膜材の疲労破壊特性を支配するミクロ組織構造制御と材料開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555032
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 鳥居 太始之 岡山大学, 工学部, 教授 (80033249)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清水 憲一 岡山大学, 工学部, 助手 (50294434)
• Keywords: 膜材 / 疲労 / 結晶粒 / 組織 / 圧延方向

Research Abstract

1. 冷間圧延された厚さ50μmの純銅膜納入材の結晶粒形状を観察し,圧延によって結晶粒が圧延方向に延ばされ,膜厚方向につぶされて扁平化していることが分かった.この膜材の疲労試験を行い,負荷方向が圧延方向と平行な場合と直角な場合とで,両者のすべり発生やき裂発生,き裂伝ぱ挙動に違いが見られ,実際に純銅膜納入材を使用する際には,圧延方向を考慮した疲労寿命設計が必要であることを明らかにした.
2. 冷間圧延された厚さ100μmおよび60μmの純鉄膜納入材の結晶粒形状は上述の純銅膜納入材と同様に,圧延によって結晶粒が圧延方向に延ばされ,膜厚方向につぶされて扁平化していたが,1073Kおよび1173Kの1時間真空焼なましによって結晶粒が成長し,圧延方向による結晶粒形状の異方性が消滅した.また,1173Kの1時間真空焼なましを行った膜材の方が,1073Kの場合よりも結晶粒が粗大化し,膜厚方向の結晶粒数が3個程度になり,より高温・長時間の焼なましによって金属の細線に見られるバンブー構造(竹のように節を持つ)が,膜材についても得られることが予測できた.
3. 上述の焼なましを行った純鉄膜材の疲労試験を行い,純鉄膜焼なまし材では圧延方向による結晶粒形状の異方性が存在しないのにも拘わらず,負荷方向が圧延方向と平行な場合と直角な場合とで,両者のき裂伝ぱ挙動に違いが見られたことを明らかにし,銅膜(fcc)と鉄膜(bcc)では,結晶粒の異方性が膜材の疲労破壊特性に及ぼす影響の仕方が異なることが予測できた.また,厚さ100μmおよび60μmの純鉄膜の疲労試験結果の比較から,膜厚の薄い材料ほど,き裂伝ぱ速度が速くなることが分かった.ただしき裂発生に関しては,結晶粒径との関係があり,膜厚の薄い材料が必ずしもき裂発生寿命が低下する結果とはならなかった.

Research Products

• [Publications] 鳥居太始之: "銅膜材の疲労破壊特性に及ぼす圧延方向の影響" 日本機械学会論文集(A編). 65巻631号. (1999)
• [Publications] Tashiyuki TORII: "A Method of Film Fatigue Testing and Effects of Rolling Direction on Fatigue Properties in Copper Film" The PACIFIC/ASME International,Intersociety Electronic Packaging Conference (InterPACK'99). (1999)