重載下時の耐圧縮強さを
満足できるとは、所定の安全係数等を考慮して圧縮破壊
を生じない設計の基準に従って与えられる寸法範囲内に
あることをいう。
That the horizontal section of the leg having the above structure can satisfy the compressive strength under load is defined as being within a dimensional range given in accordance with a design standard that does not cause compression failure in consideration of a predetermined safety factor and the like. Say.

本発明の治具の材料としては、例えば炭化ケイ素セラ
ミックス,ムライトセラミックス、あるいは炭化ケイ
素,ジルコニア等のウイスカー,繊維,粒子等によって
強化されたムライトセラミックス等々を例示することが
できる。
Examples of the material of the jig of the present invention include silicon carbide ceramics, mullite ceramics, mullite ceramics reinforced with whiskers such as silicon carbide and zirconia, fibers, particles, and the like.

(作用) 前記構成によって本発明の目的が達成されるのは次の
理由による。
(Operation) The object of the present invention is achieved by the above configuration for the following reason.

すなわち上記試験用の治具は、一般的にはこれと同材
質で作成されている適宜の架台の上に載置して使用され
るが、上記の従来型式の治具では架台との接触面積が大
きく、この架台は大きな構造物であるために大きな熱容
量をもち、したがって加熱時には熱伝導により治具の熱
が架台に奪われて温度の上昇が遅くなり、反対に冷却時
には架台から治具に熱が与えられて温度の降下が遅くな
り、これらの影響で、架台に接触している部分と架台に
接触していない基部ブロックの上側部分とでは大きな温
度差を生じ易く、該基部ブロック内部で温度分布の幅が
大きくなる傾向を招くのである。
In other words, the test jig is generally used by being placed on an appropriate base made of the same material as the test jig. Since the gantry is a large structure, it has a large heat capacity.Thus, during heating, the heat of the jig is taken away by the gantry due to heat conduction, and the temperature rise slows down. When heat is applied, the temperature drop slows down, and due to these effects, a large temperature difference is likely to occur between the portion that is in contact with the gantry and the upper portion of the base block that is not in contact with the gantry, and inside the base block, This tends to increase the width of the temperature distribution.

これに対し本発明の治具は、架台に対する治具の接触
面積を小さく制限して架台との間での熱伝導の影響を小
さくしているので、基部ブロック内部の温度分布幅が小
さくなり上記した問題の影響が低減化され熱応力による
破壊の虞れは軽減される。
On the other hand, the jig of the present invention restricts the contact area of the jig to the gantry to reduce the effect of heat conduction between the gantry and the gantry. The effect of the problem described above is reduced, and the risk of breakage due to thermal stress is reduced.

本発明の治具における基部ブロックの脚形状は、試験
時の荷重載下時に基部ブロックに曲げ応力が発生しない
ようにすることが好ましく、したがって基部ブロックの
脚の位置は、試験片の支点をなす下部アンビルの嵌挿位
置の真下に位置させることがよい。
The leg shape of the base block in the jig of the present invention is preferably such that bending stress is not generated in the base block when a load is applied during a test. Therefore, the position of the leg of the base block forms the fulcrum of the test piece. It is preferred that the lower anvil be located just below the insertion position.

脚は、治具とこれが載置される架台との相互間での熱
伝導を制限して、該治具特に基部ブロック内部で大きな
温度差が生ずることを避ける目的のものであるから、そ
の効果の程度は脚の高さ寸法に影響される。しかし脚高
さをあまり大きくしても効果の大きな向上は期待でき
ず、一般的には、加熱・冷却の速度が200〜1500℃/hr、
試験温度が1500℃程度の場合として、下部アンビルがセ
ットされる溝の底から脚上端までの部分(以下この部分
を基部ブロック本体という)の厚みに対して、脚の長さ
をその2倍程度とするのが適当である場合が多い。
The legs are intended to limit the heat conduction between the jig and the gantry on which it is mounted, so as to avoid a large temperature difference inside the jig, especially inside the base block. Is affected by the height of the leg. However, even if the leg height is too large, a significant improvement in the effect cannot be expected, and generally, the heating / cooling speed is 200 to 1500 ° C / hr,
Assuming that the test temperature is about 1500 ° C, the length of the leg is about twice the thickness of the part from the bottom of the groove where the lower anvil is set to the upper end of the leg (hereinafter this part is called the base block body). It is often appropriate to use

