JPH11218480A - セラミックス焼結体の熱衝撃試験法およびその装置 - Google Patents

セラミックス焼結体の熱衝撃試験法およびその装置

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JPH11218480A
JPH11218480A JP10034265A JP3426598A JPH11218480A JP H11218480 A JPH11218480 A JP H11218480A JP 10034265 A JP10034265 A JP 10034265A JP 3426598 A JP3426598 A JP 3426598A JP H11218480 A JPH11218480 A JP H11218480A
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thermal shock
test piece
sintered body
ceramic sintered
sheet
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JP10034265A
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Katsuji Uchimura
内村  勝次
Hiroyuki Ishiguro
石黒  裕之
Kazuhiro Ota
和弘 太田
Manabu Takatsu
学 高津
Yasunobu Mizutani
安伸 水谷
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Sintokogio Ltd
Toho Gas Co Ltd
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Sintokogio Ltd
Toho Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱衝撃を受けた試験片の熱応力破壊強度につ
いて、高精度の試験結果を得ることができる上に、計測
操作が簡便な試験方法を提供する。 【解決手段】 所定寸法の直方体状を成しかつ一表面に
予め電気ヒーターのシート状発熱素子2を一体的に密着
させたセラミックス焼結体製の試験片Tを、所定の支持
治具1・1とシート状発熱素子2密着面に当接した力検
出手段10の力検知部とで拘束した後シート状発熱素子
2で加熱するか、または、試験片Tを支持治具1・1と
力検知部10とで拘束した後、試験片Tにおける力検知
部10の当接面に加熱したシート状発熱素子2を接触さ
せ、これによりそれぞれの試験片Tの一表面に熱衝撃を
与えて、それぞれの場合の試験片の変形による力を力検
出手段で検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス焼結体に
熱による衝撃を与えた際に、この熱衝撃に対するセラミ
ックス焼結体の熱応力破壊強度を試験する方法およびそ
の装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の試験方法のひとつとし
て、例えば、特開平3―81642号公報で開示される
ものがある。これは、円板状の試験片の中央部を熱衝撃
的に加熱して、その際の試験片の寸法変化を測定するよ
うにしたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された従来の試験方法では、試験結果の精度がまだ不
十分であり、このため、より精度の高い試験方法の出現
がこの種の業界から要請されていた。本発明は、上記の
事情に鑑みてなされたもので、その目的は、熱衝撃を受
けた試験片の熱応力破壊強度について、高精度の試験結
果を得ることができる上に、計測操作が簡便な試験方法
とその装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するために請求項1および請求項2におけるセラミ
ックス焼結体の熱衝撃試験法は、セラミックス焼結体に
熱による衝撃を与えた際に、この熱衝撃に対するセラミ
ックス焼結体の熱応力破壊強度を試験する方法であっ
て、所定寸法の直方体状を成しかつ一表面に予め電気ヒ
ーターのシート状発熱素子を一体的に密着させたセラミ
ックス焼結体製の試験片を、所定の支持治具と電気ヒー
ター密着面に当接した前記力検出手段の力検知部とで拘
