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先進MEMSデバイスの三次元複雑構造と破壊の超高分解能X線CTによる可視化

Research Project

Project/Area Number 04F04370
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

戸田 裕之  豊橋技術科学大学, 工学部, 教授

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 銭 立和  豊橋技術科学大学, 工学部, 外国人特別研究員
QIAN Lihe  豊橋技術科学大学, 工学部, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
Keywordsシンクロトロン放射光 / マイクロトモグラフィー / 三次元観察 / き裂進展駆動力 / マイクロマテリアル / 損傷 / その場観察 / 屈折コントラスト法 / Computer microtomography / 超高分解能 / 数値解析 / 可視化 / 三次元 / 破壊 / トモグラフィー
Research Abstract

サブミクロンの超高分解能を有するシンクロトロン放射光X線コンピューティッド・トモグラフィー(以下、CT)により、デバイスなどの微小材料に損傷が入った場合の観察、解析を実施した。き裂の実際の局所進展駆動力(き裂前縁に添う各き裂先端位置でのモードI、II、III進展駆動力)を3D、In-situ、かつ高密度(1ミクロン以下の間隔)で測定出来る手法を開発した。これは、数百点のミクロ組織特徴点の同時追跡を行う方法や、4-D画像の解析を行う事で実現している。これまでは、光弾性法、モアレ縞干渉法、コースティック法などの特殊試験技術を用いても、従来は試験片表面しか測定できなかった測定が、材料内部に適用できるようになった。一般に、き裂の局所進展駆動力は、マクロな負荷応力だけではなく、き裂偏向、損傷発生、き裂閉口現象などの各種応力遮蔽/反遮蔽効果の寄与が、現実の材料のミクロ組織構造のために複雑かつ顕著に影響する。そこで、開発した手法をデバイスを模したマイクロマテリアルを伝播するき裂に適用した。実験はSPring-8のイメージング用ビームラインであるBL20XUおよびBL47XUにて行い、その有効性を検証した。各き裂先端位置で得られた真の局所進展駆動力の発現機構を解析し、き裂の偏向、微視的な損傷、き裂閉口現象などによる各種応力遮蔽/反遮蔽効果の寄与分を、三次元的かつ定量的に明らかにすることができた。
これに加え、マイクロマテリアルとその内部の亀裂をCT画像から解析モデルにコンバートし、数値解析を行う手法を開発した。そして、実際にデバイスを模した微小なアルミニウムサンプルに適用し、内部組織の影響などを明らかにした。

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2006 2005

All Journal Article (5 results)

  • [Journal Article] Experimental and numerical investigations of the effects of the spatial distribution of α phase on fracture behavior in hypoeutectic Al-Si alloys2006

    • Author(s)
      L.Qian, H.Toda, S.Nishido, T.Kobayashi
    • Journal Title

      Acta Materialia 54

      Pages: 4881-4893

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Assessment of damage and fracture behaviors in a cast aluminum alloy via in-situ synchrotron microtomography2006

    • Author(s)
      S.Yamamoto, H.Toda, L.Qian, T.Ohgaki, M.Kobayashi, T.Kobayashi, K.Uesugi
    • Journal Title

      Materials Science Forum 519-521

      Pages: 1005-1010

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] FEM modeling of crack propagation in a model multiphase alloy2006

    • Author(s)
      L.Qian, S.Nishido, H.Toda, T.Kobayashi
    • Journal Title

      Journal of Materials Science and Technology

      Pages: 59-65

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] 3D visualization of ductile fracture using synchrotron X-ray computer tomography2006

    • Author(s)
      L.Qian, H.Toda, K.Uesugi, T.Ohgaki, M.Kobayashi, T.Kobayashi
    • Journal Title

      Proceedings of the 16th European Conference of Fracture No.277(CD-ROM)

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Application of synchrotron X-ray microtomography to investigate ductile fracture in Al alloys2005

    • Author(s)
      L.Qian, H.Toda, K.Uesugi, T.Kobayashi, T.Ohgaki, M.Kobayashi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 87

      Pages: 241907-241907

    • Related Report
      2005 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2024-03-26  

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