また脚底面の面積の大きさ、すなわち基部ブロックと
架台の接触面積の大きさは本発明の効果に影響しこの面
積が小さいほど本発明の効果には好影響を与えるが、反
面においてこの面積をあまり小さくすると荷重載下時の
面圧が大きくなって圧縮応力による該脚の破壊等の問題
を招く虞れがある。このため一般的には、治具および架
台が炭化ケイ素セラミックスまたはムライトセラミック
スである場合であって、加熱・冷却の速度を200〜1500
℃/hr、試験温度1500℃程度と設定した場合には、脚の
下面の総面積を、治具の基部ブロック本体の水平断面の
面積に対し、2/3以下好ましくは1/2以下とし、かつその
耐圧縮強さを考慮して、脚下面の単位面積当たりの面圧
を400kgf/cm2以下(安全係数を5倍、すなわち圧縮強さ
の1/5以下)とすることが設計上望ましい。
In addition, the size of the area of the bottom of the leg, that is, the size of the contact area between the base block and the gantry affects the effect of the present invention, and the smaller the area, the better the effect of the present invention. If it is too small, the surface pressure during load application may increase, which may cause a problem such as breakage of the leg due to compressive stress. Therefore, generally, the jig and the gantry are made of silicon carbide ceramics or mullite ceramics, and the heating / cooling speed is 200 to 1500.
° C / hr, when the test temperature is set to about 1500 ° C, the total area of the lower surface of the legs is set to 2/3 or less, preferably 1/2 or less, with respect to the area of the horizontal section of the base block body of the jig, In consideration of its compressive strength, it is desirable in design that the surface pressure per unit area of the lower surface of the leg be 400 kgf / cm 2 or less (the safety factor is 5 times, that is, 1/5 or less of the compressive strength). .

本発明の治具は、3点曲げ試験用としてあるいは4点
曲げ試験用としてのいずれにも適用できる。
The jig of the present invention can be applied to either a three-point bending test or a four-point bending test.

本発明の治具は上記条件を満足する他は、基部ブロッ
ク本体の水平断面が円形,四角形(通常は長方形)等の
いずれであってもよいし、また脚の下面の形状も特に限
定されるものではなく、例えば円形,四角形(長方形)
の他ドーナッツ形等であってもよいし、複数に分割され
ていてもよい。
The jig of the present invention satisfies the above conditions, and the horizontal cross section of the base block main body may be any of a circle and a square (usually a rectangle), and the shape of the lower surface of the leg is also particularly limited. Not a thing, for example, circular, square (rectangular)
Other donut shape or the like, or may be divided into a plurality.

(実 施 例) 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。(Examples) The present invention will be described below based on examples shown in the drawings.

第1図は、本発明よりなるセラミックスの高温4点曲
げ強さ試験用の治具の一例を示したものであり、本例に
おける治具は、基部ブロック本体1が横断面に長方形を
なし、かつこの基部ブロック本体1の下面から下方に延
出された脚2,2が、該本体1の長尺方向に概ね二つに分
割されていて、その横断面は上方から下方に向かって次
第に面積が漸減する長方形形状をなしているという構造
的な特徴がある。
FIG. 1 shows an example of a jig for a high-temperature four-point bending strength test of ceramics according to the present invention. The jig in this example has a base block body 1 having a rectangular cross section, Further, legs 2, 2 extending downward from the lower surface of the base block main body 1 are roughly divided into two in the longitudinal direction of the main body 1, and the cross section thereof gradually increases in area from above to below. Has a structural feature that it has a gradually decreasing rectangular shape.

