JPS62134538A - セラミツクスの高温引張試験方法およびその装置 - Google Patents

セラミツクスの高温引張試験方法およびその装置

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JPS62134538A
JPS62134538A JP27495385A JP27495385A JPS62134538A JP S62134538 A JPS62134538 A JP S62134538A JP 27495385 A JP27495385 A JP 27495385A JP 27495385 A JP27495385 A JP 27495385A JP S62134538 A JPS62134538 A JP S62134538A
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JP
Japan
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test piece
temperature
ceramics
temp
test
Prior art date
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Pending
Application number
JP27495385A
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English (en)
Inventor
Masamitsu Ono
小野 正光
Kiyoshi Saito
潔 斎藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は脆性材料の評価試験方法およびその装置に係
り、特にセラミックスの高温引張試験方法およびその装
置の改良に関する。
(従来の技術〕 セラミックスは、高温領域において高強度、高耐食性が
ありしかも軽量で線膨張係数、熱伝導率が小さいなどの
利点を有することから近年これらしかも高い応力のかか
る構造部材としての適用には、有効かつ将来性に大きい
ものがある。
一方セラミックスは、高温、腐食雰囲気下で長時間の一
定応力や繰返し応力などの苛酷な条件下で使用すると、
その材料特性が変化し、比較的低い応力で破壊すること
がある。このようなりリープや疲労等の現象は構造設計
や寿命予測を行う上で重要な因子であり、したがってセ
ラミックスを構造材料として使用する場合その特性を十
分に把握しておく必要がある。
しかし、セラミックスが構造材料として注目をあびてき
たのは最近のことであり、その特性評価方法は確立され
ているとは言えない。また、従来の金属材料の特性評価
方法はセラミックスが脆性材料であるため、そのまま適
用できないことが多しAo セラミックスの機械的な試験方法としては丸棒試験片を
用いた引張−圧縮試験、板状試験片を用いた片持曲げ試
験や3点曲げ、4点曲げの両振試験等が常温から130
0℃程度の高温までの範囲で行われているが、主に曲げ
試験が実施されることが多く、丸棒試験片を用いた引張
試験はほとんど実施されていないのが実情である。
一般にセラミックスの強度は表面および内部の欠陥に支
配されるため、従来から行われている曲げ試験では内部
欠陥の挙動を適確に把握することが困難であり、かかる
セラミックスに特有の強度の体積依存性の観点からすれ
ば、上記曲げ試験よりも実用部材に近い状態の試験であ
る引張試験を行う方が望ましい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
セラミックス材料が金属材料と異なる最も大きな点は、
その延性がきわめて劣しいことである。
したがってセラミックス材料の引張試験をする際に、荷
重の中心軸がわずかにずれても剪断力や曲げ応力が生じ
、低応力で破壊したり、また試験片支持部に応力集中が
生じその個所で破断するという問題があり、真の強度を
測定できない場合が多い。
かかる問題点を解決するため、たとえば、「特開昭55
−113935号」公報に記載されているように、試験
片aの肩部すを棒状体Cに係合するようにプルロッドd
に装着したうえ自在継手eを介して荷重を付与する試験
方法が提案されている(第8図)。
このように棒状体Cを係合させることは自在継手dの使
用と相俟って、試験片aに曲げやねじりの応力が作用し
てこの試験片aが低い応力で評価部f以外の部分で破断
するのを防止する上で有効である。
ところがそのようにして曲げ応力等の発生を防ぐには、
試験中に棒状体Cを試行鎖誤的に動かして調整しなけれ
ばならず、この作業に多大な時間を要し、またこの調整
は微妙な操作であることがら容易なものではなく、結果
的に多くの試験片が上記曲げ応力によって試験片肩部で
破壊してしまうのが実情であった。
本発明は試験片がその評価部で確実に破断するようにし
て、信頼性の高いデータを得られるようにしたセラミッ
クスの高温引張試験方法およびその装置を得ることを目
的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、試験片を高温に維持しつつ治具に係合させて
