JPS6177757A - 高温弾性率測定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、超音波を用いて各種の試料、とりわけセラミ
ックスの弾性率を測定する方法に関し、更に詳しくは、
高温に至るまでセラミックスの弾性率を精度よく測定す
る方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

各種のセラミックスを高温下における構造材料として用
いる場合には、それらセラミ、クスの高温における弾性
率を知らなければならないし、したがってその値を測定
しなければならない。

従来から、試料の弾性率を測定する方法として、試料に
超音波振動子を貼着し該振動子から超音波を発信してこ
れを試料内に伝播させその音速から弾性率を算出すると
いう方法が知られている。

この場合、用いる超音波振動子には自ずから使用可能な
温度の限界が存在するので、高温までの測定には次のよ
うな方法が適用されている。すなわち、超音波振動子を
試料に直接貼着せず、間に透明石英製のバッファーロッ
ドを介在させ、振動子を貼着したバッファーロッドの一
端は冷却し、他方、試料が接着されている他端を高温に
まで加熱するという方法である。この方法により、高温
に到るまで試料の弾性率を測定することが可能になる。

この方法は、ロフトと試料との接着面及び試料の自由端
面の２箇所における超音波の反射を利用できるので、測
定結果は精度の高い値が得られる。

しかしながら、本質的な問題として、高温下でロッドと
試料とを接着させることができない場合又は接着困難で
ある場合には高温測定ができないという欠点を避は得な
い。

このような欠点を解消する方法として、柱状の試料の一
端、すなわち超音波振動子を貼着した試料端部と対向す
る端部に、端面が互いに平行にな゛るように切除して形
成した一段の階段状段差を設け、かつ、試料外周面には
環状又はスパイラル状の溝を形成した試料を前記したバ
ソファーロンドと兼用して用いるという方法が行われて
いる。

この方法の場合、振動子から発信された超音波のうち、
放射状に伝播するものは試料外周面の溝で乱反射するの
でほとんど観測されず、階段状に設けられているそれぞ
れの端面で反射した反射波（エコー）のみが振動子で受
信される。したがって、振動子が貼着されている試料の
端部を冷却し、階段状の段差部分を高温にまで加熱して
、前記した２種類の反射波の時間間隔を測定したり、又
は反射波の干渉を測定したりして高温弾性率の測定が可
能になる。

しかしながら、この方法は、反射波が２種類しか得られ
ないこと、しかも反射波の時間間隔は振動子とそれに対
向している階段状段差との幾何学的な位置関係に依存す
る場合があること、などの理由によって一度の測定にお
ける精度は低いという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、高温に到るまで試料の音速、したがって弾性
率を精度よく測定する方法の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の高温弾性率測定法は、両端面が平行な被測定試
料のそれぞれの端面に超音波振動子を貼着して該試料の
弾性率を測定する方法であって、該試料の軸長方向の相
異なる２つの位置に、軸長方向とは直角にそれぞれ切込
み部を形成し、かつ該試料の外周面に環状又はスパイラ
ル状の溝を刻没し、該切込み部の温度を変化させて弾性
率を測定することを特徴とする。

以下に、図面に則して本発明方法を説明する。

第１図で、１が被測定試料である。試料１の全体形状は
格別限定されるものではないが、円柱。

角柱などが好ましい。ｌａ、ｌａ’　は試料１のそれぞ
れの端面であり、これら端面ば互いに平行になっている
。端面１ａ、ｌａ”の上にはそれぞれ超音波振動子２ａ
、２ａ’が貼着され、それぞれの振動子にはリード線２
ｂ、２ｂ’　が付設されている。

ＩＣは試料１の外周面に形成された環状又はスパイラル
状の溝で、振動子２ａ、２ａ’から放射状に発振した超
音波を乱反射して、後述の切込み部からの反射波のみを
観測するために設けられている。

試料１の特徴は、その軸長方向の相異なる２つの位置に
切込み部１ｄ、ｌｄ’が形成されていることである。切
込み部１ｄ、ｌｄ’　の形成位置は試料１の軸長方向の
任意の箇所であってよいが、後述するようにこの箇所を
加熱することからして、振動子２ａ、２ａ’　に熱影響
を与えないような位置２具体的には試料１の略中央部で
あることが好ましい。

切込み部１ｄ、ｌｄ’　のそれぞれの切込み面は互いに
平行になっており、かつ、試料１の端面１ａ、ｌａ”と
も平行である。すなわち、試料１の両端面１ａ、ｌａ’
、切込み部１ｄ、ｌｄ’　のそれぞれの切込み面４面は
全て互いに平行になっている。

