構造材料の力学的性質に及ぼす粒界及び異相界面構造の効果

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02452235
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉永 日出男 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (40005856)
• 研究分担者: 吉田 冬樹 九州大学, 総合理工学研究科, 助手 (30243968) ; 連川 貞弘 九州大学, 総合理工学研究科, 助手 (40227484) ; 中島 英治 九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (80180280)
• キーワード: 粒界 / 異相界面 / 高分解能電子顕微鏡 / ワイヤボンディング / モリブデン / アルミニウムー金合金 / 炭化珪素 / EELS

研究概要

単相材料の結晶粒界や複合材料の異相界面は破壊や界面すべりを起こし、材料の力学的性質を劣化させる原因となることが多い。しかし、このような特性は界面の方位関係や材料の作製方法によって著しく異なり、劣化を起こさない場合もあり、界面の構造と密接に関連していることは明かである。そこで本年度は、平成2年度、3年度に引き続き方位制御したモリブデン双結晶の粒界構造、ICボールボンディングの界面構造について高分解能電子顕微鏡観察を行った。さらに拡張粒界説の直接的証拠を得るために、SiCの粒界の組成分析を行った。 1.モリブデン:本研究課題で行われたこれまでの研究により、モリブデン〈110〉対称傾角粒界の構造はほぼ対応粒界理論に基づく転位モデルで説明でき、粒界破壊強度の方位依存性と良い相関関係があることが明らかとなっている。しかしながら、対応度が悪いにもかかわらず破壊強度が高いΣ17b粒界については観察が行われておらずその原因については未解のまま残されていた。そこで本年度はこのΣ17b粒界を中心に粒界構造の観察を行った。その結果、Σ17b粒界は結晶1の(110)面と結晶2の(001)面がほぼ平行となる面一致粒界となっており、その整合性を保つために粒界に界面転位が導入されていることが明らかとなった。このことがΣ17b粒界が対応度が悪いにもかかわらず高強度を示す要因であると考えられる。 2.Al-Auワイヤボンディング界面:ワイヤボンディングにおけるAl電極汚染の影響を調べるために、前年度に成功した超ミクロトーム法により作製したTEM観察用薄膜試料を用いて接合界面の観察を行った。汚染されたICの接合界面には金属間化合物が形成されていない部分が多く観察され、その場所では接合界面に有機物と思われる非晶質状の汚染層が観察された。一方、プラズマエッチングで浄化したICの界面には全面にわたって微細な結晶粒の金属間化合物が形成されていることが明かとなった。 3.拡張粒界説の直接的検証:SiCの粒界に観察される非晶質状の層をマイクロビーム法を用いて組成分析を行った。粒界からのEELSスペクトルには助剤として用いられたボロンのピークは全く認められず、炭素のピークも粒内と同じ高さであった。助剤無添加材の粒界でも不純物酸素の偏析はわずかであった。したがって、粒界に観察される非晶質状の層は助剤や不純物の層ではなく、母相とほぼ同組成の構造緩和層であることが明かとなった。

研究成果

• [文献書誌] 吉永 日出男: "耐熱金属およびセラミックスの粒界構造と強度の相関" 日本金属学会会報. 31. 109-115 (1992)
• [文献書誌] Sadahiro Tsurekawa and Hideo Yoshinaga: "Grain-Boundary Structure and High-Temperature Strength of Non-Oxide Ceramics" Proc. JFCC Inter. Workshop on Grain Boundary Controlled Properties of Fine Ceramics. 167-175 (1992)
• [文献書誌] 連川 貞弘 吉永 日出男: "透過電子顕微鏡によるTiCO.59の長範囲規則構造の同定" 日本金属学会誌. 56. 133-141 (1992)
• [文献書誌] 土師 宏,三好 康介,守田 俊章,中島 英治,吉永 日出男: "透過電子顕微鏡によるAu-Alワイヤボンディング接合界面の観察" 日本金属学会誌. 56. 355-360 (1992)
• [文献書誌] 連川 貞弘,田中 智昭.吉永 日出男: "モリブデン〈110〉対称傾角粒界の微細構造" 日本金属学会誌. 56. 609-618 (1992)
• [文献書誌] Byung-I1 Kim and Hideo Yoshinaga: "Relationship between Threshold Stress and Orowan Stress for High-Temperature Deformation in Precipitation-Hardened Al-0.55wt%Zr Alloy" J.Korean Inst.Met.& Mater.30. 640-647 (1992)
• [文献書誌] 土師 宏,守田 俊章,中島 英治,吉永 日出男: "Au-Alワイヤボンディングにおける有機物汚染の影響" 日本金属学会誌. 56. 1127-1131 (1992)
• [文献書誌] 森川 龍哉,大津山 隆,村上 浩章,中島 英治,後藤 正治,吉永 日出男: "Cu-W人工積層複合材料の熱疲労と高温変形挙動" 九州大学総合理工学研究科報告. 14. 305-316 (1992)
• [文献書誌] 宮川 英明,中島 英治,吉永 日出男: "固溶強化と分散強化が複合した合金の高温における変形応力の予測法" 日本金属学会誌. 57. 36-44 (1993)