外方へ引張る通常の高温引張試験方法において、前記治
具に係合されている試験片部分の温度を該試験片の評価
部の温度より破断しにくい温度に保持することを基本的
な内容とするセラミックスの高温引張試験方法ならびに
この方法を実現するための装置である。
試験装置は、試験片を治具に係合させて該試験片を長手
方向に外方へ引張るようなされた通常の引張試験装置に
おいて、試験片を加熱する手段を付設すると共に、この
加熱手段を試験片長手方法の温度分布の制御が可能なよ
うにして構成される。
かかる加熱手段は、例えば試験片の周囲に発熱体を配設
したうえ、この発熱体と試験片の間に該試験片の長手方
向に可動な熱しゃへい板を配量するとか、或いは試験片
の長手方向に複数個に分割した発熱体を配設する等の構
成からなる。
〔作   用〕
材料の高温引張試験においては、一般に試験片の周囲に
加熱手段が付設されこれを作動させて試験片の温度を維
持しながら試験が行われる。セラミックスの場合は耐用
温度が高いこともあって試験温度は高温であることが多
いが、この試験温度もさることながら、前述のように試
験時に試験片が評価部以外の応力集中部で破断に至って
しまう問題がある。
このようなセラミックスの破壊強度の温度依存性は第5
図に示すような曲線で表される。すなわち、曲線Iで示
したSi、 N、系等のセラミックスは一般の金属と同
じく温度の上昇とともにその破壊強度は急激に低下する
が、これとは逆に曲線■のように温度の上昇とともに破
壊強度が上昇するSiC系等上等セラミックスうなもの
もある。そこで本発明の発明者らはかかるセラミックス
の破壊強度の温度依存性に着目し、引張試験装置の治具
に係合されている試験片部分の温度を該試験片の評価部
の温度より破断しにくい温度に保持することにより、上
記問題を解決した。
本発明の方法を実施するには試験片を加熱する手段が、
試験片の長手方向の温度分布を任意に制御できるように
構成される。すなわち、上記の構成において、試験片の
うち低温に保持したい部分には発熱体との間に熱しゃへ
い板を介挿するか。
或いは当該部分の発熱体の発熱量を低減することにより
、試験片長手方向の温度分布を制御することができ、こ
の結果試験片の破壊強度の温度依存性を利用して試験片
を高い確率でその評価部で破断させることができる。し
たがってセラミックスの引張強度をより正確に知ること
ができる。
〔実施例〕
第1図および第2図は本発明の一実施例を示すもので、
丸棒状の試験片1はその両端に中央の評価部1aよりも
径の大きな支持部1bを備える形状で、この評価部1a
と支持部1bは滑らかな曲面で接続されて肩部1cが形
成されている。しかして、試験片1はこの肩部1cをプ
ルロッド2に架設された棒状体3に係合されて装着され
るようになっている。
符号4は自在継手であって、この自在継手4を介して図
示しない作動装置から引張力がプルロッド2および棒状
体3を経て試験片1に伝達される。
上記プルロッド2を含めた試験片1の周囲には第2図に
示すように90°間隔で赤外線発熱体5が配設され、そ
の外周は炉壁6で覆われてしする。また試験片1と赤外
線発熱体5との中間には筒状の熱しゃへい板7が、試験
片1の長さ方向に分割されて上下に可動に装架されてい
る。
このような構成において、上記熱しゃへい板7をそれぞ
れ試験片1の支持部1bおよび肩部ICを赤外線発熱体
5からの発熱に対してしやへいするよう設置すれば、高
温引張試験時に試験片1の評価部1aに比べて支持部1
bさらに肩部ICの温度を低く片1の評価部1aを所望
の温度としたときに、特に肩部1cの強度が上記評価部
1aより大きくなるようにその部分の温度がこの評価部
1aに比べて低くできるのであれば差支えない。また熱
しゃへい板7を昇温時にも可動できるよう装架しておけ
ば、より柔軟な温度制御を行うことができる。
第3図、第4図は他の実施例を示すもので、熱しゃへい
板8が試験片1の評価部1aの全長を覆う長さをもち、
しかも第4図に示すようにこの熱しやへい板8を赤外線
発熱体5に対向して配設された帯状のシールド8aから
構成されている。かかる構成によれば高温引張試験時に
試験片1の評価部1aの温度を支持部1bないし肩部I
Cの温度に比べて低く保持することができる。その際、
熱しゃへい板8は帯状のシールド8aで構成されている
から、評価部1aへの熱は完全にしゃ断されるわけでは
なく、したがって評価部1aの温度をある程度の高温ま
では確保できる。
第5図はセラミックスの破壊強度の温度依存性を示す曲
線であるが、温度が上昇するにつれて強度が低下するS
i、N4系等のセラミックス(曲線I)では、第1図に
示したように試験片の支持部ないし肩部の温度を評価部
よりも低くするように熱しゃへい板を介挿し、この逆に
温度が上昇するにつれて強度がある程度上昇するSiC
系等のセラミツエ クス(曲1llA、E11)では第3図に示したように
評価部の温度より支持部ないし肩部の温度が高くなるよ
うにする。このような試験時の温度分布の様子を模式的
に示したのが第6図であり、温度分布をこのように制御
することにより、試験片の支持部ないし肩部の温度をそ
の試験片の評価部の温度より破断しにくい温度に保持す
ることができる。
さらに他の実施例を第7図を用いて説明する。
第7図において試験片1の周囲に設置された発熱体9は
