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Research

Keywords

複合材料・物性

PublicationsNIMS affiliated publications since 2004.

Proceedings

Society memberships

日本セラミックス協会, 日本金属学会, 耐火物技術協会

Research Center for Structural Materials
Title

室温~1400℃の高温顕微観察・ひずみ測定技術

Keywords

高温観察,ひずみ測定,耐熱材料,高温反応,高温損傷

Overview

熱エネルギーの有効活用のためセラミックス基複合材料(CMC)など耐熱構造材料の重要性が増している。高温での変形・破壊挙動や化学的な劣化をその場観察し、さらに観察画像を解析しひずみ分布測定も行うことができれば、破壊・劣化機構の理解や材料設計に大きな貢献ができる。また、熱サイクル中の材料表面を連続的に観察できれば、様々な温度で生じる変化を1回の実験、1個の試料で調べることが可能になる。本研究では、高温で材料自身が発する輻射光を遮断し、輻射光より短い波長の照明を用いることにより、輻射光の影響を受けずに室温~1400℃まで連続して高温光学顕微観察を行える技術を開発した。また、デジタル画像相関法(DIC)を組合わせ高温ひずみ測定も可能にした。

Novelty and originality

室温~1400℃まで連続して輻射光の影響を受けずに光学顕微観察が可能。
輻射光によるコントラスト低下(白飛び)のない画像を安定して取得できるためDICが適用でき、ひずみ分布測定が可能。
高温機械試験機と組合せた熱機械的損傷のその場観察、高温反応のその場観察、熱膨張係数測定、濡れ角測定など様々な応用。

Details

image

(A) 開発した高温光学顕微観察システムの概要。(B)開発したシステムを様々な温度、ディメンジョンで応用した例:① 引張負荷中のセラミックス基複合材料(CMC)の引張ひずみおよびせん断ひずみ分布を測定し、破壊機構を明らかにした。② CMC用耐環境コーティング(EBC)の熱サイクル中の損傷過程をその場観察し、昇温途中の1000℃でマッドクラックが発生する瞬間を捉えた。③ 冷却中のEBCの熱ひずみを測定した。これを用いて室温~1400℃での面内方向の熱膨張係数を温度の関数として取得した。④ 多結晶セラミックス上のビッカース圧痕の頂点から発生したき裂が高温でヒーリングする過程をその場観察した。

Summary

1400℃で光学顕微レベルでDIC測定を行える技術は他に例がない。高温損傷のその場観察だけでなく、これまで困難であったコーティングの面内熱膨張係数の測定など、ユニークな成果を挙げている。既存の炉や高温機械試験機と容易に組合せ可能で、今後も多様な応用展開が考えられる。

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