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2015 年度 実績報告書

その場ナノ観察による自立単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展に及ぼす膜厚効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 26889038
研究機関大阪大学

研究代表者

近藤 俊之  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70735042)

研究期間 (年度) 2014-08-29 – 2016-03-31
キーワード材料強度学 / 薄膜 / 疲労
研究実績の概要

膜厚がサブμmオーダの多結晶金属ナノ薄膜は,膜厚の減少に伴って結晶粒が微細化する.さらに,疲労き裂発生・疲労き裂進展では,結晶粒界や双晶境界などの微視組織に起因する応力集中が変形・破壊を支配する.このことから,金属ナノ薄膜の疲労き裂進展に及ぼす膜厚効果を検討するためには,微視組織を排除した金属ナノ薄膜に対する疲労き裂進展試験を実施するとともに,き裂先端ナノ領域に生じる疲労損傷の詳細な観察が不可欠である.本研究では,単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展特性・進展機構とこれらに及ぼす膜厚効果の解明を目的とする.
本年度は,別途開発した大気中および電界放射走査型電子顕微鏡(FESEM)観察下で動作可能な自立ナノ薄膜用その場FESEM観察疲労試験機を用いて疲労き裂進展試験を実施した.膜厚が約600 nmの単結晶銅ナノ薄膜における疲労き裂は,き裂周囲に疲労損傷や入込み・突出しの形成を伴って安定進展した.さらに,き裂先端前方の損傷の形成過程をFESEMを用いて観察した結果,疲労き裂先端の前方に突出しを形成した後,これを経由して疲労き裂が進展した.多結晶銅ナノ薄膜では,微視組織における応力集中により入込み・突出しを先行して形成し,これを経由してき裂が進展した.一方,微視組織を排除した単結晶銅ナノ薄膜においても入込み・突出しを形成し,これを経由して疲労き裂が進展した.すなわち,入込み・突出しを伴う疲労き裂進展機構は,ナノ薄膜で普遍的な機構であることを明らかにした.
つぎに,膜厚が約300 nmでは,き裂進展の遅延,遅延時にき裂先端前方にすべり線の形成,およびすべり線に沿った急速進展を繰返してき裂が進展した.このとき,き裂周囲には顕著な疲労損傷や入込み・突出しを生じず,膜厚が減少すると疲労損傷の形成領域が局所化した.また,膜厚約600 nmの薄膜と比較して,切欠きからの疲労き裂発生強度が減少した.

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 自立単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展に及ぼす膜厚効果2016

    • 著者名/発表者名
      吉田高徳, 近藤俊之, 平方寛之, 﨑原雅之, 箕島弘二
    • 学会等名
      日本機械学会 関西支部第91期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪電気通信大学,寝屋川市
    • 年月日
      2016-03-11 – 2016-03-12
  • [学会発表] 自立単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展機構2015

    • 著者名/発表者名
      吉田高徳, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2015 材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      慶應義塾大学,横浜市
    • 年月日
      2015-11-21 – 2015-11-23
  • [学会発表] 単結晶自立銅ナノ薄膜の疲労き裂進展のその場観察2015

    • 著者名/発表者名
      近藤俊之, 吉田高徳, 平方寛之, 箕島弘二
    • 学会等名
      日本材料学会 第17回破壊力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都テルサ,京都市
    • 年月日
      2015-10-13 – 2015-10-14
  • [学会発表] 自立単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展の膜厚依存性2015

    • 著者名/発表者名
      近藤俊之, 吉田高徳, 森國友章, 平方寛之, 箕島弘二
    • 学会等名
      日本機械学会 2015年度年次大会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌市
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-16
  • [学会発表] 単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展2015

    • 著者名/発表者名
      近藤俊之, 森國友章, 平方寛之, 箕島弘二
    • 学会等名
      日本材料学会 第64期学術講演会
    • 発表場所
      山形大学,米沢市
    • 年月日
      2015-05-23 – 2015-05-24
  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻

    • URL

      http://www-micro.mech.eng.osaka-u.ac.jp/home.html

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公開日: 2017-01-06  

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