JPS62144045A - セラミツクスの高温引張試験方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はセラミックスの高温引張試験方法の改良に関
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の特性を要求さ九る各
分野に利用されつつある。

例えばガスタービンのような高温、腐食環境下でしかも
高い応力のかが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端Ｊ？ｉ
設計や寿命予測を行う上で正夢な因子であり、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１λ。

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
用いた引張試験、板状試験片を用いた片持１１１０ず試
験や３点曲げ、４点曲げの両振試験等が常温から１３０
０°Ｃ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Ｖｊ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雉であり、かか
るセラミツゲスに特有の強度の体積依存性の観点からす
れば、七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。

このため、例えば「特開昭５５−１１３９３５号」公報
に記載されているように、試験片の肩部に棒状片を介挿
して試験片に曲げやねじりの応力が生じないようにする
試験方法が提案されている。しかしながら、かかる試験
方法では曲げやねじりの応力が生しないよう試験中に棒
状片を試行５Ｈ＞誤的に勅かして調整をしなければなら
ず、この作業に多くの時間を要するという問題がある。

また、この調整が不適当なときには試験片がその支持部
ないしｎ部で破断し、結局のところ真の強度測定をでき
ないことが多かった。

本発明の目的は、高温下におけるセラミックスの強度を
正確に把握するに適したセラミックスの高温引張試験方
法を得ることである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、試験片の支持部をチャックで把持して該試験
片に引張力を負荷する引張試験方法において、前記チャ
ックを形状記憶合金で形成し、試験時には該チャックを
形状回復させて試験片を把持するようにしたセラミック
スの高温引張試験方法である。

ここで試験片は評価部とこの評価部の両端に一体的に形
成され評価部より太い寸法を有する支持部からなるが、
チャックは高温になったときこの支持部の全周を均一に
包囲して全周を均一に抑圧するよう、支持部と相似な形
状の四部を有する。

しかしてこの凹部が支持部と相似な形状で支持部よりも
若干小さくなるようチャックは形状記憶処理され、しか
る後チャックは低温で凹部が試験片ＩＮＮ郡部嵌まるま
で四部を拡大加工される。なお。

このチャックは試験片評価部を把持するのと同時にその
外側で引張力を伝達するプルロットに係合されるが、プ
ルロッドには支持穴が設けられてこの支持穴にチャック
が嵌合されるようになっており、チャックとプルロッ）
−の係合は上記の場合と同様にチャンク自体の形状回復
による。すなわち、チャック外形はプルロソｌ’の支持
穴より若Ｉ−人きくなるよう形状記憶処理され、しかる
後低温でチャックが支持穴にＩ＋（まるよう外側から圧
縮加工が施される。

以上のようにして成形されたチャツタは第１図の符号２
に示すように、低温で試験片１の支持部１ｂが凹部２ａ
にＭ合され、さらにその外側をプルロット３の支持穴３
ａに嵌合されているが、かかる試験準備段階では夫々の
側壁間には空隙を残すようになっている。

この状態で試験片１ないしチャック２を図示しない加熱
装置で加熱すると、チャック２は低温での加工前の形状
に記憶回復する。すなわち１．第２図に示すように四部
２ａは試験片１の支持部１ｂを押圧把持するように内側
へ収縮し、同時に外周部がプルロッド３の支持穴３ａに
当接して該プルロット：３にチャックＺ自体が把持され
るよう外側へ膨張する。こうしてチャック２は形状回復
して試暑片↓１ １を強固に把矛し、かつプルロッド３に支承されること
となる。

〔作用〕

試験片１の支持部１ｂをチャック２の収縮力で把持しつ
つ引張力を付与すれば、試験片１にはいかなる部分にも
応力集中を生じることがなく、したがって試験時に試験
片１がその評価部１ａ以外の部分で破断せず、また試験
中には調整を要しないで正確な強度評価を行なうことが
できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施の態様を示すもので、セラミック
スからなる試験片１は評価部１ａとこれより大径の支持
部１ｂを有する丸棒状であり、この試験片１の支持部１
．ｂにはＮｉ　−Ｔｊ系形状記憶合金で形成されたチャ
ック２がその四部２ａを被せるようにして挿入されてい
る。同時に、このチャック２はその外側をプルロッド３
に形成された内面がテーパー状の支持穴３ａに挿入され
る。

すなわちチャック２は有底円筒状であり、その寸法は常
温においては第１図に示すように、チャック２の凹部２
ａと試験片支持部１ｂ外周面の間、およびチャック２の
外周面とプルロッド３の支持穴３ａの間に、それぞれ隙
間が生ずるよう加工成形されている。