束した後前記シート状発熱素子で加熱するか、または、
前記試験片を支持治具と力検出手段の力検知部とで拘束
した後、前記試験片における前記力検知部の当接面に加
熱した前記シート状発熱素子を接触させ、これによりそ
れぞれの試験片の一表面に熱衝撃を与えて、それぞれの
場合の試験片の変形による力を前記力検出手段で検出す
ることを特徴とする。
【0005】本発明において、試験片を直方体状にする
ことにより、試験片は、一様な熱流束が形成でき、ま
た、加熱による加熱面からの温度勾配が顕著になり、そ
の結果、測定値が精確になる。また、電気ヒーターのシ
ート状発熱素子を用いることにより、試験片における加
熱すべき一表面を全体的にかつほぼ一様に加熱すること
ができるため、測定値が精確になる。さらに、試験片の
変形による力を力検出手段で検出するため、慣用のいわ
ゆるロードセルを使用できて、測定値が精確になる。な
お、ここで、セラミックス焼結体とは、ファインセラミ
ックス、ガラス、陶磁器、セメント、耐火物等をいう。
【0006】また、請求項3におけるセラミックス焼結
体の熱衝撃試験装置は、セラミックス焼結体に熱による
衝撃を与えた際に、この熱衝撃に対するセラミックス焼
結体の熱応力破壊強度を試験する装置であって、所定寸
法の直方体状を成すセラミックス焼結体製の試験片を、
所定の間隔をおいた少なくとも2個所で支持する2個の
支持部材と、これら2個の支持部材に支持された試験片
に対して熱による衝撃を与える電気ヒーターのシート状
発熱素子と、熱衝撃を与えた前記試験片における熱衝撃
付与面の変形による力を検出する力検出手段と、この力
検出手段の力検知部に対して前記試験片を進退動させる
移動手段と、前記電気ヒーターのシート状発熱素子、前
記力検出手段および前記移動手段を制御する制御手段
と、を具備していて、シート状発熱素子による熱衝撃で
変形した試験片の変形による力を力検出手段で検知す
る。
【0007】
【発明の実施の態様】本発明の一実施例について、概略
正面図である図1に基づき詳細に説明する。本発明の試
験法を実施するための装置は、所定寸法の直方体状を成
すセラミックス焼結体製の試験片Tを、所定の間隔をお
いた少なくとも2個所で支持する2個の支持部材1・1
と、2個の支持部材1・1に支持された試験片Tに対し
て熱による衝撃を与える電気ヒーターのシート状発熱素
子2と、試験片Tにおける熱衝撃での変形による力を検
出する力検出手段3と、力検出手段3の力検知部に対し
て試験片Tを進退動させる移動手段としての電動シリン
ダ4と、前記電気ヒーターのシート状発熱素子2、前記
力検出手段3および前記電動シリンダ4をそれぞれ制御
する制御手段としての制御盤5と、で構成してある。
【0008】そして、前記2個の支持部材1・1は、そ
れぞれ丸棒状を成しかつ左右方向へ所要の間隔(間隔:
30mm)をおき取り付け台6を介して昇降テーブル7の
上面に装着してあり、昇降テーブル7は、定盤状の基台
8の上面中央に設置された前記上向きの電動シリンダ4
の伸縮ロッドの先端に固着してある。なお、前記支持部
材1は、熱伝導率が小さいものが好ましく(20〜1
W/mK)、熱膨張率も小さいものが好ましく(10〜
0.1×10−6 /℃)、そのためセラミックス素材
であって、材質がジルコニアである。またなお、前記電
動シリンダ4は、電動機の出力軸の回転運動をねじ機構
で直線運動に変換する構造になっている。また、前記力
検出手段3は、天井フレーム9に装着された力検知部と
してのロードセル10と、ロードセル10からの電気信
号を記録する荷重計測器11とで構成してあり、荷重計
測器11は前記制御盤5に配設してある。
【0009】また、前記天井フレーム9は、前記基台8
の四隅に立設された支柱12・12の上端間に架設して
ある。また、前記2個の支持部材1・1間の中央部の真
上には、試験片Tを押圧する押圧部材13が配置してあ
り、押圧部材13は仲介部材14を介して前記ロードセ
ル10に連結してある。そして、前記押圧部材13も、
丸棒状を成しかつ熱伝導率が小さいものが好ましく(2
0〜1 W/mK)、熱膨張率も小さいものが好ましく
(10〜0.1×10−6 /℃)、そのためセラミッ
クス素材であって、材質がジルコニアである。また、前
記シート状発熱素子2は、前記押圧部材13を間におい
て前記仲介部材14の左右両側端に装着された通電用の
電極15・15に取り付けてあり、電極15・15は前
記制御盤5に配設された電力調整器16を介して電源
