2011 Fiscal Year Annual Research Report
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21226005
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澄川 貴志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80403989)
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 助教 (20534259)
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| Keywords | ナノ界面 / 疲労 / 破壊 / 損傷 / 転位 / 界面端 / ナノ材料 / ナノメカニクス |
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| Research Abstract |
機械構造物は、静的破壊荷重よりも小さい繰り返し荷重で破壊する疲労が大きな問題となっている。しかし、バルク金属材料の疲労破壊の原因となる疲労転位構造のスケールは数ミクロンオーダーであり、それよりも小さいナノ構造体の内部にこの転位構造が形成されることは不可能である。さらに、ナノ構造体が高剛性材で変形拘束されている場合、転位の運動は著しく困難になる。本研究では、ナノ構造体中の異材界面近傍での疲労損傷・破壊現象を実験・力学解析によって明らかにすることを目的としている。今年度の成果は以下のようにまとめることができる。(1)昨年度までの疲労試験を継続するとともに、疲労試験中および試験後の試験片の詳細観察より、ナノ界面端近傍に形成される塑性領域および緻密なすべりの存在を明らかにした。(2)高湿中に一定時間暴露したカンチレバー試験片の作製およびその疲労試験方法を開発した。(3)高湿暴露材のその影響のない材料の疲労によるナノ界面端(Cu/Si界面端)からのき裂発生試験を実施し、高湿条件が疲労強度に大きく影響することを明らかにした。(4)Cu薄膜中のランダムな初期転位配置から転位動力学手法によるシミュレーションを実施し、疲労負荷によって転位壁構造が形成されること、膜厚が薄くなるとともにその疲労転位構造は形成されにくくなるが、負荷サイクル数が増加すると間隔の狭い壁が形成されることを明らかにした。(5)大規模解析のためのプログラム等の整備を行った。(6)今後の研究展開を見据えつつ、本年度までの中間自己評価を行った。また、当初計画を越える研究発展についても検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度までの当初予定を達成しているのみならず、次年度以降分である多結晶材の実験や大規模解析についても基礎的実験・解析に成功している。また、実施に当たって発生した困難を解決して優れた成果を得ている(例:電気抵抗変化測定に代わる疲労塑性域直接観察法や単結晶膜からの試験片採取に代わる結晶情報を特定した多結晶膜からの試験片採取)。さらに、当初計画にはない10^8サイクルを越える両振り長寿命試験の試験法の基礎を確立している。材料研究において世界で最も権威あるMaterials Research SocietyのMRS Bulletinに経歴を含めた紹介とともにレビューが掲載され、日本機械学会賞論文賞を平成23年度に2本の論文がダブル受賞するなど、国内外で高く評価されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的に、当初計画に沿って実験・解析を実施する予定である。さらに、今年度までの実施によって得られた成果を基に、低次元ナノ純金属の疲労強度や共振疲労試験によるナノ界面疲労試験等の当初予定を越える範囲の課題まで挑戦を開始している。
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