JPH0720121A - Method and equipment conducting guarantee test for ceramic component - Google Patents

Method and equipment conducting guarantee test for ceramic component

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JPH0720121A
JPH0720121A JP16079293A JP16079293A JPH0720121A JP H0720121 A JPH0720121 A JP H0720121A JP 16079293 A JP16079293 A JP 16079293A JP 16079293 A JP16079293 A JP 16079293A JP H0720121 A JPH0720121 A JP H0720121A
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JP
Japan
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load
ceramic
test
strength
parts
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JP16079293A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Hirata
英之 平田
Nagatoshi Okabe
永年 岡部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0720121A publication Critical patent/JPH0720121A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the strength of a ceramic component from lowering during test by conducting load test of the ceramic component in a liquid at a temperature sufficiently lower than the freezing temperature of water. CONSTITUTION:When a guarantee test is conducted for a ceramic component 5 made of Si3N4, for example, the component 5 is immersed into a vessel 1 filled with liquid nitrogen 4 and mounted on the supporting member 2c of a lower jig 2. Under that state, an upper jig 3 is pushed down by means of a down press and bending load is applied at three points thus conducting the screening test. A component withstood against a specified load is selected as a passed component. Since the screening test is conducted in liquid nitrogen 4, influence of water on the ceramic material can be eliminated perfectly. This equipment can prevent stress corrosion crack during screening test and can discard low strength ceramic components without causing deterioration of strength.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部品を機
械構造部品として使用する際に、全てのセラミックス部
品に対して所定の負荷を加え、破壊しなかった部品を合
格品とするセラミックス部品の全品スクリーニング保証
試験方法およびその保証試験装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention, when using ceramic parts as mechanical structural parts, applies a predetermined load to all the ceramic parts, and judges all parts that have not been destroyed as acceptable products. The present invention relates to a screening assurance test method and an assurance test apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミック材料は、耐熱性、耐食性、耐
摩耗性および軽両性等に優れた特性を有するため、高付
加価値の機械構造部品として適用が進みつつある。例え
ば、自動車エンジン部品のターボチャージャーや副燃焼
室や特殊な環境での使用が期待されるセラミックベアリ
ング等がその代表的なものであるところで、セラミック
材料は、上記のような優れた特性を有する反面、脆性で
材料強度のばらつきが大きいという欠点を併せ持ってい
る。このため、セラミック材料を機械構造部品へ適用す
るためには、部品の最低強度を保証する品質保証が重要
な技術課題となっている。
2. Description of the Related Art Ceramic materials have excellent properties such as heat resistance, corrosion resistance, wear resistance, and light ampacity, and are therefore being increasingly applied as high value-added mechanical structural parts. For example, ceramic materials such as turbochargers for automobile engine parts, auxiliary combustion chambers, and ceramic bearings that are expected to be used in special environments are typical examples. However, while ceramic materials have the above-mentioned excellent characteristics, However, it also has the drawback of being brittle and having a large variation in material strength. Therefore, in order to apply ceramic materials to mechanical structural parts, quality assurance that guarantees the minimum strength of the parts is an important technical issue.

【0003】金属材料の機械構造部品の品質保証として
は、X線透過試験や蛍光浸透探傷試験等の非破壊検査に
よって欠陥の有無を確認する方法が一般的である。とこ
ろが、セラミック材料の場合、強度を支配している欠陥
の大きさは高々数十μmであり、現在の非破壊検査技術
では、このような大きさの欠陥を確実に検出することは
ほとんど不可能である。このため、セラミックス部品の
最低強度を保証する手段としては、実機使用前の全部品
に所定の負荷を加え、破壊しなかった生き残り部品を合
格品とする全品スクリーニング保証試験が一般的に行な
われている。
In order to guarantee the quality of mechanical structural parts made of metallic materials, it is common to confirm the presence or absence of defects by a nondestructive inspection such as an X-ray transmission test or a fluorescent penetrant inspection test. However, in the case of ceramic materials, the size of defects that control strength is at most several tens of μm, and it is almost impossible to detect defects of such size with the current nondestructive inspection technology. Is. For this reason, as a means of guaranteeing the minimum strength of ceramic parts, an all-item screening guarantee test is generally performed in which a predetermined load is applied to all parts before actual use and surviving parts that have not been destroyed are accepted. There is.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】セラミック材料は、一
般に、負荷時間の増加に伴い強度が低下するような遅れ
破壊特性を示す。図9は、一例としてSiCセラミック
スの1400°Cにおける遅れ破壊特性(材料,38巻
430号,p783,1989年7月)を示したもので
ある。このような遅れ破壊は、応力腐食割れによる初期
欠陥からのき裂進展に基づくもので、負荷時間が長くな
るに従ってき裂の進展量が増え、強度が低下するもので
ある。
Ceramic materials generally exhibit delayed fracture characteristics such that their strength decreases with increasing load time. FIG. 9 shows, as an example, the delayed fracture characteristics of SiC ceramics at 1400 ° C. (Material, Vol. 38, No. 430, p783, July 1989). Such delayed fracture is based on crack growth from an initial defect due to stress corrosion cracking, and the amount of crack growth increases and the strength decreases as the loading time increases.