また、試料１を端面方向から透視した場合、切込み部１
ｄ、ｌｄ’　は第２図に例示したように互いに重なり合
わないように形成される。端面方向からみたときの各切
込み部の形状は、格別限定されるものではない（第２図
では扇状）。

３ａ、３ａ’　は例えば電気炉ヒータのような加熱手段
であって、切込み部１ｄ、ｌｄ’全体を加熱するように
配設される。

まず、振動子２ａから発振した超音波の一部は、切込み
部１ｄの面１ｄｌで反射する。超音波の他の部分は、切
込み部１ｄ’　の面１ｄ゛１で反射する。

したがって、振動子２ａでは、距Ｍｌｔｌｄｔ〜１ｄ゛
１に相当する時間間隔が測定される。同様に振動子２ａ
１では、距離１ｄ°２〜ｌｄ２に相当する時間間隔が測
定される。

したがって、それぞれの時間間隔からその温度における
音速１弾性率を算出することができる。

〔発明の実施例〕

直径３０１１ＩＩＩ＋長さ５００Ｒ１１Ｉ＋の窒化ケイ
素製円柱試料を用意した。

一端から２５０ｍｍの位置に両端面に平行に最大深さ１
５＋ｏｍの直線状切込・みをいれた。ついで、一端から
２６０ａ＋ｍの位置でかつ前記切込み部とは反対側の外
周から同様の切込みを直線状にいれた。

２つの切込み間の距離は８＋ＩＩＩＩ＋であった。しか
るのちに、試料の外周面に１１１１ｍ間隔で深さ１ｍｍ
の環状溝を刻設した。（その後両端面を研磨してそこに
水晶製超音波振動子を貼着した。） 切込み部を電気炉の中にいれて種々の温度に加熱して各
温度において弾性率を測定した。

振動子２ａ、振動子２　ａ＋からの超音波による反射波
の振幅一時間の関係をそれぞれ第３図、第４図として示
した。

第３図で時間ｔ１の振幅は切込み部１ｄによるもの、時
間ｔ２の振幅は切込み部１ｄ’　によるものである。ま
た第４図で時間ｔ３の振幅は切込み部１ｄ’　によるも
の１時間ｔ４の振幅は切込み部１ｄによるものである。

時間間隔ｔ２−ｔ１から求めた弾性率には約３％のばら
つきが、時間間隔ｔ４−ｔうから求めた弾性率には約２
％のばらつきがあった。

そこで、振動子２ａ、２ａ’　の位置を相互にずらしな
がらそれぞれの場合の時間間隔を測定し両者の差が１％
以下になったところで各振動子を固定し、その状態を保
持したまま、電気炉を作動して切込み部を室温から１１
５０℃まで昇温させつつ各温度における弾性率を測定し
た。得られた弾性率の測定誤差は０．５％であり、極め
て高精度の測定ができた。

なお、比較のために外周面に溝を刻設しなかった外は実
施例と同様の試料を用いて反射波の振幅一時間の関係を
側車した。その結果を第５図に示した。外周面からの反
射波が観測され、切込み部からの反射強度も減少し、時
間ｔｌ、ｔ２を区別することが困難であった。なお、こ
のときの測定弾性率には約３％のばらつきがあった。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明方法によれば、時
間間隔ｔｌ−ｔｌ、ｔ％〜ｔ３を同時にかつ別個に振動
子で測定することができ、それらの値を平均化すること
により振動子の幾何学的配置関係によって生ずる誤差が
相殺されるので精度の高い値が得られる。また、切込み
部を加熱するので、前述した接着法に付随する問題点も
解消して高温まで連続的に温度変化させて測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を通用する際の各要素の配置関係を
示す図であり、第２図は２つの切込み部の位置関係を例
示する図である。第３図、第４図は、それぞれ振動子２
ａ、２ａ”で得られる反射波の振幅一時間の関係図であ
る。第５図は比較例試料の反射波の振幅一時間の関係図
である。 １・・・被測定試料、ｌａ、ｌａ’　・・・端面。 ２ａｌ　　２２’　・・・超音波振動子、ｌｃ・・・溝
。 １　ｄ、　　１　ｄ’　・・・切込み部、３ａ、３ａ’
　・−・加熱手段。 第１図 第３図 時閉− 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両端面が平行な被測定試料のそれぞれの端面に超音波振
   動子を貼着して該試料の弾性率を測定する方法であって
   、 該試料の軸長方向の相異なる２つの位置に、軸長方向と
   は直角にそれぞれ切込み部を形成し、かつ該試料の外周
   面に環状又はスパイラル状の溝を刻設し、該切込み部の
   温度を変化させて弾性率を測定することを特徴とする高
   温弾性率測定法。