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Measurement of residual stress on a unidirectional solidified Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG eutectic composite using synchrotron and neutron diffraction

放射光及び中性子回折法によるAl$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG一方向凝固共晶複合材料の残留応力測定

鈴木 裕士; 和久 芳春*; 中川 成人*; 秋田 貢一*; 盛合 敦; 森井 幸生

Suzuki, Hiroshi; Waku, Yoshiharu*; Nakagawa, Narihito*; Akita, Koichi*; Moriai, Atsushi; Morii, Yukio

Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-Y$$_{3}$$Al$$_{5}$$O$$_{12}$$(YAG)共晶複合材料(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG MGC)のYAG相の残留応力を放射光X線により測定した。平面応力状態における残留応力は試験片の表面と側面で異なっていた。したがって、MGC材料内部には残留応力異方性が存在していると考えられる。MGC材料内部の残留応力を中性子回折法により測定した。YAG相の残留応力は試料凝固方向に圧縮であり、凝固方向から直交方向に向かうにつれて引張応力に変化した。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$相の残留応力は、異方的な圧縮残留応力状態であり、すべての方向で引張応力は確認されなかった。この残留応力異方性は、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$相における熱膨張係数の異方性により説明することができる。しかしながら、両相の残留応力はバランスしておらず、本研究に使用したMGC試料内部には残留応力分布が存在していると予想される。

The residual stress in only YAG phase was measured on the surface of the Al$$_{2}$$O$$_{3}$$-Y$$_{3}$$Al$$_{5}$$O$$_{12}$$(YAG) eutectic composite(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$/YAG MGC) using the low energy synchrotron X-rays. The residual stresses in plane stress condition were significantly different between top and side surfaces of the specimen. Therefore, an anisotropic triaxial residual stress probably exists within the MGC. The residual stress within the MGC was also measured using a neutron diffraction. The residual stress in the YAG phase rose from compression in the solidification direction to tension in perpendicular direction. The residual stress in the Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ phase was anisotropic compression and there was no tension in all directions. This anisotropic residual stress could be explained by the crystallographic anisotropy of thermal expansion in the Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ phase. However, both phase stresses were not balanced, so that it is expected that there would be the stress distribution in MGC sample used in this study.

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