【0005】セラミックス部品の全品スクリーニング保
証試験においては、スクリーニング試験中の負荷によっ
ても、上記のような遅れ破壊特性、すなわち応力腐食割
れによる初期欠陥からのき裂進展が生じるため、スクリ
ーニング試験後のセラミックス部品の強度は、スクリー
ニング試験前よりも低下することになる。
In the screening assurance test for all ceramic parts, the delayed fracture characteristics as described above, that is, the crack growth from the initial defect due to stress corrosion cracking, occurs due to the load during the screening test. The strength of the part will be lower than before the screening test.

【0006】図10は、坂井田ら(日本機械学会論文集
(A編)58巻550号,p120,1992年6月)
の行ったセラミックスの保証試験効果の研究結果を示し
たもので、スクリーニング試験前後のセラミックス材料
の強度分布を比較して示すものである。
FIG. 10 shows Sakata et al. (Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, Volume A, Volume 58, No. 550, p120, June 1992).
The results of the research on the assurance test effect of the ceramics performed by the above are shown, and the strength distributions of the ceramic materials before and after the screening test are compared and shown.

【0007】この実験では、△印で示されるような初期
強度分布を有するAl23 セラミックスに対してS=
σp の荷重で足切り試験を行い、破壊しなかった生き残
り試験片に対してさらに強度分布を○印のように調べ
た。図10に示すように、生き残り試験片の強度は、S
=σp の荷重で足切りしたにもかかわらず、σp よりも
低い強度を示すものがある。
[0007] In this experiment, S = S for Al 2 O 3 ceramics having an initial strength distribution as shown by a triangle mark.
A foot-cutting test was carried out with a load of σ p , and the strength distribution was further examined for the surviving test pieces which were not broken as indicated by a circle. As shown in FIG. 10, the strength of the surviving test piece is S
There are some that show lower strength than σ p , even though they were cut off with a load of = σ p .

【0008】以上のように、セラミックス部品の保証試
験においては、スクリーニング試験中の負荷による部品
の強度低下が大きな問題となっている。このため、この
ような強度低下を少なくするための方法としては、スク
リーニング試験中の負荷を極力短くし、また、所定の荷
重に達した後の除荷速度を極力急速に行うなどの対策が
講じられており、例えば、市川ら(機械の研究40巻1
号,p97,1988年)の研究にその詳細が示されて
いる。
As described above, in the guarantee test of the ceramic parts, the decrease in the strength of the parts due to the load during the screening test is a serious problem. Therefore, as a method for reducing such strength reduction, measures such as minimizing the load during the screening test and performing the unloading speed as quickly as possible after reaching a predetermined load are taken. For example, Ichikawa et al.
, P97, 1988) for details.

【0009】しかしながら、スクリーニング試験中の強
度低下を完全に除去することのできるセラミックス部品
の保証試験方法については、いまだに具体的な提案がな
されていない。本発明の目的は、スクリーニング試験中
に強度低下を招くことのないセラミックス部品の保証試
験方法およびその保証試験装置を提供することにある。
However, no specific proposal has been made yet for a method of guarantee testing of ceramic parts capable of completely eliminating the strength reduction during the screening test. An object of the present invention is to provide a guarantee test method for a ceramic component and a guarantee test apparatus for the same, which do not cause a decrease in strength during a screening test.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項1に対応する発明は、使用前の全てのセラミ
ックス部品に対して所定の負荷を加え、破壊しなかった
部品を合格品とするセラミックス部品の全品スクリーニ
ング保証試験方法において、セラミックス部品に対する
負荷試験を水の氷点温度よりも十分に低温な液体中で行
なうことを特徴とするセラミックス部品の保証試験方法
である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 applies a predetermined load to all the ceramic parts before use, and judges the parts which are not destroyed as acceptable products. In the method for guaranteeing all-parts screening of ceramic parts, the load test for the ceramic parts is performed in a liquid sufficiently lower than the freezing point of water.

