ガラスにおける欠陥制御

欠陥の制御を用いたガラス強度の評価

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脆性破壊は統計的プロセス

脆性破壊は、ある材料の欠陥が広がって、材料特有の欠陥の臨界長さを超えた時点で発生します。タッチパネルデバイスや省エネの外装用窓ガラスなどに用いられるガラスは、脆性破壊に至る傾向にあります。ガラス片が破壊するかどうかは、負荷がかけられた部分において、ガラス自身のもつ臨界欠陥長さを超える可能性があるかに関係しています。つまり、破壊の発生する可能性は、ガラス片に加えられた荷重やストレスの量と、ガラスの欠陥分布に左右されるといえます。

Improving the Resistance to Glass Failure

ガラスの重要なアプリケーションにおける耐久性を高めるために、以下のような研究への関心が高まっています。:

  1. 臨界値に達していないき裂の成長レートを下げる
  2. き裂の長さの臨界値を上げる
  3. 致命的な欠陥に至るき裂の進展を阻止する

 

この点に関して、多方面からの研究がなされており、以下のようなアプローチがあります。;

  • コーティング
  • 組成の変更
  • 微細構造および/あるいは加工方法の変更

上記研究に利用可能な評価ツール

ガラスの耐破壊性を改善する手法の研究・評価を助けるのに、ガラス表面に制御した欠陥を付与する方法を用いることができます。統計的に妥当なサイズ(たとえば□10mm)のガラス試料一式に既知の欠陥を付与したのち、既知の制御された環境下でそれら試料に破壊試験を行うことで、ガラス試料に対する各種の処理の効果が評価されます。

 

ロックウェル圧子のような標準ダイヤモンドチップを搭載したブルカーのトライボメータUMTは、サーボフィードバック制御された環境下で、ガラス表面に正確で再現性のあるスクラッチ痕を付与するのに使用できます。続いて、3点曲げ試験用取付具がUMTに装着され、制御された環境下でガラスの破壊試験を行います。

defects in glass, glass testing
Creating controlled defects in glass
Fixture-for-glass-testing.png
Three-point-bend fixture for glass testing

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