3,4,5は該基部ブロック本体1の長尺方向両側に沿っ
て2列に立設された腕ブロックであり、本例では、各列
の腕ブロック3,4,5は、長尺方向端部に位置する低高の
第1の腕3と、長尺方向の中央に位置する高い第3の腕
5と、これら中央の第3の腕5と両端の第1の腕3の間
に位置し第3の腕5と同高の第2の腕4とからなってい
て、これらの各腕の間はアンビル21,22が上方から嵌挿
できる間隙をもつように設定されている。なお以下の説
明では、第1の腕3と第2の腕4の間に位置する間隙を
下部アンビル嵌挿用溝8といい、第2の腕4と第3の腕
5の間に位置する間隙を上部アンビル嵌挿用溝9という
ものとし、更に左右2列の腕ブロックに挾まれた長尺方
向に長く連続した間隙を試験片嵌挿用溝10というものと
する。
Arm blocks 3, 4, and 5 are erected in two rows along both sides of the base block body 1 in the longitudinal direction. In this example, the arm blocks 3, 4, and 5 in each row are A low-height first arm 3 located at the end, a high third arm 5 located at the center in the longitudinal direction, and between the center third arm 5 and the first arms 3 at both ends. The second arm 4 is located at the same height as the third arm 5 and is set such that there is a gap between the arms so that the anvils 21 and 22 can be inserted from above. In the following description, a gap located between the first arm 3 and the second arm 4 is referred to as a lower anvil fitting groove 8 and is located between the second arm 4 and the third arm 5. The gap is referred to as an upper anvil fitting groove 9, and a long continuous gap in the longitudinal direction between two left and right arm blocks is referred to as a test piece fitting groove 10.

11は、腕ブロック3,4,5の中央位置に上方から一定高
の位置まで円形に切欠された開口部であり、加圧子23が
嵌挿下動して、上部アンビル嵌挿用溝9に嵌挿されてい
る上部アンビル22(第2図参照)に係合することができ
るようにしている。
Reference numeral 11 denotes an opening which is circularly cut from the upper position to a certain height from the center of the arm blocks 3, 4, and 5, and the pressurizing element 23 is inserted and moved downward, and is inserted into the upper anvil insertion groove 9. The upper anvil 22 (see FIG. 2) that has been inserted is engaged.

第2図は、上記治具を使用して高温曲げ強さ試験を行
なっている状態を示し、該治具は電気炉31内の架台20上
に載置され、一対の下部アンビル嵌挿用溝8に下部アン
ビル21,21を嵌挿し、これらの一対の下部アンビル21,21
に対し図示の如く試験片30を架設し、その試験片30の上
に載るように、一対の上部アンビル嵌挿用溝9に嵌挿し
て上部アンビル22,22を位置させ、更にこれら上部アン
ビル22,22に渡って上記開口部11に略嵌挿する大きさの
円板状の加圧子23を載せ、これに上部から各圧ロッド24
の加圧力が作用するようにされる。なお上記円板状の加
圧子23の上面中央には、加圧が一対の上部アンビル22,2
2に均等に作用するようにするための半球状突起23aが形
成されている。なお32は電気炉31の発熱体を示してい
る。
FIG. 2 shows a state in which a high-temperature bending strength test is being performed using the jig. The jig is placed on a gantry 20 in an electric furnace 31 and a pair of lower anvil fitting grooves is provided. 8 and the lower anvils 21, 21 are fitted into the lower anvils 21, 21.
As shown in the figure, a test piece 30 is erected, and the upper anvils 22 and 22 are positioned by being inserted into the pair of upper anvil fitting grooves 9 so as to rest on the test piece 30. , 22 and a disc-shaped pressurizing element 23 having a size that can be substantially inserted into the opening 11 is placed thereon, and each of the pressure rods 24 is
Is applied. At the center of the upper surface of the disc-shaped pressurizer 23, pressurization is applied to a pair of upper anvils 22,2.
A hemispherical projection 23a is formed to act evenly on 2. Reference numeral 32 denotes a heating element of the electric furnace 31.

このような形状の治具について、その各部の好ましい
寸法例を示せば次の通りである。
Preferred dimensions of each part of the jig having such a shape are as follows.

なお第1図において示した符合は次の寸法を示す。 The symbols shown in FIG. 1 indicate the following dimensions.