【0011】前記目的を達成するため、請求項2に対応
する発明は、使用前の全てのセラミックス部品を、液体
窒素が収納された容器内に浸した状態で、前記セラミッ
クス部品に対して曲げ荷重、圧縮荷重、内部圧力のいず
れかからなる負荷を一定速度で加え、その後一定負荷で
一定時間加え、最後に除荷速度で除荷し、この段階で破
壊しなかったセラミックス部品を合格品とするセラミッ
クス部品の保証試験方法である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is such that all the ceramic parts before use are immersed in a container containing liquid nitrogen and a bending load is applied to the ceramic parts. , A load consisting of a compressive load or internal pressure is applied at a constant speed, then a constant load is applied for a fixed time, and finally at the unloading speed, the ceramic parts that have not been destroyed at this stage are regarded as acceptable products. This is a guarantee test method for ceramic parts.

【0012】前記目的を達成するため、請求項3に対応
する発明は、水の氷点温度よりも十分に低温な液体が収
納された容器と、 この容器内部に収納され、試験すべ
きセラミックス部品に対して曲げ荷重、圧縮荷重、内部
圧力のいずれかを負荷する負荷供給装置と、を具備し、
使用前の全てのセラミックス部品に対して所定の負荷を
加え、この結果破壊しなかった部品を合格品とするセラ
ミックス部品の全品スクリーニング保証試験装置であ
る。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 provides a container containing a liquid having a temperature sufficiently lower than the freezing point of water, and a ceramic component to be tested inside the container. And a load supply device for applying a bending load, a compressive load, or an internal pressure,
This is a screening guarantee tester for all ceramic parts that applies a predetermined load to all the ceramic parts before use and accepts the parts that are not destroyed as a result.

【0013】[0013]

【作用】請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載の発
明によれば、水の氷点温度よりも十分に低温な液体中で
セラミックス部品のスクリーニング試験を行なうため、
セラミックス材料に対する水分子の影響を完全に除去し
た状態でセラミックス部品に対する負荷試験を行なうこ
とができる。これにより、負荷試験中の応力腐食割れに
起因するき裂進展、つまりセラミックス部品としての強
度低下を防止することができる。
According to the invention described in any one of claims 1 to 3, since the screening test of the ceramic parts is performed in a liquid which is sufficiently lower than the freezing point of water,
It is possible to perform a load test on a ceramic component while completely removing the influence of water molecules on the ceramic material. As a result, it is possible to prevent crack growth due to stress corrosion cracking during the load test, that is, reduction in strength of the ceramic component.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明のセラミックス部品の保証
試験方法の第1実施例を説明するための図であり、本保
証試験方法を実施するための試験装置は、容器1と、下
側治具2と、上側治具3とからなり、容器1内に液体窒
素4が収納されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of a guarantee test method for ceramic parts of the present invention. A test apparatus for carrying out the guarantee test method comprises a container 1, a lower jig 2 and , Upper jig 3, and liquid nitrogen 4 is stored in container 1.

【0015】下側治具2は、上部にV字状の溝2aが形
成され、この溝2aの左右の縁部に支持部材収納溝2b
が間隔(スパン)Lを存して形成され、支持部材収納溝
2bにはそれぞれ断面円形の支持部材2cが収納されて
いる。下側治具2は、容器1の外部から底面を貫通し、
支持部材収納溝2bが容器1内部に位置するように固着
されている。
The lower jig 2 has a V-shaped groove 2a formed in the upper portion thereof, and support member storage grooves 2b are formed at the left and right edges of the groove 2a.
Are formed at intervals (spans) L, and support members 2c each having a circular cross section are stored in the support member storage groove 2b. The lower jig 2 penetrates the bottom surface from the outside of the container 1,
The support member storage groove 2b is fixed so as to be located inside the container 1.

【0016】上側治具3は、本体3aが該支持部材収納
溝2bに嵌まるように先細状に形成され、本体3aの先
端部にはポンチ3cがピン3dにより支持固定されてお
り、図示しない圧下装置により上下動できるようになっ
ている。
The upper jig 3 is formed in a taper shape so that the main body 3a fits in the supporting member accommodating groove 2b, and the punch 3c is supported and fixed to the tip of the main body 3a by the pin 3d, which is not shown. It can be moved up and down by a rolling down device.

【0017】このような構成の試験装置により、例えば
Si34 製のセラミックス部品5の保証試験を行うに
は、始めに液体窒素4の収納された容器1に、セラミッ
クス部品5を浸して下側治具2の支持部材2cの上に載
置させる。この状態で、図示しない圧下装置により上側
治具3を押し下げて、3点曲げ負荷を加え、スクリーニ
ング試験を行う。
In order to perform a guarantee test of the ceramic component 5 made of, for example, Si 3 N 4 with the test apparatus having such a configuration, first, the ceramic component 5 is dipped in the container 1 in which the liquid nitrogen 4 is stored. It is placed on the support member 2c of the side jig 2. In this state, a lowering device (not shown) pushes down the upper jig 3 to apply a 3-point bending load, and a screening test is performed.

