超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素膜の合成・評価及びその生成機構解明

超耐磨类金刚石碳膜的合成、评价及其形成机制的阐明

基本信息

批准号：
10J08238
负责人：
高島舞
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度の平成24年度は,超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素(DLC)膜実現の一手法として,まず蛍光顕微鏡とキセノンランプを用いたDLC膜の欠陥検出法の提案を引き続き行った.そして本検出法によりDLC膜のバルク欠陥を容易に検出できることを示し,さらにDLC膜の吸収波長依存性を利用することで膜表面の欠陥と内部の欠陥とを分離する手法を提案した.超耐摩耗性の実現には膜中の欠陥を低減させる必要があり,本手法は非接触測定法かつ膜表面からでは観察できない膜内部の欠陥について,製造現場で利用できる光学顕微鏡ベースの簡便な検出方法であり,バルク欠陥の検出に対する要望が増えつつある産業界に対する貢献は大きいと考えられる.ついでC_2H_2,CH_4,H_2を原料ガスとして気相中の水素濃度を変化させてプラズマCVD法によりDLC膜を作製し,膜の水素含有量,バルク欠陥量,比摩耗量等を評価することにより,膜中の水素割合が20atm.%程度の場合に,少膜欠陥量かつ高耐摩耗性を示すことを明らかにし,さらに高耐摩耗性DLC膜の膜構造を提案した.ついで修士課程時に遂行した「繰り返し微小すべり摩耗防止シム部材の開発」に関し,更なる信頼性を検証する追加試験をおこなった.今回はプラズマイオン注入・成膜法に加えプラズマCVD法も用いSUS301製シム上に連続構造DLC(C-DLC)膜及びセグメント構造DLC(S-DLC)膜を作製し,Al板,シム及びダクタイル鋳鉄(FCD)板を積層した試料について10^7回の曲げ疲労試験を実施した.その結果,S-DLCコーティングを適用することで,DLC膜の摩耗はC-DLC膜の場合の約1/50に低減でき,相手Al板への攻撃性低減効果も顕著であることを明らかにするとともに,膜のセグメント構造化による膜剥離の低減機構を提示した.前回実施の10^6回の曲げ疲労試験では,トラック換算で約3000kmの移動距離にしか相当しないため,この結果は開発したシム部材を輸送機器に実装する際に大変重要である.最後に,任意の3次元形状基材にテクスチャDLC膜を適用することを考慮し,従来の金網マスキング法に替わる7自由度ロボットとディスペンサで構成される描画システムを用いたテクスチャDLC膜作製法を提案した.そして,基材表面に沿って線幅約100μmの碁盤の目状マスクを描画し,DLC膜成膜後にマスクを除去することで,曲面を有する基材上にテクスチャDLC膜を作製できることを明らかにした.このテクスチャDLC膜合成法の開発によって,高耐摩耗性付与に必須であるS-DLC膜を3次元基材にまで拡張することが可能となった.

在2012年的最后一年，我们提出了一种实现超磨损的钻石样碳（DLC）膜的方法，首先我们提出了一种使用荧光显微镜和Xenon灯检测DLC膜缺陷的方法。然后，我们表明，使用这种检测方法可以轻松地检测到DLC膜中的大缺陷，并提出了一种方法，通过利用DLC膜的吸收波长依赖性，将膜表面上的缺陷和内部缺陷分离。为了实现超磨损的耐药性，有必要减少膜中的缺陷。该方法是一种非接触式测量方法和一种基于光学显微镜的简单检测方法，无法从膜表面观察到，我们可以使用制造部位提供检测散装缺陷的请求。人们认为，对不断增长的行业的贡献将是巨大的。此外，通过使用C_2H_2，CH_4和H_2作为原始气体改变气相中的氢浓度，使用血浆CVD方法制造了DLC膜，以及通过评估薄膜的氢比例，在薄膜中均为较小的毛发范围，并且在较小的摄影量中，它会显示出较小的20 atm。高度耐磨的DLC膜的膜结构。此外，还进行了有关“垫片成员的开发以防止重复的微型磨损”的其他测试，以进一步验证可靠性。除了血浆离子植入和膜形成方法外，还使用了血浆CVD方法。连续的结构DLC（C-DLC）膜和片段结构DLC（S-DLC）膜在SUS301垫片上制造，并在带有Al板，垫片和延性型铸铁（FCD）平板的样品上进行了10^7弯曲疲劳测试。结果，据透露，通过施加S-DLC涂层，可以将DLC膜的磨损降低至C-DLC膜的磨损，以及降低其他AL板的侵略性的效果，也很重要，并且是减少由于膜片段而降低膜剥离的机制。在前10^6弯曲疲劳测试中，步道约3000公里的行程距离，因此开发了此结果。将DLC材料安装在运输设备上时，这非常重要。最后，考虑到将纹理DLC膜应用于任何三维形状底物，我们提出了一种使用由七度自由的机器人和分配器组成的图形系统制造纹理DLC膜的方法，该系统替换了传统的线网格掩蔽方法。我们还透露，通过在基板的表面绘制闪光面罩约为100μm的闪光面膜，并在沉积DLC膜后卸下掩模，可以在弯曲的基板上制造纹理的DLC膜。这种纹理的DLC膜合成方法的开发使扩展S-DLC膜成为可能，该膜对于提供高磨损耐药性至关重要。