| 研究課題/領域番号 |
10555024
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
機械材料・材料力学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
神谷 庄司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00204628)
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| 研究分担者 |
笹川 和彦 弘前大学, 理工学部, 助教授 (50250676)
坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918)
梅原 徳次 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70203586)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| 研究課題ステータス |
完了 (1999年度)
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| 配分額 *注記 |
5,800千円 (直接経費: 5,800千円)
1999年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
1998年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
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| キーワード | 薄膜 / 付着強度 / 定量評価 / 界面き裂 / き裂進展抵抗曲線 / 界面破壊じん性 |
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| 研究概要 |
本研究は、従来の単純な押込み試験から飛躍して、新たに水平方向の変位を独立に制御することのできる試験装置により、薄膜の付着強度評価について新規計測手法を確立することを目的としたものである。二年の研究期間において以下の三項目に関する検討を順次行い、広範な薄膜・基板の組合せに対して適用可能な定量評価手法の開発に成功した。
二軸制御インデンテーション実験装置の製作 薄膜表面に対し、水平・垂直両方向に変形を制御・計測可能な二軸押込み装置の開発を行った。本装置には光学顕微鏡が組み込まれ、二軸の荷重変位曲線を記録すると同時に、発生・進展するき裂をリアルタイムで観察することが可能となっている。これによりはく離面積の増大とそれに要したエネルギーとの関係を定量的に把握し、界面破壊じん性の計測を行うことが可能となった。
最適負荷経路および圧子形状の決定 前項で開発した二軸押込み装置を用い、負荷形態についての検討を行った。この結果、基板の断面に対して薄膜が若干突出した試験片を作製し、円錐形のダイヤモンドチップを用いて、基板断面に対して水平方向荷重を適宜印加しつつ薄膜裏面を垂直方向に押し上げることが、基板の塑性変形を伴わずに最も効率よく界面のき裂を進展させる方法であることを見出した。
コンピュータシミュレーションによる界面き裂のエネルギー解放率の評価 前項の負荷形態について、コンピュータによる界面き裂進展のシミュレーションを行った。実験・シミュレーション双方より得られたき裂進展抵抗曲線を一致させるために必要なエネルギー解放率の値として、界面のじん性を決定することに成功した。この手法により、一例として市販のダイヤモンドコート付きカッティングインサート(超硬合金上のダイヤモンド薄膜)の界面のじん性が約14J/m^2であることを見出した。超硬合金上のダイヤモンド薄膜の界面じん性の定量計測は工業上極めて重要であるにもかかわらず世界的に前例がなく、本研究で開発した新規手法の有効性と広範な適用性が改めて確認された。
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