【0018】図2はスクリーニング試験における負荷荷
重による負荷応力(曲げ応力)の時間変化σ(t)を示
している。この図から明らかなように、一定負荷速度σ
1で荷重を増加、保証試験荷重σaで荷重を時間t0だ
け保持した後、除荷速度σ2で除荷する。すなわち、本
実施例の保証試験では、図2に示すような負荷に対して
破壊しなかったセラミックス部品5を合格品として選定
する。
FIG. 2 shows the time change σ (t) of the load stress (bending stress) due to the load applied in the screening test. As is clear from this figure, the constant load speed σ
The load is increased by 1 and the load is held at the guaranteed test load σa for the time t0, and then the load is removed at the unloading speed σ2. That is, in the guarantee test of the present embodiment, the ceramic component 5 that is not destroyed by the load as shown in FIG. 2 is selected as an acceptable product.

【0019】図3は、本実施例で保証試験を実施するS
34 製のセラミックス部品5の初期(保証試験前)
の3点曲げ即時破壊強度σfのばらつき分布をワイブル
分布図として示したものである。図中実線は、常温大気
中の強度であり、破線は液体窒素中の強度を示してい
る。
FIG. 3 shows S for carrying out a guarantee test in this embodiment.
Initial stage of ceramic parts 5 made of i 3 N 4 (before warranty test)
3 is a Weibull distribution diagram showing the variation distribution of the three-point bending immediate fracture strength σf. In the figure, the solid line represents the strength in normal temperature atmosphere, and the broken line represents the strength in liquid nitrogen.

【0020】ここで、3点曲げ即時破壊強度σfは、図
1に示すような試験装置を用いて一定負荷速度σ1で荷
重をセラミックス部品5が破壊するまで増加させた時の
破壊時の応力である。また、ワイブル分布図は、横軸に
破壊強度σfの自然対数lnσfをとり、縦軸に破壊確
率Pfから計算される値ln[ln{1/(1−P
f}]をとって各試験片の強度をプロットしたものであ
る。
Here, the three-point bending immediate fracture strength σf is the stress at the time of increasing the load at a constant load speed σ1 using a test apparatus as shown in FIG. 1 until the ceramic component 5 breaks. is there. In the Weibull distribution diagram, the horizontal axis represents the natural logarithm lnσf of the fracture strength σf, and the vertical axis represents the value ln [ln {1 / (1-P
f}] is taken and the strength of each test piece is plotted.

【0021】ただし、各試験片に対応する破壊確率Pf
は、全試験片本数kの中での強度順位i(i=1〜k)
を用いて(1)式により計算する。 Pf=1/(1+k) …(1) 図3に示すように、本セラミックス部品5の初期強度分
布は、ワイブル分布図で直線状に表される。すなわち、
大気中と液体窒素中の即時破壊強度σfの分布は、2母
数ワイブルとして近似され、大気中の場合、(2)式の
ように表される。
However, the destruction probability Pf corresponding to each test piece
Is the strength ranking i (i = 1 to k) within the total number k of test pieces
Is calculated by the equation (1). Pf = 1 / (1 + k) (1) As shown in FIG. 3, the initial strength distribution of the present ceramic component 5 is represented linearly in the Weibull distribution diagram. That is,
The distribution of the immediate fracture strength σf in the atmosphere and liquid nitrogen is approximated as a two-parameter Weibull, and in the atmosphere, it is expressed as in equation (2).

【0022】 Pf=1−exp{−(σf/β1)m1} …(2) また、液体窒素中の場合、(3)式のように表される。 Pf=1−exp{−(σf/β2)m2} …(3) ここで、β1,m1およびβ2,m2は、それぞれの強度分
布のワイブル分布パラメータであるが、m1,m2であるの
で、以下の説明では、m =m1 m2とする。
Pf = 1-exp {-(σf / β1) m1 } (2) Further, in the case of liquid nitrogen, it is expressed by the equation (3). Pf = 1-exp {-([sigma] f / [beta] 2) m2 } (3) Here, [beta] 1, m1 and [beta] 2, m2 are Weibull distribution parameters of the respective intensity distributions, but since they are m1 and m2, In the description of, m = m1 m2.