(試験片,アンビルの寸法等) a:試験片の長さ b:試験片の幅 c:試験片の厚み d:一対の下部アンビル間のスパン(溝8,8の溝中央位置
間の距離) e:一対の上部アンビル間のスパン(溝9,9の溝中央位置
間の距離) w:アンビル直径(4mm≦w≦6mm;JIS R 1604に準拠) (治具の寸法) f:治具の長尺方向(第1図(a)の左右方向)寸法 d+w<f≦1.5a g:治具の横方向(第1図(a)の上下方向)寸法 2b≦g≦10b h:脚底面の長尺方向(上記と同じ)寸法 1/20・f≦h≦1/2・f i:脚底面の横方向(上記と同じ)寸法 1/10・g≦i≦g (なお各脚は、下部アンビルがセットされる溝8,8の真
下に位置するように設けられる。またhとiの積は、試
験時に作用する荷重が前述の面圧条件範囲内に入るよう
に定められる。) j:基部ブロック本体の厚み 2mm≦j≦8c−2mm (試験時の治具の強度には直接影響しないが、アンビル
を保持する溝の強度に影響するので2mm以上とすること
がよい。) k:脚の高さ 2c−2mm≦k≦8c−2mm (k+jの値が試験時の治具の強度に大きく影響する。
この値を試験片の厚みcの2〜8倍に設定すれば強度上
問題がない。前記の通りk/jは2倍程度がよい。) n:アンビルが嵌挿セットされる溝の幅 w<n≦w+0.2mm p:第2の腕4,第3の腕5の高さ c+2w<p≦100mm q:溝8の深さ 0.5w<q≦p (下部アンビルが動かないようにすればよい。) r:溝10の幅 b≦r≦1.1b s:溝10の底から治具上端までの高さ p−w<s≦p t:溝9の底から治具上端までの高さ p−(w+c)<t≦p u:加圧子24がセットされる開口部の直径 u>eであればよいが、通常 u=約1.5e v:加圧子24がセットされる開口部の深さ p−(2w+c)<v≦p 実施例1 アルミナ/シリカ重量比71/29,密度3.08のムライトセ
ラミックス製の下記寸法の第1図形状の治具を作製し
た。
(Dimensions of test piece and anvil, etc.) a: Length of test piece b: Width of test piece c: Thickness of test piece d: Span between a pair of lower anvils (distance between groove center positions of grooves 8, 8) e: Span between a pair of upper anvils (distance between groove center positions of grooves 9, 9) w: Anvil diameter (4 mm ≦ w ≦ 6 mm; compliant with JIS R 1604) (Jig dimensions) f: Jig Long dimension (left / right direction in FIG. 1 (a)) d + w <f ≦ 1.5ag: lateral dimension of the jig (vertical direction in FIG. 1 (a)) 2b ≦ g ≦ 10b h: length of bottom of leg Shaft direction (same as above) Dimensions 1/20 ・ f ≦ h ≦ 1/2 ・ fi i: Lateral (same as above) dimension of leg bottom 1/10 ・ g ≦ i ≦ g It is provided so as to be located immediately below the grooves 8, 8 where the anvil is set, and the product of h and i is determined so that the load applied during the test falls within the above-mentioned surface pressure condition range.) J: Base block body thickness 2mm ≦ j ≦ 8c−2mm It does not directly affect the strength of the jig at the time of the test, but it is preferable to set it to 2 mm or more because it affects the strength of the groove holding the anvil.) K: Leg height 2c-2mm ≦ k ≦ 8c-2mm ( The value of k + j greatly affects the strength of the jig during the test.
If this value is set to 2 to 8 times the thickness c of the test piece, there is no problem in strength. As described above, k / j is preferably about twice. N: width of groove into which anvil is inserted and set w <n ≦ w + 0.2 mm p: height of second arm 4 and third arm 5 c + 2w <p ≦ 100 mm q: depth of groove 8 0.5 w <Q ≦ p (it is sufficient if the lower anvil does not move.) R: width of the groove 10 b ≦ r ≦ 1.1bs: height from the bottom of the groove 10 to the top of the jig p−w <s ≦ pt : Height from the bottom of the groove 9 to the upper end of the jig p− (w + c) <t ≦ pu: diameter of the opening where the pressurizer 24 is set u> e, but usually u = about 1.5ev : Depth of the opening in which the pressurizing element 24 is set p- (2w + c) <v ≦ p Example 1 The cure of the shape of FIG. A tool was produced.