全体が試験片長手方向に3つのパートに分割され、個々
のパートを構成するヒータユニット9a、 9b、 9
cはそれぞれ独立して発熱量を増減できるようになって
いる。このような構成によれば、試験片1が例えばSi
3 N4系のセラミックスであるときには、ヒータユニ
ット9bの発熱量を9a、 9cよりも大きくして評価
部1aの温度を所望の温度にするようすれば、支持部1
bないし肩部1cの温度をこれより低く保持することが
でき、この状態で引張力を負荷すれば試験片1を評価部
1aで破断させることができる。逆にSiC系のセラミ
ックスのときは、ヒータユニット9a、 9cの発熱量
を9bよりも大きくなるようすれば、同様に試験片1を
評価部1aで破断させることができる。なお、この第7
図のものにさらに熱しゃへい板を介挿すれば、一層きめ
細かな温度制御を行うことができる。
〔発明の効果〕
以上述べたとおり、本発明は治具に係合されている試験
片部分の温度を該試験片が破断しにくい温度に保持する
ものであるから、本発明によれば、試験中に曲げや捩り
を防ぐため煩雑な位置合せをしなくとも確実に試験片を
その評価部で破断させることができ、正確なセラミック
スの強度評価を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例に係るセラミッ
クスの引張試験装置を示すもので、第1図は軸方向断面
図、第2図は第1図のA−A線矢視断面図、第3図およ
び第4図は本発明の他の実施例を示すもので、第3図は
軸方向断面図、第4図は第3図のB−B線矢視断面図、
第5図はセラミックスの破壊強度と温度の関係を示す線
図、第6図は試験片の長手方向の温度分布を示す説明図
、第7図は本発明の他の実施例を示す断面図、第8図は
従来の引張試験装置の概略を示す断面図である。 1・・・試験片、      1a・・・評価部、1b
・・・支持部、      lc・・・肩部。 2・・・プルロッド、     3・・・棒状体、4・
・・自在継手、     5,9・・・発熱体、6・・
・炉壁、       7,8・・・熱しゃへい板代理
人 弁理士 則 近 憲 佑 同  三俣弘文 第1図 第2図 第4図 第3図 温度 □ 第5図 温度  温度 第6図 第7図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試験片を高温に維持しつつ治具に係合させて外方
    へ引張る高温引張試験方法において、前記治具に係合さ
    れている試験片部分の温度を該試験片の評価部の温度よ
    り破断しにくい温度に保持することを特徴とするセラミ
    ックスの高温引張試験方法。
  2. (2)試験片を治具に係合させて該試験片を長手方向に
    外方へ引張るようなされた引張試験装置において、前記
    試験片を加熱する手段を付設すると共に、該加熱手段を
    試験片長手方向の温度分布の制御が可能なように構成し
    たことを特徴とするセラミックスの高温引張試験装置。
  3. (3)加熱手段は試験片の周囲に配設された発熱体と、
    この発熱体と試験片の間に介挿され該試験片の長手方向
    に可動に配量された熱しゃへい板とからなる特許請求の
    範囲第2項記載のセラミックスの高温引張試験装置。
  4. (4)加熱手段は試験片の長手方向に複数個に分割され
    た発熱体からなることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載のセラミックスの高温引張試験装置。
JP27495385A 1985-12-09 1985-12-09 セラミツクスの高温引張試験方法およびその装置 Pending JPS62134538A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102175536A (zh) * 2011-01-10 2011-09-07 武汉科技大学 一种非金属材料高温抗拉强度的测试装置
JP2017207523A (ja) * 2012-08-08 2017-11-24 エムティーエス システムズ コーポレイション 高温環境用試験標本ホルダー
KR20180064844A (ko) * 2016-12-06 2018-06-15 주식회사 포스코 고온 물성 평가장치 및 그를 이용한 평가방법
RU2696934C1 (ru) * 2018-10-29 2019-08-07 Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" Способ определения предела прочности керамики при осевом растяжении
CN110918418A (zh) * 2019-11-29 2020-03-27 西安航天动力测控技术研究所 一种用于大型试件高温应变粘贴时的固化装置
KR102545149B1 (ko) * 2022-12-28 2023-06-20 목포대학교산학협력단 Lng 극저온화물창 폴리우레탄폼 소재에 대한 극저온 인장시험 장치

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