【0023】図4は、本セラミックス部品の遅れ破壊強
度特性を示したもので、横軸に有効負荷時間teff 、縦
軸に強度σfを示している。図中実線は対気中、破線は
液体窒素中の特性をそれぞれ示している。有効負荷時間
teff は、負荷応力が変動する場合に、き裂の進展量が
等価になるように換算した最大応力σmax の保持時間で
ある。応力腐食割れのき裂進展則が、応力拡大係数K1
[=σ(πa)1/2 ,a:き裂寸法、σ:負荷応力]を
用いて、(4)式のように表わされるものとする。
FIG. 4 shows the delayed fracture strength characteristics of the present ceramic component, where the horizontal axis shows the effective load time teff and the vertical axis shows the strength σf. In the figure, the solid line shows the characteristics in air, and the broken line shows the characteristics in liquid nitrogen. The effective load time teff is the holding time of the maximum stress σmax converted so that the crack growth amount becomes equivalent when the load stress varies. The crack growth law for stress corrosion cracking is based on the stress intensity factor K1.
[= Σ (πa) 1/2 , a: crack size, σ: load stress] is used to express as in equation (4).

【0024】 da/dt=CK1n …(4) ここで、C:き裂進展速度定数 n:き裂進展速度指数 このように(4)式で表される時、変動応力σ(t)に
対する有効負荷時間teff は、(5)式のように求めら
れる。
Da / dt = CK1 n (4) Here, C: crack growth rate constant n: crack growth rate exponent When the variable stress σ (t) is expressed by the equation (4), The effective load time teff is calculated by the equation (5).

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】図4に示すように、遅れ破壊強度特性は、
両対数表示で直線的に表わされ、大気中の特性は、
(6)式のようになる。 σfteff 1/n =D …(6) ここで、D:大気中遅れ破壊強度特性の強度定数 これに対して液体窒素中の特性は、有効負荷時間teff
によらず一定値となる。 上記のような材料特性を考慮
して、スクリーニング試験を大気中と液体窒素中で行っ
た場合のセラミックス部品のスクリーニング試験後の強
度分布を比較して説明する。本実施例での保証試験で
は、初期強度分布に対して下側30%の強度の部品を足
切りすることにすると、大気中と液体窒素中の保証試験
荷重は、それそれ(2)式と(3)式から決定すること
ができる。すなわち、大気中の保証試験荷重σa1は、 σa1=β1m {ln[1/(1−0.3)]}1/2 …(7) となる。また、液体窒素中の保証試験荷重σa2は、 σa2=β2m {ln[1/(1−0.3)]}1/2 …(8) のように決定できる。
As shown in FIG. 4, the delayed fracture strength characteristics are
Expressed linearly in a logarithmic display, the characteristics in the atmosphere are
It becomes like the formula (6). σfteff 1 / n = D (6) Here, D: strength constant of delayed fracture strength characteristic in the atmosphere In contrast, the characteristic in liquid nitrogen is effective load time teff
It is a constant value regardless of Considering the above-mentioned material characteristics, the strength distributions of the ceramic parts after the screening test will be compared and compared when the screening test is performed in the air and in liquid nitrogen. In the proof test in this example, if the lower 30% strength component is cut off from the initial strength distribution, the proof test load in the atmosphere and in liquid nitrogen is calculated by the equation (2). It can be determined from the equation (3). That is, the guaranteed test load σa1 in the atmosphere is σa1 = β1 m {ln [1 / (1-0.3)]} 1/2 (7). Further, the guaranteed test load σa2 in liquid nitrogen can be determined as σa2 = β2 m {ln [1 / (1-0.3)]} 1/2 (8).

【0027】保証試験荷重を上記のように定め、スクリ
ーニング試験として図2のような負荷を加えると、大気
中のスクリーニング試験での有効負荷時間tesは、
(5)式の積分により求めることができ、(9)式のよ
うになる。
When the guarantee test load is set as described above and a load as shown in FIG. 2 is applied as the screening test, the effective load time tes in the screening test in the atmosphere is
It can be obtained by integration of the equation (5), and becomes as shown in the equation (9).

【0028】 tes=t0+{σa1/σ1(n+1)}+{σa1/σ2(n+1)} …(9) 大気中のスクリーニング試験では、応力σ1が上記のよ
うな有効負荷時間tesの間負荷することにより、
(4)式のようなき裂進展則に従ってき裂が進展し、強
度が低下する。スクリーニング試験後の残存強度σR
は、セラミックス部品がスクリーニング試験前に有して
いた初期即時破壊強度σfiに依存し、即時破壊試験に
おける有効負荷時間te1とすると、(10)式のよう
になる。
Tes = t0 + {σa1 / σ1 (n + 1)} + {σa1 / σ2 (n + 1)} (9) In the screening test in the atmosphere, the stress σ1 should be applied for the effective load time tes as described above. Due to
The crack grows according to the crack growth rule as expressed by equation (4), and the strength decreases. Residual strength after screening test σR
Is dependent on the initial immediate fracture strength σfi that the ceramic part had before the screening test, and when the effective load time te1 in the immediate fracture test is expressed by equation (10).

