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

基本信息

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

项目摘要

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。

随着高功能，高级设备的微型化以及在恶劣的环境中的使用，尺寸通常会暴露于从亚微米到高温到高温的纳米订单的小结构。在高温下，由于热激活而引起的雾化和蠕动，材料的变形和破坏特性与室温下的变形和破坏特性显着不同，表明时间依赖性。另一方面，在外国界面上，产生由转换不匹配引起的应力浓度，因此可能是破坏的起点。但是，由于实验观察的难度，尚未阐明微型结构在高温下的界面强度特征。这项研究的目的是建立一种实验评估纳米级金属结构的高温下的界面强度特征的方法，并在机械上阐明了破坏机制。今年，使用去年开发的微型结构高温大强度测试装置，我们使用在硅底物结束时制成的拇指克隆顺序的蠕变结构进行了界面剥离实验。即使在没有单调载荷剥离的低负载下，也发现变形会随着时间的推移而进行，并且从脸部的末端发生了剥离裂缝。此外，通过考虑蠕变的非线性成品元素方法分析了界面末端附近的应力场，并揭示了蠕变变形所带来的特定休息场的过渡特性。另一方面，为了评估发生的界面裂纹的传播特性，使用亚微米聚合物薄膜的蠕变进行了界面裂纹测试。在蠕变裂隙尖端中，同质材料中的HRR场中存在类似的应力和应变速度特异性区域，并且无论测试一个维度如何，都可以通过蠕变J积分来评估其强度。该测试表明，破裂的播种速度的特征是过渡状态下的蠕变J积分。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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
通讯作者：
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

DOI：
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
影响因子：
0
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

DOI：
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
影响因子：
0
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

DOI：
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
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
第55回理論応用力学講演会講演論文集
影响因子：
0
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)

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DOI：
发表时间：
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期刊：
影响因子：
0
作者：
伊達虹貴;近藤俊之;平方寛之;箕島弘二
通讯作者：
箕島弘二

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DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
嶋田隆広;野田大樹;藤田涼雅;平方寛之;中山健・中村謙太郎・藤永公一郎・高谷雄太郎・原口悟・永石一弥・川合達也・石川剛志・加藤泰浩;PARK HANSEO (for the ALICE Collaboration)
通讯作者：
PARK HANSEO (for the ALICE Collaboration)