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本研究では溶融金属が凝固する過程の表面張力変化を考慮して、三次元マイクロ構造物の適正な力学的評価と最適構造設計のための手法について検討する。このために本年度は、まず、三次元マイクロ構造物構築に用いられるPb/Sn合金の基本的な変形特性の検討と有限要素法を用いた計算機モデル実験を試みた。これにより以下のことを明らかにした。
1) Pb/Sn合金の溶融状態から凝固し、3次元マイクロ構造物が構築されていく過程を計算機シミュレーションするためには、Pb/Sn合金の凝固・冷却中における物性値の把握が必要不可欠である。そこで、Pb/Sn合金の温度変動場におけるヤング率や線膨張係数等の物性値の温度依存性をPb/Sn合金の微小試験片を用いて明らかにした。
2) 上記実験データに基づいた、3次元構造物構築シミュレーションを有限要素法により試みた。すなわち、二枚のシリコン板を合わせた蝶番部分に溶融したPb/Sn合金を置き、その表面張力により蝶番部が回転し3次元構造物が構築される状態のシミュレーションを試みた。これにより、Pb/Sn合金量、部材の大きさ、および、合金と部材の接触面積等と3次元構造物形状すなわち蝶番の回転角との関連性を明らかにした。
3) 構築した3次元マイクロ構造物のPb/Sn合金部の力学特性を評価するためには、負荷によりPb/Sn合金の微小材料内に生ずるシェアバンドなどの微視的構造変化を明確にする必要がある。そこで、Pb/Sn合金の微小試験片の変形とシェアバンドとの関連性を明らかにした。
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