【0029】 σR =σa1{(σfi/σa1)n −tes/te1}1/n …(10) 従って、(σfi/σa1)n −tes/te1》1の
場合には、σR とσfiはほぼ等しいが、1≧(σfi
/σa1)n −tes/te1>0の場合には、σR ≦
σa1となり、さらに(σfi/σa1)n −tes/
te1<0の場合には、スクリーニング試験中にセラミ
ックス部品が遅れ破壊により破壊する。
ΣR = σa1 {(σfi / σa1) n -tes / te1} 1 / n (10) Therefore, in the case of (σfi / σa1) n -tes / te1 >> 1, σR and σfi are almost equal. Is 1 ≧ (σfi
/ Σa1) n −tes / te1> 0, σR ≦
σa1 and further (σfi / σa1) n −tes /
When te1 <0, the ceramic parts are destroyed by delayed fracture during the screening test.

【0030】図5は、スクリーニング試験をそれぞれ大
気中と液体窒素中で行なったセラミックス部品に対して
さらに常温大気中の即時破壊試験を行なった結果をワイ
ブルプロット図に比較して示す図である。このように、
液体窒素中でセラミックス部品のスクリーニング試験を
行なうと、このような応力腐食割れによるき裂進展を防
ぐことができるので、セラミックス部品の強度低下を招
くことなく、低強度部品の足切りをすることができる。
FIG. 5 is a diagram showing the results of the immediate destruction test in the atmospheric air at room temperature compared with the Weibull plots for the ceramic parts subjected to the screening test in the air and liquid nitrogen, respectively. in this way,
By conducting a screening test for ceramic parts in liquid nitrogen, it is possible to prevent crack growth due to such stress corrosion cracking, so it is possible to cut off low-strength parts without lowering the strength of the ceramic parts. it can.

【0031】以上述べた第1実施例によれば、液体窒素
中でセラミックス部品のスクリーニング試験を行なうた
め、セラミックス材料に対する水の影響を完全に防ぐこ
とができる。すなわち、スクリーニング試験中の応力腐
食割れを防ぐことができるので、セラミックス部品の強
度低下を招くことなく、低強度部品の足切りをすること
ができる。
According to the first embodiment described above, the screening test of ceramic parts is performed in liquid nitrogen, so that the influence of water on the ceramic material can be completely prevented. That is, since it is possible to prevent stress corrosion cracking during the screening test, it is possible to cut off the low-strength component without lowering the strength of the ceramic component.

【0032】図6は、本発明のセラミックス部品の保証
試験方法の第2実施例を説明するための図であり、本保
証試験方法を実施するための試験装置は、容器1と、下
側圧縮治具8と、上側圧縮治具7とからなり、容器1内
に液体窒素4が収納されている。保証試験を行なうセラ
ミックス部品としては、ガスタービンの静翼に用いられ
るセラミックス静翼部品6であり、これは実使用中には
上側圧縮治具7と下側圧縮治具8により上下から挟みつ
けるように保持される。このため、上側圧縮治具7と下
側圧縮治具8によりセラミックス静翼部品6が上下から
の圧縮力を受けることになる。
FIG. 6 is a view for explaining a second embodiment of the guarantee test method for ceramic parts of the present invention. The test apparatus for carrying out this guarantee test method is a container 1 and a lower compression. It comprises a jig 8 and an upper compression jig 7, and the liquid nitrogen 4 is housed in the container 1. The ceramic component to be subjected to the proof test is a ceramic vane component 6 used for a vane of a gas turbine, which is sandwiched from above and below by an upper compression jig 7 and a lower compression jig 8 during actual use. Held in. For this reason, the ceramic stationary blade component 6 receives a compressive force from above and below by the upper compression jig 7 and the lower compression jig 8.

【0033】本実施例の保証試験方法では、図6に示す
ようにセラミックス静翼部品6を、液体窒素4の中に入
れ、実使用中と同様な圧縮荷重を上側圧縮治具7と下側
圧縮治具8とで加え、所定の圧縮荷重に対して破壊しな
かった部品を合格品として採用する。本実施例の作用効
果は、前述の第1実施例と全く同様であり、本実施例に
おいても、部品の強度低下を招くことなく、低強度部品
の足切りをすることができる。
In the guarantee test method of this embodiment, as shown in FIG. 6, the ceramic stationary vane component 6 is placed in liquid nitrogen 4 and a compressive load similar to that in actual use is applied to the upper compression jig 7 and the lower compression jig. In addition to the compression jig 8, a part that is not destroyed by a predetermined compression load is adopted as an acceptable product. The operation and effect of this embodiment are exactly the same as those of the above-described first embodiment. In this embodiment as well, it is possible to cut off low-strength parts without lowering the strength of the parts.

