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粒子の圧縮試験

2020年12月11日更新

概要

 粒子の破壊強度を圧縮試験により調べる場合、多くは微小圧縮試験機MCT-510を用いますが、高強度な微小粒子や、100 μm以上変形する大粒子などでは装置スペックの試験力やストローク(変位)を超える試料もあります。この様な試料に対して微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-Iが威力を発揮します。今回は、微小圧縮試験機MCT-510では評価できない様な粒子について、微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-Iで試験を行った例を紹介します。

分析・試験装置

 島津製作所製 微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-I

特徴・用途

~微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-Iと微小圧縮試験機MCT-510との比較~

装置 微小強度評価試験機
マイクロオートグラフMST-I
微小圧縮試験機MCT-510
試験力測定範囲 ±2 mN~±2000 N 9.8 mN~4.9 N
ストローク(変位) ±60 mm 100 μm
観察 実体顕微鏡 光学顕微鏡、サイドカメラ

■特徴 ~特に微小圧縮試験機MCT-510では装置スペックを超える試料の場合~

4.9 N程度では破壊しない粒子の圧縮試験が可能(微小圧縮試験機MCT-510の最大試験力;4.903 N)
100 μm以上変形する粒子の圧縮試験が可能(微小圧縮試験機MCT-510の最大変位測定;100 μm)
転がりやすい粒子の圧縮試験が可能(微小圧縮試験機は粒子を載せた試料台のステージ移動がある)
実体顕微鏡により試料の観察が可能
100 μm程度の微小粒子1粒1粒の圧縮試験が可能

分析・試験事例

<試験1>ガラスビーズの圧縮試験

 φ200 μmのガラスビーズの圧縮試験を微小圧縮試験機MCT-510で行いましたが、装置最大試験力(4.9 N)まで負荷を与えても破壊は起こらず、また、粒子径の10 %(20 μm)変形にも至りませんでした。そこで、微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-Iで試験を行なった結果、試料が破壊するまで圧縮でき、破壊時(破壊点)の試験力から破壊強度の算出が可能でした。

試験1
ガラス ビーズ 直径 d [mm] 破壊試験力 P [N] 破壊強度 Cs [MPa]
1 0.236 26.64 377.72
2 0.232 24.25 355.80
3 0.255 19.41 235.75

※破壊強度Cs = 2.48 × P /(πd2
P ; 破壊試験力[N]
d ; 直径[mm]

実体顕微鏡写真

実体顕微鏡写真

試験後、試料は破壊時の衝撃により飛散しました。

ガラス ビーズ 直径 d [mm] 破壊試験力 P [N] 破壊強度 Cs [MPa]
1 0.236 26.64 377.72
2 0.232 24.25 355.80
3 0.255 19.41 235.75

※破壊強度Cs = 2.48 × P /(πd2
P ; 破壊試験力[N]
d ; 直径[mm]

実体顕微鏡写真

実体顕微鏡写真
試験後、試料は破壊時の衝撃により飛散しました。

<試験2>樹脂ボールの圧縮試験

 直径およそ17 mmの樹脂ボールの圧縮試験を行い、破壊強度を算出しました。樹脂ボールは、試料台中央に載せ、上から圧盤で負荷を与えました。

樹脂 ボール 直径 d [mm] 破壊試験力 P [N] 破壊強度 Cs [MPa]
1 17 8.28 0.023
※破壊強度Cs = 2.48 × P /(πd2
P ; 破壊試験力[N]
d ; 直径[mm]
樹脂ボール
樹脂 ボール 直径 d [mm] 破壊試験力 P [N] 破壊強度 Cs [MPa]
1 17 8.28 0.023
※破壊強度Cs = 2.48 × P /(πd2
P ; 破壊試験力[N]
d ; 直径[mm]
樹脂ボール
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 試験中の写真から、試験力の負荷により粒子が徐々に圧縮されていき、縦に亀裂が入る様子が確認できます。また、「試験力-ストローク」グラフにおいて、破壊点(3)で試験力が急激に落ちていることから、亀裂により一気に破壊が起こったことが分かります。

■まとめ

 微小圧縮試験機MCT-510では評価できなかった高強度な微小粒子や、100μm以上変形する大粒子についても、今回、微小強度評価試験機マイクロオートグラフMST-Iを用いることで評価が可能であることが示されました。

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