| 研究概要 |
薄膜材料の内部摩擦の振幅依存性を解析して,薄膜を基板に積層したままの状態で,微小塑性に基づく力学応答を非破壊で定量的に評価することを目的とする.そのためには,(a)薄膜材料の測定データから薄膜のみの内部摩擦を評価し,(b)薄膜における内部摩擦の振幅依存性から転位による塑性歪と応力の関係を正確に定量する必要がある.本研究では,これらの理論を整備することにより内部摩擦の解析手法を確立し,Si基板上に積層したAu薄膜の力学物性の評価に応用した.
Si基板上にAu薄膜(膜厚0.2〜1.0μm)のみを積層した材料およびAu薄膜の表面をTi膜(厚さ0.02μm)で被覆した材料について内部摩擦の振幅依存性を系統的に測定した.内部摩擦の構成式を適用することにより,薄膜材料の測定データから薄膜のみに起因する内部摩擦を評価した.とくにTi膜で被覆したAu薄膜の場合には,膜厚が小さいほど振幅に依存する成分が高歪側に移行した.薄膜の振幅依存性データを微小塑性理論に基づいて解析することにより10^<-9>のオーダーの塑性歪を応力の関数として算出できる.Au薄膜のみの場合には,膜厚が小さくなると微小塑性の変形応力は大きくなるが,膜厚が0.5μm以下になると変形応力は逆に減少した.この異常な軟化現象は基板曲率測定によっても観測されており,酸化膜を形成しない貴金属に特有の変形様式によるものと考えられる.一方,Ti膜で被覆したAu薄膜では,AI薄膜やCu薄膜の場合と同様に,微少塑性の変形応力は膜厚の減少とともに著しく大きくなっており,膜厚に反比例して変化することを見出した。このような膜厚効果は,薄膜表面と薄膜基板界面で両端を固定された転位が張り出して往復運動することに起因している.
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