【0034】図7および図8は、本発明のセラミックス
部品の保証試験方法の第3実施例を説明するための図で
あり、本保証試験方法を実施するための試験装置は、液
体窒素4を収納した容器1と、ラバーチューブ10と、
パイプ117と、圧力発生装置12と、保持ブロック1
3とから構成され、これはセラミックススリーブ部品9
に対する保証試験を行なうものであり、セラミックスス
リーブ部品9はガスタービンの動翼に用いられるもので
あり、金属製の芯金と組み合わせることにより、遠心力
が圧縮力として作用するようにして使用される。
FIGS. 7 and 8 are views for explaining a third embodiment of the guarantee test method for ceramic parts of the present invention. The test apparatus for carrying out this guarantee test method uses liquid nitrogen 4. The container 1 stored, the rubber tube 10,
Pipe 117, pressure generator 12, and holding block 1
3 and this is a ceramic sleeve part 9
The ceramic sleeve component 9 is used for a rotor blade of a gas turbine, and is combined with a metal cored bar so that centrifugal force acts as a compressive force. .

【0035】このような構成で使用されるガスタービン
の動翼では、使用中の温度変化によって金属製の芯金と
セラミックス部品都の間に熱伸び差が生じ、セラミック
ススリーブ部品9に対しては、内側から押し広げられる
ような力が作用する。本実施例の保証試験では、図に湿
すようなセラミックススリーブ部品9を液体窒素4の中
に入れ、実使用中と同様な熱伸び差による負荷を再現す
るため、セラミックススリーブ部品9の内側から液体窒
素を充填したラバーチューブ10によって内圧を負荷す
る。このラバーチューブ10は、保持ブロック13の中
に納められ、パイプ11を介して圧力発生装置12と接
続されており、内圧を所定の圧力に制御できるようにな
っている。スクリーニング試験としては、所定の圧力に
対して破壊しなかった部品を合格品として採用する。本
実施例における作用効果は、前述の第1,第2実施例と
全く同様であり、本実施例においてもセラミックス部品
の強度低下を招くことなく、低強度部品の足切りをする
ことができる。
In the rotor blade of the gas turbine used in such a configuration, a difference in thermal expansion occurs between the metal cored bar and the ceramic component due to temperature changes during use, and the ceramic sleeve component 9 is not affected. , The force that is pushed out from the inside acts. In the guarantee test of the present embodiment, the ceramic sleeve component 9 which is wet in the figure is put in the liquid nitrogen 4 and the load due to the difference in thermal expansion similar to that during actual use is reproduced. The internal pressure is applied by the rubber tube 10 filled with liquid nitrogen. The rubber tube 10 is housed in a holding block 13 and connected to a pressure generator 12 via a pipe 11 so that the internal pressure can be controlled to a predetermined pressure. In the screening test, the parts that did not break under a predetermined pressure are adopted as acceptable products. The operation and effect of this embodiment are exactly the same as those of the above-described first and second embodiments, and in this embodiment as well, it is possible to cut off low-strength parts without lowering the strength of the ceramic parts.

【0036】本発明は、前述した実施例に限定されず、
セラミックス部品に対する負荷試験を液体窒素中でおこ
なったが、液体窒素に限らず、水の氷点温度よりも十分
に低温な液体であればなんでもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Although the load test for the ceramic parts was performed in liquid nitrogen, the liquid test is not limited to liquid nitrogen, and any liquid having a temperature sufficiently lower than the freezing point of water may be used.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、スクリーニ
ング試験中に強度低下を招くことのないセラミックス部
品の保証試験方法および保証試験装置を提供することが
できる。
According to the present invention described above, it is possible to provide a guarantee test method and a guarantee test apparatus for a ceramic component, which does not cause a decrease in strength during a screening test.

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

【図1】本発明によるセラミックス部品の保証試験方法
の第1実施例を説明する実施装置の概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodying apparatus for explaining a first embodiment of a guarantee test method for ceramic parts according to the present invention.

【図2】図1の実施装置によりスクリーニング試験にお
ける負荷荷重の変化を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing changes in applied load in a screening test by the implementation apparatus of FIG.

