微小構造体の高温界面剥離強度の破壊力学評価

微结构高温界面剥离强度的断裂力学评价

• 批准号: 16760069
• 负责人: 平方 寛之
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760069/
• 关键词: 界面破壊; 界面強度; 微小材料; 高温強度; 材料試験; クリープ; 破壊力学; 原子間力顕微鏡

先進デバイスの高機能化・微細化および過酷な環境下での使用に伴い、寸法がサブミクロンからナノメートルオーダーの微小構造体が高温下に晒されることが多くなってきている。高温下では熱活性化による原子拡散やクリープが生じるため、材料の変形・破壊特性は室温下のそれとは大きく異なり、時間依存性を示す。一方、異材界面では変形のミスマッチによる応力集中が発生するため、破壊の起点になりやすい。しかし、実験観察の困難さから高温下における微小構造体の界面強度特性は解明されていない。本研究の目的は、サブミクロンからナノメートルオーダーの金属構造体の高温下における界面強度特性を実験的に評価する手法を確立するとともに、その破壊メカニズムを力学的に明らかにすることである。本年度は、昨年度に開発した微小構造体高温強度試験装置を用いて、シリコン基板端部に作製したサブミクロンオーダーのカンチレバー状錫構造体のクリープによる界面剥離実験を行った。単調負荷では剥離しない低荷重下においても時間の経過とともに変形が進行し、やがて界面端部から剥離き裂が発生することが分かった。また、クリープを考慮した非線形有限要素法により界面端部近傍の応力場を解析し、クリープ変形によりもたらされる特異応力場の遷移特性を明らかにした。一方、発生した界面き裂の伝播特性を評価するため、サブミクロン高分子薄膜のクリープによる界面き裂伝播試験を実施した。クリープ界面き裂先端近傍では均質材中のHRR場に類似の応力・ひずみ速度特異場が存在し、その強さは試験片寸法によらずクリープJ積分により評価できる。本試験より、き裂伝播速度は遷移状態におけるクリープJ積分によって特徴付けられることが明らかになった。

Advanced tools with high functionality and miniaturization can be used in cool environments and can be used in extremely cool environments.ンからナノメートルオーダーの Tiny structure が に日されることが多くなってきている at high temperature. Thermal activation at high temperature of the atom-dispersed material The deformation and breakage characteristics are shown in the room temperature and time dependence. On one side, the interface of different materials is the same as the shape of the original material. It is difficult to observe the difficulty of observing the interface strength characteristics of microstructures at high temperatures. The purpose of this study is to determine the interfacial strength characteristics of high-temperature metal structures in サブミクロンからナノメートルオーダーのThe を実験's に evaluation 価する technique を establishes the するとともに, and the その波壊メカニズムを mechanics of the に明らかにすることである. The high-temperature strength test device for microstructures developed this year and last year was manufactured with the end of the base plate using いて and シリコンしたサブミクロンオーダーのカンチレバー-like tin structure のクリープによるInterface peelingの験を行った. Single load adjustment, peeling off, low load, time and shapeがCarry out し、やがてInterface end からPeel off きCrack が発生 することが分かった.また、クリープをConsider the したnon-linear finite element method and the solution of the force field near the end of the interface Analysis of the transfer characteristics of the special force field of the クリープ変shaped によりもたらされるを明らかにした. On the one hand, the interface of the 発生したき CRACK の伝 broadcast characteristics を 価 す る た め, サ ブミ ク ロン polymer film の ク リ ー プ に よ る interface き 伝 broadcast test 験 を実 Apply し た. The HRR field in the homogeneous material is similar to the crack tip at the interface and is similar to the speed characteristic. The existence of a different field, the test of the strength of the different fields, the test method of the piece size, the J points of the test, the evaluation of the difference. This test is based on the speed and speed of the transfer and the transfer status of the test.

项目成果

Fatigue crack growth along interface between metal and ceramics submicron-thick films in inert environment

• DOI: 10.1016/j.actamat.2005.08.026
• 发表时间: 2006
• 期刊: Acta Materialia
• 影响因子: 9.4
• 作者: H. Hirakata;M. Kitazawa;T. Kitamura

サブミクロン薄膜のクリープによる界面き裂伝ぱ

亚微米薄膜中蠕变引起的界面裂纹扩展

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本材料学会第54期学術講演会講演論文集
• 作者: 平方寛之;横山雅憲;池田阿季;北村隆行
• 通讯作者: 北村隆行

サブミクロン構造体の界面はく離強度に関する破壊力学的検討

亚微米结构界面剥离强度的断裂力学研究

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本機械学会2004年度年次大会講演論文集 04-1
• 作者: 平方寛之;山本吉毅;松本祥平;北村隆行
• 通讯作者: 北村隆行

クロム微小ドットの酸化シリコン基板からのはく離発生強度評価

铬微粒与氧化硅基材剥离强度的评价

• 发表时间: 2004
• 期刊: 日本学術会議第48回材料研究連合講演会講演論文集
• 作者: 松本祥平;平方寛之;北村隆行
• 通讯作者: 北村隆行

高分子薄膜のクリープによる界面はく離き裂伝ぱ特性

聚合物薄膜蠕变引起的界面分层裂纹扩展特性

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第55回理論応用力学講演会 講演論文集
• 作者: 池田 阿希(横山 雅憲;平方寛之;北村隆行)
• 通讯作者: 北村隆行)