The material properties of A1100 film with a thickness of 96 ??m has been evaluated at strain rates ranging from 0.001/s to 100/s using Static Micro Material Testing Machine(UMMTM) and High-Speed Micro Materi-al Testing Machine (HSMMTM). The high strain-rate material properties of thin films are important especial-ly for the evaluation of structural reliability of micro-formed parts and micro-electromechanical systems (MEMS) products. The high strain-rate material testing methods of thin films, however, are not yet thoroughly established, while testing methods of larger specimens for electronics, auto-body, and ocean structures has been well-established.
In the present study, a Micro-tester has been newly developed for micro-tensile tests at strain rates ranging from 0.001/sec to 0.1/sec. The new machine has a gearhead type linear motor and an accurate load measurement system. The gearhead type linear motor has the maximum tensile load of 70 N and the maximum tensile speed of 1.5 mm/s. Also, a new jig system for HSMMTM has been newly developed for easy installation of a specimen and accurate alignment between a specimen and the jig system to enhance the reproducibility of tests. Digital image correlation (DIC) method is employed to measure the axial strain of micro-specimens. To enhance the accuracy of the strain measurement, a novel technique is introduced such that very fine speckle patterns can be made. For A1100 thin film with the thickness of 96 ??m, micro-tensile tests have been performed using Micro-tester at strain rates from 0.001/s to 0.1/s, and using HSMMTM at strain rates from 1/s to 100/s. The dimension of a specimen is 300 ??m in gauge width and 1500 ??m in gauge length, which were fabricated by micro-photo etching technique.
To examine the effect of grain size and specimen size on the tensile properties of A1100, the tensile tests have been carried out at the strain rates ranging from 0.001/s to 100/s using Instron5583 and high speed material testing machine(HSMTM) for A1100 with the thickness of 1.0 mm. Electron Back Scattered Diffrac-tion(EBSD) and Focused Ion Beam(FIB) images were obtained for both micro and macro specimens and analyzed to measure the grain size. The grain size of two A1100 has been compared and the number of grains in the gauge cross-section has been evaluated. The A1100 film with smaller average grain size shows larger strain hardening than the A1100 sheet with larger average grain size. The flow stress of the A1100 film with smaller grains was higher than the A1100 sheet with larger grains. This result shows the opposite result with those of OFHC copper film.
두께 96 ??m의 A1100 재료 물성을 변형률속도 0.001/s부터 100/s에서 정적 마이크로재료시험기와 고속 마이크로재료시험기를 이용하여 구한다. 박막 재료의 고변형률속도에 대한 재료 물성은 마이크로스케일의 부품이나 미소구조물, MEMS제품의 구조적 신뢰성을 평가하기 위해 매우 중요하다. 현재 매크로 스케일에서의 고변형률속도에서의 재료실험은 많이 이루어져 있으나 박막재료에 대한 고변형률속도에서의 재료실험은 거의 이루어지지 않았다.
본 연구에서는 0.001/s부터 0.1/s까지의 변형률속도에서 마이크로인장시험을 수행하기 위하여 새롭게 정적 마이크로재료시험기를 개발한다. 개발된 시험기는 기어헤드타입의 리니어 모터와 정밀한 하중측정장치를 가지고 있다. 리니어 모터는 최대인장 하중이 70 N이고 최대 인장 속도는 1.5mm/s이다. 또한 기존의 고속 마이크로재료시험기의 지그 시스템을 간편한 시편 장착과 정렬을 위해 새롭게 제작하고 검증한다. 마이크로 시편의 축방향 변형률을 측정하기 위해 DIC(Digital Image Correlation)기법을 이용하고 정확한 변형률을 측정하기 위해 시편 표면에 스페클패턴을 생성시킨다. 변형률속도에 따른 두께 96 ??m의 A1100 박막의 마이크로인장시험을 수행하기 위하여 변형률속도 0.001/s부터 0.1/s까지는 정적 마이크로재료시험기를 사용하고 변형률속도 1/s부터 100/s까지는 고속 마이크로재료시험기를 사용한다. 마이크로시편은 마이크로포토에칭 기법으로 제작되었고 치수는 표점부 폭이 300 ??m이고 표점부 길이는 1500 ??m 이다.
결정립 크기가 A1100재료의 인장 물성에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 같은 조성을 가지는 A1100재료를 두께 1.0 mm의 시편으로 가공하여 INSTRON5583과 중고속인장시험기(HSMTM)을 이용하여 변형률속도 0.001/s부터 100/s까지 인장시험을 수행한다. 마이크로시편과 매크로시편의 결정립크기 관찰을 위해 EBSD와 FIB를 이용한다. 평균 결정립크기가 작은 A1100 마이크로시편이 변형률경화량과 유동응력이 A1100 매크로시편보다 더 크다. 이 결과는 무산소동 박막에서의 결과와 반대의 경향을 보인다.