(図示せず)に結線してある。なお、前記シート状発熱
素子2は、面状の発熱可能な導電性セラミックス素材で
あって、材質が窒化物、炭化物、ほう化物等で構成して
ある。また、前記電動シリンダ4は、前記制御盤5に配
設されたドライバ17に結線してある。なお、前記電気
ヒーターのシート状発熱素子2は、低電圧および高電流
の条件で電力をフィードバック制御の下に供給してその
発熱量を制御するように構成してある。
【0010】次に、このように構成した装置を用いてセ
ラミックス焼結体製の試験片T(サイズ:30mm幅×4
0mm長さ×厚さ4.0mm)の熱衝撃試験を行う手順につ
いて説明する。まず、試験片Tを横にして支持部材1・
1上に載せ、続いて、電動シリンダ4を伸長作動して昇
降テーブル7で支持部材1・1、取り付け台6および試
験片Tを上昇させ、シート状発熱素子2を試験片Tの上
面に密着させるとともに押圧部材13をシート状発熱素
子2を介在させて試験片Tに当接して試験片Tを拘束す
る。その時の押圧部材13の試験片Tに対する接触荷重
が仲介部材14を介してロードセル10で検知される。
次いで、予め所定の電力値に設定された電力調整器16
の制御信号に基づき、図示しない電源から通電用電極1
5・15を介してシート状発熱素子2に電力を供給する
とともにフィードバック制御する。
【0011】これに伴い、試験片Tは、上面だけが加熱
され熱応力が発生して変形しようとし、この結果、ロー
ドセル10は、その変形に対応した力で押圧され、その
信号が荷重計測器11に送られ、反力として検知される
こととなる。そして、ロードセル10が検知した反力は
経時的に計測され、この計測結果は図2に示すようにな
る。この検出された反力、供給電力、経過時間など、熱
衝撃に係わる計測データを用いることにより、試験片T
の熱応力について解析することができる。
【0012】なお、上記の実施例では、試験片Tを支持
部材1・1および押圧部材13とで予め拘束してからシ
ート状発熱素子2に通電して熱衝撃を与えたが、これに
限定するすることはなく、予めシート状発熱素子2に通
電してシート状発熱素子2を発熱させた後、試験片T上
に接触させて急加熱するようにしてもよい。さらに、上
記の実施例では試験片Tは3点で拘束しているが、これ
に限定されるものではなく、4点支持で拘束してもよ
い。また、上記の実施例では、支持部材1・1を試験片
Tの下側に、押圧部材13を試験片Tの上側に配置した
が、この配置を180度回転させて逆にし、或いは90
度回転して試験片Tを立てた状態にしても同様の作用効
果が得られるのはもちろんである。また、本実施例は、
大気条件で実施したが、雰囲気を真空にすることによ
り、対流伝熱が省略でき、より高精度の計測が可能とな
る。
【0013】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、所定寸法の直方体状を成しかつ一表面に予め電気ヒ
ーターのシート状発熱素子を一体的に密着させたセラミ
ックス焼結体製の試験片を、所定の支持治具と電気ヒー
ター密着面に当接した前記力検出手段の力検知部とで拘
束した後前記シート状発熱素子で加熱するか、または、
前記試験片を支持治具と力検出手段の力検知部とで拘束
した後、前記試験片における前記力検知部の当接面に加
熱した前記シート状発熱素子を接触させ、これによりそ
れぞれの試験片の一表面に熱衝撃を与え、それぞれの場
合の試験片の変形による力を前記力検出手段で検出する
ようにしたから、従来のこの種の試験方法と比較して、
試験片は一様の熱流束が形成でき、また、加熱による加
熱面からの温度勾配が顕著になり、しかも、電気ヒータ
ーのシート状発熱素子を用いることにより、試験片にお
ける加熱すべき一表面を全体的かつほぼ一様に加熱する
ことができ、さらに、試験片の変形による力を力検出手
段で検出するため、慣用のいわゆるロードセルを使用で
き、このため、測定値が精確になり、この結果、熱衝撃
を受けた試験片の熱応力破壊強度について、高精度の試
験結果を得ることができる上に、計測操作が簡便になる
などの優れた実用的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略正面図である。
【図2】セラミックス焼結体の熱衝撃試験についての経
時的測定値を示すグラフである。
【符号の説明】