【図3】Si34 セラミックス部品の大気中と液体窒
素中の即時破壊強度のワイブルプロット図。
FIG. 3 is a Weibull plot diagram of the immediate fracture strength of Si 3 N 4 ceramic parts in air and in liquid nitrogen.

【図4】Si34 セラミックス部品の大気中と液体窒
素中の遅れ破壊強度特性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing delayed fracture strength characteristics of Si 3 N 4 ceramic parts in air and liquid nitrogen.

【図5】Si34 セラミックス部品の大気中と液体窒
素中でスクリーニング試験を行なった後の常温大気中即
時破壊強度のワイブルプロット図。
FIG. 5 is a Weibull plot diagram of the immediate fracture strength of Si 3 N 4 ceramic parts in the air at room temperature after performing a screening test in air and in liquid nitrogen.

【図6】本発明によるセラミックス部品の保証試験方法
の第2実施例を説明する実施装置の概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an implementation device for explaining a second embodiment of the guarantee test method for ceramic parts according to the present invention.

【図7】本発明によるセラミックス部品の保証試験方法
の第3実施例を説明する実施装置の概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an embodying apparatus for explaining a third embodiment of the method for guarantee testing ceramic parts according to the present invention.

【図8】図7のAーA線に沿って切断し、矢印方向に見
た断面図。
8 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7 and viewed in the direction of the arrow.

【図9】従来のSiCセラミックス部品の大気中の遅れ
破壊強度特性を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing delayed fracture strength characteristics of a conventional SiC ceramic component in the atmosphere.

【図10】従来のAl23 セラミックス部品の保証試
験前後の即時破壊強度のワイブルプロット図。
FIG. 10 is a Weibull plot diagram of the immediate fracture strength of a conventional Al 2 O 3 ceramic part before and after the guarantee test.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、2…下側治具、3…上側治具、4…液体窒
素、5…セラミックス部品、6…セラミックス静翼部
品、7…上側圧縮治具、8…下側圧縮治具、9…セラミ
ックススリーブ部品、10…ラバーチューブ、11…パ
イプ、12…圧力発生装置、13…保持ブロック。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Container, 2 ... Lower jig, 3 ... Upper jig, 4 ... Liquid nitrogen, 5 ... Ceramic component, 6 ... Ceramic stationary blade component, 7 ... Upper compression jig, 8 ... Lower compression jig, 9 ... ceramic sleeve parts, 10 ... rubber tubes, 11 ... pipes, 12 ... pressure generators, 13 ... holding blocks.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 使用前の全てのセラミックス部品に対し
て所定の負荷を加え、破壊しなかった部品を合格品とす
るセラミックス部品の全品スクリーニング保証試験方法
において、 セラミックス部品に対する負荷試験を水の氷点温度より
も十分に低温な液体中で行なうことを特徴とするセラミ
ックス部品の保証試験方法。
1. A method for screening and testing all ceramic parts that applies a predetermined load to all the ceramic parts before use and accepts unbroken parts as a passing product. A guarantee test method for ceramic parts, characterized in that the test is performed in a liquid at a temperature sufficiently lower than the temperature.
【請求項2】 使用前の全てのセラミックス部品を、液
体窒素が収納された容器内に浸した状態で、前記セラミ
ックス部品に対して曲げ荷重、圧縮荷重、内部圧力のい
ずれかからなる負荷を一定速度で加え、その後一定負荷
で一定時間加え、最後に除荷速度で除荷し、この段階で
破壊しなかったセラミックス部品を合格品とするセラミ
ックス部品の保証試験方法。
2. All the ceramic parts before use are immersed in a container containing liquid nitrogen, and a constant load of bending load, compression load or internal pressure is applied to the ceramic parts. This is a guarantee test method for ceramic parts, in which the ceramic parts that have not been destroyed at this stage are judged as acceptable products by adding at a speed, then applying a constant load for a fixed time, and finally unloading at an unloading speed.
【請求項3】 水の氷点温度よりも十分に低温な液体が
収納された容器と、 この容器内部に収納され、試験すべきセラミックス部品
に対して曲げ荷重、圧縮荷重、内部圧力のいずれかを負
荷する負荷供給装置と、 を具備し、使用前の全てのセラミックス部品に対して所
定の負荷を加え、この結果破壊しなかった部品を合格品
とするセラミックス部品の全品スクリーニング保証試験
装置。
3. A container containing a liquid having a temperature sufficiently lower than the freezing point of water, and a bending load, a compressive load, or an internal pressure applied to a ceramic part to be tested, which is contained in the container. This is a screening assurance tester for all ceramic parts, which is equipped with a load supply device that applies a load, applies a predetermined load to all ceramic parts before use, and judges the parts that are not destroyed as a result to be acceptable products.
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