高機能硬脆材料のナノ加工における挙動の均一的理解とその応用

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06302035
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 佐田 登志夫 豊田工業大学, 工学部, 教授 (80010594)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北川 浩 大阪大学, 工学部, 教授 (30029095) ; 稲村 豊四郎 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (60107539) ; 中川 威雄 理化学研究所, 主任研究員 (40013205) ; 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317) ; 井川 直哉 大阪大学, 工学部, 教授 (60028983)
• Keywords: 硬脆材料 / ナノ加工 / 延性脆性遷移現象 / 押込試験 / 切削 / 研削 / 分子動力学 / 有限要素法

Research Abstract

平成6年度は、各研究分担者により以下に述べる実績を得た.
1.Vickers型押込試験時の変形と解析(佐田、毛利)
Vickers型押込試験でSi、LiNbO_3の実験を行い、延性、脆性の遷移現象を観測し、また引かき試験も行い、両者の延性脆性遷移時の深さがオーダ的には一致する ことを見出した。
2.Hertz型押込試験時の変形と解析およびマイクロ切削(井川、島田)
Si,Ge,LiNbO_3のマイクロ切削を行い20nmスケールで延性モードの加工が可能なことを見出した。
硬脆材料のHertz型押込試験またそのときせん断力を加えることのできる試験機 を設計試作し、Si,Ge,LiNbO_3の研削加工面、切削加工面、今鏡面研削加工面の押込試験を行い、加工面の加工深さが小さくなると残留クラックがなくなること、押込試験により延性、脆性遷移の生ずる加工単位は材料の特性に依存することを見出した。
3.研削加工における延性脆性遷移現象(中川、大森)
各種粒度の砥石で研削条件を変えてELID研削を行い、延性脆性遷移現象のあることを見出した。
4.有限要素法、分子動力学法によるVickers型押込と切削プロセスの解明(稲村)
Siの押し込み時の変形の分子動力学法による解析を行い静的な引張応力は生じないこと、したがってクラックの発生はありえないと予測した。ただ圧子周囲で密度の大小を生じ、特に圧子の下では密度は小さくなり、ラテラルクラックによく似ていて、動的なメカニズムでクラックが発生するかも知れないと考えた。
5.有限要素法、分子動力学法によるHertz型押込と切削プロセスの解明(北川)
焼結硬脆材料の変形と破壊を有限要素法で解析するため小さな楕円形空孔をモデル化した均質化法を用いるアルゴリズムを完成し、それによりき列先端の応力のミクロ欠陥依存性、ビッカース圧子押込の内部損傷の進展を検討した。 共有結合の原子集合体の分子動力学法にもとづく解析を行うための検討を進め、AINセラミックスについて有効なアルゴリズムを完成した。