機械材料における各種細線の超微小硬さ実験による弾性率測定

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研究目的薄膜材料や微細部品の材料特性評価方法の一つとして、押込み荷重をμNオーダーにて制御が可能となり、この時の圧子の試料への進入深さをnmの分解能で測定するナノインデンテーション法が用いられるようになった。ここでは、その方法を用い炭素繊維材料を含む細線などへ適用し、超微小押込み硬さ実験を行い、弾性率(ヤング率)のデータ測定を行なう。機械材料における超微小硬さ実験を実施することにより、最近注目を受けている炭素繊維線の弾性率をも定量的に明らかにすることを目的とした。研究方法ナノインデンテーション試験法は、圧子を試料表面に対し垂直に侵入させた際の押込み荷重および押込み変位を逐一測定し、その時に得られる荷重と変位の関係(P-h曲線)から硬さを算出する手法を利用し、押込み過程の情報も得られるため、硬さのみでなく弾性率も算出することとした。サンプルの固定、下地の影響排除、周りからの物理的振動の排除などに注意して、試験治具および試料台上の試験片が垂直軸に負荷がかかるよう固定することで改善し実験を実施して、併せて圧根の画像がどのようになっているかを確かめつつ観察した。試験モードは、主に使用される負荷-除荷試験で実施した。研究成果本実験において測定可能な材料特性は、マルテンス硬さ、押込み硬さ、押し込みクリープなどであった。鉄系材料にて基準値が算出することを確かめ、その後、主だった実験成果のうち荷重約1mN負荷にて実施した炭素繊維線の複合弾性率は、試験片20本平均にて52GPaであった。試験片は、炭素繊維線および樹脂を含むカーボンロッド丸棒を使用したため若干低めではあるが、オフセットの取り方により、P-h曲線概念図の最初の形態が違う場合が生じるため初期調整を考慮することが必要である。