マイクロ引張試験

マイクロ引張試験片の FIB を使わない作製方法

集束イオンビーム（FIB）は、位置や寸法を精密に制御した試験片の作製に非常に優れています。しかし、FIB 加工は手間がかかるだけでなく、転位の発生、ガリウムの注入、非晶質化といった加工損傷が試験片に残る可能性があります。そのため、こうした表面損傷のない試験片を作るために、いくつかの代替作製法が提案されています。

本応用事例では、シリコン鋳型を使って銀のワイヤーをマイクロキャスティングで作製し、室温、200℃、400℃ の温度で in-situ マイクロ引張試験を行いました。この試験では変位制御を用いることで、くびれや降伏時の早期破壊を防いでいます。その結果、降伏応力の増加、加工硬化率の変化、流動応力値のばらつき、断続的なひずみバーストによる変形など、転位の流れによって引き起こされるミクロスケールの塑性変形が観察されました。

ナノ結晶合金における粒界制御

高い強度と高い延性を両立させる材料の設計は、材料科学における大きな課題です。しかし、航空宇宙や自動車産業をはじめ、多くの用途でこの両方の特性が不可欠とされています。

本事例では、構造的な無秩序度が高い粒界を持つように設計されたナノ結晶 Cu-Zr 合金を開発し、その延性が向上していることを示しました。マイクロ引張試験の結果、アモルファス粒界膜（AIF）を持つサンプルは、引張延性が 44% も向上しました。この改善は、AIF が極端なひずみ集中を防ぎ、局所的なせん断破壊への耐性を高める能力に起因すると考えられます。

金属ガラスの熱機械クリープ

金属ガラス（MG）は、結晶材料に比べて高い弾性ひずみ限界や強度といった優れた特性を持つことから、大きな注目を集めています。しかし、ミクロサイズの応用研究が進む一方で、サイズがその特性に与える影響についてはまだ完全には解明されていません。

本応用事例では、ナノワイヤーの金属ガラスを、FT-S マイクロ力センサープローブと別の基板の間に、白金電子ビーム誘起蒸着（Pt-EBID）で固定し、クリープ挙動を調査しました。

試験では、電流を流してナノワイヤーの温度を徐々に上昇させながらクリープ試験を行い、温度がその機械的挙動にどう影響するかについての知見を得るとともに、材料特性におけるサイズ効果の理解を深めました。