しかして、プルロッド３は上記のようにチャック２を支
承する一方、その他端が球面自在継手４を介して図示し
ない試験装置に接続されている。

なお、試験片１の評価部１ａの両端に相当する位置には
、この評価部１ａを１１髪通して熱しゃへい扱５が配設
され、加熱昇温時に評価部１ａの温度と支持部ｌｂない
しチャック２の温度をそれぞれ所定の温度に保持するこ
とができるようになっている。

第２図は試験時における試験片支持の様子を示すもので
、試験片１の周囲に、没けられた図示しない加熱器によ
って全体が５００°Ｃに１分間恒温加熱されると、チャ
ック２は形状回復し、その凹部２ａは試験片１の支持部
１ｂを抑圧把持するように内側へ収縮し、同時に外周部
がプルロッド３の支持穴３ａに当接して該プルロッド３
にチャツク２自体か把持されるよう外側へ膨張する。こ
うしてチャック２を介した試験片１はプルロッド３に強
固に接続されることとなる。

このようにチャック２が高温になったとき、四部２ａが
試験片支持部１ｂの全周を均一に包囲し、しかもその外
周がプルロッド３の支持穴３ａに密接するようにするに
は、チャック２の凹部２ａを支持部１ｂと相似な形状で
該支持部１ｂより若干小径になるようにするとともに、
外形がプルロッド３の支持穴３ａより若干大きくなるよ
うに形状記憶させろ。

ここではプルロッド３の支持穴３ａは内部に向かって末
広形のテーパ状に形成されているが、チャック２の外形
は真直な円柱状で、このように両者を互いに相似でない
形状にした方がより強固な接続ができる。

上記のように形状記憶させるには、Ｎｉ　−Ｔｉからな
る素材を上記形状のチャックに成形した後３００℃で１
時間保持する。しかして、このままの形状では試験片の
挿入およびプルロッド支持穴への嵌合ができないので、
上記加熱後チャックを室温まで焼入れし、第１図に示す
ように試験片の支持部。

プルロッドの支持穴の寸法のそれぞれより若干余裕のあ
る寸法になるよう、チャック凹部および外周面に塑性加
工を施す。

なお、チャックが形状回復時にそれ自体の収縮によって
試験片支持部に与える応力は、上記５００°Ｃにおいて
セラミックスの降伏強度以上であり、この結果形状回復
時には当初の記憶形状に近い状態までチャックは変形す
る。したがってチャックの素材としては、形状記憶合金
であって形状回復時にかかる変形が得られるものであれ
ば、Ｎｉ−Ｔｉ系に限らずその他の材料であって差支え
ない。

以上述へたようにして、第２図のように試験片をチャッ
クを介してプルロッドに接続して引張応力を負荷すれば
、プルロッドに接続された球面自在継手と相俟って試験
片には長手方向の軸に平行な応力のみが作用し２曲げ応
力やせん断力が生ずるのが防止される。また試験片の支
持は軸方向に平行な支持部の面でなされているから、引
張負荷作用時に応力集中が生ずることがなく、したがっ
て試験片の破断はその評価部で生じ、正確な材料強度を
求めることができる。

第３図の曲線Ａは上記の態様で試験片としてＳｉＮ系セ
ラミックスを用い、タングステンからなる熱しゃへい板
を配置して１０００°Ｃで引張試験を行なったときの引
張荷重と試験片に生ずる曲げ成分の関係を示したもので
ある。なお１曲線Ｂおよび曲ａＣは同様の条件で試験片
の支持をそれぞれ（令状体、コレットチャックで行なっ
たときの関係を示したもので、これら曲線Ａ、Ｂ、Ｃを
比較すれば１本発明の方法にかかる曲線Ａが曲げ成分が
少なく、極めて優れていることが理解される。

〔発明の効果〕

以」二述べたとおり、本発明は試験片を形状記憶合金か
らなるチャックで支持し、試験時に該チャックを形状回
復させるようにしたものであるから。

本発明によれば、試験片にチャックを応力の偏在なく取
着することができ、また引張力はこのチャックを介して
伝達することができる。したがって曲げ応力やせん断力
の発生が少なく、また試験片支持部に応力集中が起こら
ない等の効果があり、本発明の方法によれば正確なセラ
ミックスの強度を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の詳細な説明するための図
で、第１図は試験片装架時の試験装置全体の一部切欠断
面図、第２図は形状回復後のチャックの様子を示す説明
図、第３図は試験時の引張荷重と試験片に作用する曲げ
成分の関係を示す線図である。 １・・・試験片　　　　　　１ａ・・評価部１ｂ・・・
支持部　　　　　　２・・・チャック２ａ・・・凹部　
　　　　　　３・・・プルロット３ａ・・・支持穴　　
　　　　４・・・球面自在継手５・・・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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試験片の支持部をチャックで把持して該試験片に引張力
   を負荷する引張試験方法において、前記チャックを形状
   記憶合金で形成し、試験時には該チャックを形状回復さ
   せて試験片を把持するようにしたセラミックスの高温引
   張試験方法。