1 支持部材 2 シート状発熱素子 3 力検出手段 4 電動シリンダ 5 制御盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 和弘 愛知県豊川市穂ノ原3丁目1番地 新東工 業株式会社豊川製作所内 (72)発明者 高津 学 愛知県豊川市穂ノ原3丁目1番地 新東工 業株式会社豊川製作所内 (72)発明者 水谷 安伸 愛知県東海市新宝町507―2

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス焼結体に熱による衝撃を与
    えた際に、この熱衝撃に対するセラミックス焼結体の熱
    応力破壊強度を試験する方法であって、所定寸法の直方
    体状を成しかつ一表面に電気ヒーターのシート状発熱素
    子を密着させたセラミックス焼結体製の試験片を、所定
    の支持治具と前記試験片における前記シート状発熱素子
    密着面の所定位置に当接された力検出手段の力検知部と
    で拘束し、その後、前記シート状発熱素子の加熱によっ
    て前記試験片に熱衝撃を与え、この時の試験片の変形に
    よる力を前記力検出手段で検出することを特徴とするセ
    ラミックス焼結体の熱衝撃試験法。
  2. 【請求項2】 セラミックス焼結体に熱による衝撃を与
    えた際に、この熱衝撃に対するセラミックス焼結体の熱
    応力破壊強度を試験する方法であって、所定寸法の直方
    体状を成すセラミックス焼結体製の試験片を、所定の支
    持治具と前記試験片の所定位置に当接された力検出手段
    の力検知部とで拘束し、その後、前記試験片における前
    記力検出手段の力検知部の当接面に、加熱された電気ヒ
    ーターのシート状発熱素子を接触させて前記試験片の一
    表面に熱衝撃を与え、この時の試験片の変形による力を
    前記力検出手段で検出することを特徴とするセラミック
    ス焼結体の熱衝撃試験法。
  3. 【請求項3】 セラミックス焼結体に熱による衝撃を与
    えた際に、この熱衝撃に対するセラミックス焼結体の熱
    応力破壊強度を試験する装置であって、所定寸法の直方
    体状を成すセラミックス焼結体製の試験片を、所定の間
    隔をおいた少なくとも2個所で支持する2個の支持部材
    と、これら2個の支持部材に支持された試験片に対して
    熱による衝撃を与える電気ヒーターのシート状発熱素子
    と、熱衝撃を与えた前記試験片における熱衝撃付与面の
    変形による力を検出する力検出手段と、この力検出手段
    の力検知部に対して前記試験片を進退動させる移動手段
    と、前記シート状発熱素子、前記力検出手段および前記
    移動手段を制御する制御手段と、を具備したことを特徴
    とするセラミックス焼結体の熱衝撃試験装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のセラミックス焼結体の熱
    衝撃試験装置において、前記支持部材は、熱伝導率20
    〜1 W/mK、熱膨張率10〜0.1×10−6 /
    ℃のセラミックス素材であることを特徴とするセラミッ
    クス焼結体の熱衝撃試験装置。
  5. 【請求項5】 請求項3記載のセラミックス焼結体の熱
    衝撃試験装置において、前記電気ヒーターのシート状発
    熱素子は、面状の発熱可能な導電性セラミックス素材で
    あって、材質が窒化物、炭化物、ほう化物等であること
    を特徴とするセラミックス焼結体の熱衝撃試験装置。
  6. 【請求項6】 請求項3記載のセラミックス焼結体の熱
    衝撃試験装置において、前記電気ヒーターのシート状発
    熱素子は、低電圧および高電流の条件で電力をフィード
    バック制御の下に供給してその発熱量を制御するように
    構成したことを特徴とするセラミックス焼結体の熱衝撃
    試験装置。
  7. 【請求項7】 請求項3記載のセラミックス焼結体の熱
    衝撃試験装置において、前記移動手段は、電動機の出力
    軸の回転運動をねじ機構で直線運動に変換する電動シリ
    ンダであることを特徴としたセラミックス焼結体の熱衝
    撃試験装置。
JP10034265A 1998-01-30 1998-01-30 セラミックス焼結体の熱衝撃試験法およびその装置 Pending JPH11218480A (ja)

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