【研究分野】材料加工・組織制御工学

【研究領域課題番号】16K06800 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面あれ / 破壊 / その場観察 / 可視化 / 塑性変形 / 延性破壊 / マイクロ塑性加工 / レーザスペックルパターン / 二軸応力状態 / 塑性工学 / 金属箔材 / 変形の可視化 / マイクロ加工

【研究成果の概要】

近年，医療機器，電子デバイスなど多くの分野で微細部品を安価に高速生産する技術として，極薄金属箔を用いたマイクロ精密プレス成形に注目が集まっている．しかしながら，従来のマクロスケールにおけるプレス成形技術をそのままマイクロスケールに適用するのは“寸法効果”の観点から容易ではない．そこで本研究では極薄金属箔材の塑性変形中の結晶粒や表面形状レベルのミクロな視点と材料全体のひずみ分布をその場観察する小型マイクロ二軸引張試験機を開発した．開発した試験機を用いて，様々なひずみ状態の，表面あれ進展挙動と局所くびれの発生と破壊に至る過程を可視化することで，金属箔材の破壊メカニズムを明らかにした．

【研究の社会的意義】

本研究ではミクロからマクロをカバーする金属箔の変形挙動を可視化することができる革新的な試験機を開発した．開発した試験機は，金属箔の表面性状の変化や破壊挙動を予測することが可能である．本研究成果によって，金属箔材を多く用いる医療機器や電子デバイス部品を安価に大量・高速生産する小さなプレス加工の高精度化に貢献することができる．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】金属物性・材料

【研究領域課題番号】15K20959 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

粒界 / 破壊 / セラミックス / ドーパント / 透過型電子顕微鏡 / その場j観察 / TEM / その場観察 / 透過型電子顕微鏡（TEM）

【研究成果の概要】

α-Al2O3中の小傾角粒界に種々の元素を添加し、粒界原子構造をTEMにより解析した。粒界には転位が配列しており、添加元素は転位の引張ひずみ領域に選択的に偏析することが明らかとなった。また、偏析分布は元素のイオン価に相関が見られたことから、イオン性結晶における偏析現象は弾性的相互作用に加え電気的相互作用に強く依存することが示唆された。
高精度TEMその場機械試験の実現を目指し、駆動機構を有するMEMSデバイスを設計し性能評価を行った。また、本デバイスに用いる微小試料片の作製方法を検討した。デバイス性能は良好であったが、試料作製方法についてはさらなる改善を要することが明らかとなった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】構造・機能材料

【研究領域課題番号】25889015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

粒界 / アルミナ / 破壊 / ドーパント / 透過型電子顕微鏡 / その場機械試験 / 粒界破壊 / 不純物元素 / その場観察 / インデンテーション

【研究成果の概要】

本研究では原子レベルでの粒界破壊現象を探求するため、原子分解能透過型電子顕微鏡法とその場機械試験法とを併用した実験的手法の開発と基礎的データの収集を行った。Zr添加アルミナΣ13粒界の透過型電子顕微鏡その場ナノインデンテーション試験を行った結果、粒界に沿った亀裂の進展が見られた。さらに、原子分解能走査透過型電子顕微鏡により粒界破面を観察したところ、両破面上に数原子層のZr原子が残存していることが確認された。このことより、Zr添加アルミナΣ13粒界の破壊はZrの偏析層内で起こることが明らかとなった。また、本実験手法は原子レベルでの粒界破壊現象を探求するために有効であることが示された。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2013-08-30 - 2015-03-31

【配分額】2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)

【研究分野】構造・機能材料

【研究領域課題番号】22246088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

強度 / 靭性 / 破壊 / 疲労 / クリープ / 応力腐食割れ / 超塑性 / 摩耗 / その場観察 / TEM / ドメイン / 電子顕微鏡法 / セラミックス / 破壊・変形 / 粒界・界面 / 転位 / 原子配列

【研究成果の概要】

実際に材料を使用する外的な刺激の下における構造および特性の相関性を明らかにすることが実用材料の本当の構造-特性の相関性を理解することにつながる.本研究プロジェクトでは,外的な刺激を加えながら観察を行うその場電子顕微鏡法の開発およびその材料への応用を目的 として研究を行った.応力を加えた際のセラミックス中の転位の運動・双晶界面の形成などを 直接観察した他,圧電材料でのドメイン移動を直接観察することに成功したなどの成果が得ら れた.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】46,800千円 (直接経費: 36,000千円、間接経費: 10,800千円)

【研究分野】機械材料・材料力学

【研究領域課題番号】16106002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

破壊 / 界面 / 低次元構造体 / ナノスケール / 連続系 / 離散系 / き裂 / 微小構造体 / 界面強度 / 破壊力学 / 応力拡大 / 特異応力場 / ナノ要素膜 / その場観察

【研究成果の概要】

ナノスケールの低次元構造体の最弱部である界面の強度評価実験方法を開発し、その場観察とマルチスケールの力学評価を行った。また、原子レベルの構造不安定性解析を行った。その結果、従来の破壊力学(連続系)概念の適用下限は数nm 程度であることを明らかにするとともに、それ以下の離散系支配領域での破壊基準を検討した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2004 - 2008

【配分額】109,850千円 (直接経費: 84,500千円、間接経費: 25,350千円)