| 研究概要 |
マイクロマシンの実用化は,機械としての信頼性確保,ひいてはそれを構成する微小機械要素の信頼性の上に初めて成り立つものである。本研究課題においては,ミクロンメータサイズの機械的特性およびその環境強度特性を評価するために,微小な動的荷重を精度良く負荷することの可能な微小材料機械的特性評価装置を開発し,Si単結晶微小片持ちはりの破壊強度と疲労強度に及ぼす微小切欠きと水環境効果,および高強度・高弾性繊維であるアラミド繊維の疲労強度特性に及ぼす環境効果について検討を加えた。Si単結晶微小機械要素では集束イオンビーム(FIB)装置により導入したサブμmオーダの微小切欠きにより破壊強度が低下すること,また,破壊は切欠きを起点として発生した後,(lll)面に沿ってき裂が進展して最終破壊に至ることを明らかにした。併せて,空中において繰返し荷重下の疲労試験を行ったところ,nmオーダにおいても疲労損傷や破壊挙動は観察されず,空中では疲労を生じないものと結論された。一方,水環境中においては,動的荷重と水環境の影響により(lll)面に沿ったnmオーダのき裂状損傷が生じて,空中強度からの水環境中強度が低下し,その低下は水に浸漬される時間が長いほど大きくなった。また,アラミド繊維に対しては,真空中と大気中での片振り疲労試験を実施し,金属材料に比較するとS-N曲線の傾きは小さく耐疲労特性に優れていること,また,真空中疲労強度は大気中疲労強度に比べて大きくなり,しかも引張強度特性とは逆の環境依存性を示すことを明らかにした。さらに,空中放置処女材,真空放置処女材,および大気中および真空中疲労試験を中断して,繊維表面性状を原子間力顕微鏡を用いてnmオーダで詳細に観察して,破壊機構に対して考察を加えた。
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