d: 60mm j: 3mm s:20mm e: 20mm k:17mm t:19mm f:120mm n: 6.05 mm u:30.5mm g: 40mm p:20mm v:10mm h: 32mm q: 6mm i: 25mm r: 8.2mm この治具を第2図の電気炉31内の架台上に載置し、下
部アンビル21および上部アンビル22(それぞれ直径6m
m)、加圧子23(直径30.5mm)、および試験片(幅8mm,
厚み6mm,長さ100mm)を所定位置にセットし、試験温度1
300℃、加圧ロッド24を押し下げるクロスヘッド速度0.5
mm/minによる4点曲げ試験を行なった。加熱速度は650
℃/hr、冷却速度は300℃/hrとした。この条件で150本の
試験、すなわち150回の加熱,冷却を行なったが、治具
に何等の損傷も生じなかった。なお加圧子に印加された
荷重は、最小150kgf、最大450kgfであった。
d: 60mm j: 3mm s: 20mm e: 20mm k: 17mm t: 19mm f: 120mm n: 6.05 mm u: 30.5mm g: 40mm p: 20mm v: 10mm h: 32mm q: 6mm i: 25mm r: 8.2 mm The jig is placed on a gantry in the electric furnace 31 shown in FIG. 2 and the lower anvil 21 and the upper anvil 22 (each having a diameter of 6 m)
m), pressurizer 23 (diameter 30.5 mm), and test piece (width 8 mm,
Set the thickness 6mm, length 100mm) in place and set the test temperature 1
300 ° C, crosshead speed 0.5 to push down the pressure rod 24
A four-point bending test at mm / min was performed. Heating rate is 650
° C / hr and the cooling rate was 300 ° C / hr. Under these conditions, 150 tests, that is, heating and cooling 150 times, did not cause any damage to the jig. The load applied to the pressurizer was 150 kgf minimum and 450 kgf maximum.

比較例 治具に脚を設けずに、下部アンビルがセットされる溝
の底から直方体形状の基部ブロックの厚みを20mmとした
以外は実施例1と同じ材料,寸法の治具を作製して、同
じ条件で試験を行なった。
Comparative Example A jig having the same material and dimensions as in Example 1 was prepared, except that the thickness of the rectangular parallelepiped base block was set to 20 mm from the bottom of the groove in which the lower anvil was set without providing the jig with legs. The test was performed under the same conditions.

その結果、16本目の試験で治具が二つに割れた。 As a result, the jig split in the 16th test.

(発明の効果) 本発明によれば、使用時に急熱・急冷が頻繁に行なわ
れる治具の内部で、その温度分布の幅ができるだけ小さ
くなるようにされており、したがって熱応力の蓄積によ
る破壊に対して有利で、治具の寿命の延長、あるいは試
験時間の短縮が実現できるため、高温曲げ強さ試験治具
としてその有用性は極めて大きなものである。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the width of the temperature distribution is made as small as possible inside a jig in which rapid heating / cooling is frequently performed at the time of use. Therefore, the usefulness of the jig as a high-temperature bending strength test jig is extremely large because it is possible to extend the life of the jig or shorten the test time.

