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変形・破壊素過程ナノ観察に基づく微小金属材料の破壊強度発現機構の解明

基于变形和断裂基本过程的纳米观察阐明微金属材料断裂强度发展机制

基本信息

批准号：
21H01211
负责人：
近藤俊之
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Kyushu University (2023)Osaka University (2021-2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01211/
关键词：
材料強度学ナノ材料薄膜塑性変形破壊

项目摘要

寸法が数μmからサブμmオーダーとなる微小金属材料の強度は寸法に依存するが，その強度発現機構は未解明である．これを解明するためには，巨視的な変形・破壊の機構・強度と，材料内部の損傷の初生・発達過程を含めた微視的なスケールにおける変形・破壊過程との対応関係を解明する必要がある．本研究では金属薄膜を対象として，材料表面と材料内部のその場ナノ観察力学試験技術を確立して変形・破壊の巨視的・微視的過程の解明を実現して，破壊機構と強度の寸法効果・微視組織効果の発現機構を検討する．本年度は以下の課題に取り組んだ．(1) 微小試験片の単軸引張試験による塑性特性評価: 膜厚が100 nmと500 nmで，結晶粒径を制御した自立銅薄膜微小試験片に対するその場電界放射走査型電子顕微鏡（FESEM）観察単軸引張試験を実施し，各膜厚の薄膜の塑性特性に及ぼす結晶粒径効果について検討した．(2) 大面積薄膜試験片による破壊じん性評価: 膜厚が100 nmと500 nmで，結晶粒径を制御した大面積自立銅薄膜に対するその場FESEM観察破壊じん性試験を実施し，強度と微視的破壊過程の膜厚および微視組織の依存性を検討した．(3) 大面積薄膜試験片による疲労き裂進展特性評価: 膜厚が500 nmで，結晶粒径を制御した大面積自立銅薄膜に対するその場FESEM観察疲労き裂進展試験を実施し，疲労き裂進展特性および機構に及ぼす結晶粒径依存性を検討した．

The strength of micro metal materials depends on the size of the material, and the strength development mechanism is still unclear. The structure and strength of the macro-visual damage and the initiation and development process of the internal damage of the material include the micro-visual damage and the micro-visual damage. In this paper, we investigate the mechanism of the micro-structure effect of the macro-structure and micro-structure by means of mechanical testing techniques to establish the micro-structure effect of the macro-structure and micro-structure. This year, the following topics were selected. (1)Evaluation of plastic properties of the single-axis tensile test of the micro-specimen: The plastic properties of the film with film thickness of 100 nm to 500 nm and the effect of crystal particle size on the plastic properties of the film with film thickness of 100 nm to 500 nm were investigated by field emission electron microscopy (FESEM). (2)Evaluation of properties of large area thin film samples: film thickness of 100 nm to 500 nm, crystal particle size control for large area free-standing copper thin films, field FESEM observation, property test implementation, strength, microscopic breakdown process, film thickness and microscopic structure dependence are discussed. (3)Evaluation of fatigue crack progression characteristics for large area thin film test pieces: When the film thickness is up to 500 nm, the crystal particle size is controlled, and the field FESEM observation of fatigue crack progression test is carried out. The fatigue crack progression characteristics and the dependence of crystal particle size are discussed.