応力負荷に伴うナノ結晶析出を利用したMEMS用超微小材料の知的その場強化法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650754
• Research Institution: TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 高島 和希 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (60163193)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石山 千恵美 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (00311663) ; 下条 雅幸 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (00242313) ; 肥後 矢吉 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30016802)
• Keywords: ナノ結晶 / MEMS / 結晶方位配向 / Ni-Pアモルファス合金 / 微小試験片 / 知的材料 / 平面歪 / MEMS

Research Abstract

MEMSデバイスを始めとして高密度電子機械集積デバイスは、21世紀の基盤技術として、実用化を目指した研究が進められている。このようなMEMSデバイスでは、ミクロンサイズの微小構造体に荷重が負荷されることになるため、信頼性、耐久性を向上させるには、そのような微小寸法材料に対する材料強化法の開発が必要となる。しかしながら、ミクロンサイズ材料の強化を行うためには、従来の材料強化法とは異なった手法の開発が必要となる。研究代表者らは、これまでアモルファス合金にある特定の応力負荷を行うと、変形後に方位の揃ったナノ結晶が生成することを見い出している。したがって、このようなナノ結晶の生成をうまく制御できれば、ミクロンサイズのMEMS材料の使用中に、その場かつ知的な強化が可能になると思われる。そこで本研究では、アモルファス合金の応力負荷に伴うナノ結晶析出のメカニズムを明らかにするとともに、その結果をMEMS用超微小材料の知的強化法へと展開させることを目的とする。上記の研究目的を達成するために、平成13年度においては、応力負荷に伴ってナノ結晶の析出が申請者らによってすでに確認されているNi-Pアモルファス合金を用いて、応力負荷に伴うナノ結晶の析出挙動を調べた。その結果、曲げ試験片の平面歪状態の領域に、直径が約10nmのナノ結晶が析出していることを確認した。そこで、平成14年度においては、実際に強化が行われることを確認するために、Ni-Pアモルファス合金からミクロンサイズの超微小試験片を切り出し、破壊靭性試験を行った。その結果、切欠き先端にナノ結晶の生成が認められ、本研究で提案する強化機構が有効に作用していることが確認できた。

Research Products

• [Publications] K.Takashima, R.Tarumi Y.Higo: "Fracture Behavior of Micro-Sized Specimens Prepared from an Amorphous Alloy Thin Film at Ambient and Elevated Temperatures"Mat.Res.Soc.Symp.Proc.. 695. 355-360 (2002)
• [Publications] R.Tarumi, K.Takashima, Y.Higo: "Formation of Oriented Nanocrystals in an Amorphous Aloy by Focused-Ion-Beam Irradiation"Appl.Phys.Lett.. 81・24. 4610-4612 (2002)
• [Publications] K.Nakai, S.Koyama, K.Takashima, Y.Higo: "Evaluation of Acoustic Emission During Fracture Toughness Test of Micro-Sized Specimens"Proc.6th Far-East Conf.on Nondestructive Testing. 481-486 (2002)