本発明は、治具の長尺寸法が50mm以上、幅寸法が20mm
以上、基部ブロック本体の厚み(下部アンビルから脚下
面までの高さ)が10mm以上の大型治具である場合に特に
優れた有用性を示し、またこのような治具を構成する材
料として、炭化ケイ素セラミックス,ムライトセラミッ
クス、あるいは炭化ケイ素,ジルコニア等のウイスカ
ー,繊維,粒子等によって強化されたムライトセラミッ
クス等々を使用した場合に特に有効である。
The present invention has a jig having a long dimension of 50 mm or more and a width dimension of 20 mm.
As described above, the present invention shows particularly excellent usefulness in the case of a large jig having a base block body thickness (height from the lower anvil to the lower surface of the leg) of 10 mm or more. This is particularly effective when silicon ceramics, mullite ceramics, or mullite ceramics reinforced with whiskers, fibers, particles, or the like such as silicon carbide and zirconia are used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図面第1図(a)〜(d)は本発明よりなるセラミック
スの高温曲げ強さ試験用の治具の一例の構成概要を示し
た図であり、第1図(a)は正面図、第1図(b)は側
面図、第1図(c)は平面図、第1図(d)は底面図で
ある。第2図は同治具の使用状態を説明するための図で
ある。第3図(a),(b)は従来の曲げ強さ試験用の
治具の一例の使用状態を説明するための図であり、第3
図(a)はその正面図、第3図(b)はその側面図であ
る。 1……基部ブロック、2……脚 3……第1の腕、4……第2の腕 5……第3の腕 8……下部アンビル嵌挿用溝 9……上部アンビル嵌挿用溝 10……試験片嵌挿用溝、11……開口部 21……下部アンビル、22……上部アンビル 23……加圧子、24……加圧ロッド 30……試験片、31……電気炉 32……発熱体
1 (a) to 1 (d) are views schematically showing the construction of an example of a jig for testing a high-temperature bending strength of ceramics according to the present invention. FIG. 1 (a) is a front view, FIG. 1 (b) is a side view, FIG. 1 (c) is a plan view, and FIG. 1 (d) is a bottom view. FIG. 2 is a view for explaining a use state of the jig. FIGS. 3 (a) and 3 (b) are views for explaining the use state of an example of a conventional jig for bending strength test, and FIG.
FIG. 3A is a front view thereof, and FIG. 3B is a side view thereof. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base block, 2 ... Leg 3 ... 1st arm, 4 ... Second arm 5 ... 3rd arm 8 ... Lower anvil fitting groove 9 ... Upper anvil fitting groove 10 ... groove for inserting test piece, 11 ... opening 21 ... lower anvil, 22 ... upper anvil 23 ... pressurizer, 24 ... pressurizing rod 30 ... test piece, 31 ... electric furnace 32 ...... Heating element

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】上面上でアンビルを介して試験片を支持し
かつ下面で架台上に接触載置される基部ブロックと、こ
の基部ブロック上面から上方に立設されて、短冊状の試
験片を上方から嵌挿できる細長い溝を形成するように該
溝を挟んだ両側に位置して設けられた概ね左右対称形の
2列の腕ブロックとを有し、更にこれら立設された2列
の腕ブロックに渡って、試験片下面を支持する支点用下
部アンビルの嵌挿位置決め用の横方向溝が設けられてい
る、高温加熱炉でセラミックスの高温曲げ強さ試験を行
うためのセラミックス製の治具であって、上記基部ブロ
ックは、横断面が長方形をなす上部の基部ブロック本体
と、該本体上に載置される試験片の長さ方向に沿って分
かれた位置から該本体下方に延出された下部の脚とを有
し、該脚の上記架台に接する下面を、その総面積を上記
基部ブロック本体の横断面の面積に対し2/3以下とし、
かつ単位面積当りの面圧を圧縮強さの1/5以下としたこ
とを特徴とするセラミックスの高温曲げ強さ試験用の治
具。
1. A base block that supports a test piece on an upper surface via an anvil and is placed and placed on a gantry on a lower surface, and a strip-shaped test piece that stands upright from the upper surface of the base block. Two rows of substantially symmetrical arm blocks provided on both sides of the groove so as to form an elongated groove that can be inserted from above, and these two rows of vertically arranged arms are further provided. A ceramic jig for performing a high-temperature bending strength test of ceramics in a high-temperature heating furnace, provided with a lateral groove for inserting and positioning a lower anvil for a fulcrum supporting the lower surface of the test piece over the block. Wherein the base block extends downward from the main base block main body having a rectangular cross section and a position separated along a longitudinal direction of a test piece placed on the main body. And a lower leg, The lower surface in contact with, and the total area to the area of the cross section of the base block body and 2/3 or less,
A jig for testing a high-temperature bending strength of ceramics, wherein a surface pressure per unit area is set to 1/5 or less of a compressive strength.
【請求項2】基部ブロックの脚が下部アンビルの直下に
位置されていることを特徴とする請求項1に記載したセ
ラミックスの高温曲げ強さ試験用の治具。
2. A jig for testing a high-temperature bending strength of ceramic according to claim 1, wherein the legs of the base block are located immediately below the lower anvil.
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