高機能性金属/セラミックスナノ積層薄膜の変形・破壊の力学

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22860053
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: 中谷 正憲 兵庫県立大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80581553)
• Keywords: 積層薄膜 / 自立 / 変形 / 破壊 / アルミニウム / 窒化アルミ

Research Abstract

本研究ではセラミックスと金属を交互に積層させた金属/セラミックス積層薄膜の機械的特性評価を目的として,平成22年度は自立した金属/セラミックス積層薄膜試験片の作製方法について検討した.
成膜には電子ビーム蒸発と同時にイオンビームを照射するイオンビーム支援蒸着法を用いた.自立薄膜試験片の作成方法には犠牲層エッチング法を用いた.具体的には,有機溶剤可溶性樹脂をコーティングしたシリコン基板上に積層薄膜を成膜し,その後,有機溶剤中で樹脂を溶解させることにより,膜厚以外はミリメートルオーダの寸法を有する自立薄膜試験片を作成することができる.最下層にセラミックス層を成膜した場合,樹脂にイオンビームが照射されることで樹脂が変質し,均一な薄膜を成膜することができなかった.そこで,樹脂の変質を防止するために,最下層は電子ビーム蒸発のみで金属層を成膜した後,イオンビームを照射しながらセラミックス層,金属層,…の順に成膜した.
金属とセラミックスの組み合わせとして,Ti/TiNとAl/AlNについて検討した.これはTi(またはAl)を蒸発させながら,照射イオンを窒素およびアルゴンに交互に切り替えることで容易に金属/セラミックス積層薄膜を成膜することができるためである,Ti/TiNの場合には,成膜後に多数のき裂が発生し,自立薄膜試験片を作製することができなかった.これは,成膜時に発生した残留応力をTi層で緩和できなかったためと考えられる.一方,Al/AlNの場合には,各層の積層比を適切に設定してAlNの残留応力をAl層により緩和することにより,自立した金属/セラミックス積層薄膜試験片を作製することができた.次年度は作製した自立積層薄膜試験片を用いて引張試験を行い,積層薄膜における変形・破壊特性を調べるとともに,強度発現機構についても明らかにする.