| 研究概要 |
薄膜の破壊強度の評価法として相対評価ではなく絶対評価が可能な方法として,基板にコーティングした薄膜に球圧子を押し込むという方法を提案し,その可能性と有用性を研究した。基板上の脆性薄膜に球圧子を押し込み,荷重を増加していくと,薄膜にリング状のクラックが発生するが,このリングクラック発生荷重を測定し,この荷重のもとで薄膜内に発生する応力を解析することにより,薄膜の破壊強度を求めることを試みた.研究成果を要約すると以下のようである.
1.破壊強度を求めるためには,実験と共に薄膜・基板接合体に球圧子を押し込んだときの応力解析が必要である.まず弾性有限要素解析を行い,膜厚が接触円半径に比べ十分薄い場合の膜の応力を求める近似式等を得た.
2.次に球圧子押し込み時に基板に生じる塑性変形を考慮するために,弾塑性有限要素解析を行った.これより,基板が塑性変形する場合にも薄膜には接触円の外側に半径方向の引張り応力が発生することがわかった.
3.薄膜の破壊強度を評価するに先だって,まずバルク材の破壊強度が球圧子押し込みにより評価できるかどうかを検討した.この実験にはバルク材としてソーダ石灰ガラスを用いた。これより,この方法によりバルク材の破壊強度が求まることを確認できた.
4.以上をもとにして,ステンレス鋼基板上にイオンビームスパッタで作成した厚さ2μmのSiO_2薄膜の破壊強度を半径750μmのSiC球圧子の押し込みにより評価することを試みた.この場合,寸法効果を考慮するためにワイブル分布を用いた確率論的取扱いを行い,また薄膜作成時に生じる圧縮残留応力を考慮して破壊強度を求めた.これより,薄膜の破壊強度として妥当な値が得られた.
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