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.

2012财年，即最后一年，我们继续提出了一种使用荧光显微镜和氙灯检测DLC薄膜缺陷的方法，作为实现超耐磨类金刚石碳（DLC）薄膜的方法，我们证明了这种方法。使用这种方法可以轻松检测 DLC 薄膜中的缺陷，此外，我们证明了 DLC 薄膜的吸收波长依赖性可用于检测 DLC 薄膜中的体缺陷。我们提出了一种将薄膜表面缺陷与内部缺陷分开的方法，这是一种基于光学显微镜的简单检测方法，可在制造现场用于检测使用传统方法无法观察到的薄膜内部缺陷。相信它将为不断增长的工业做出巨大的贡献。接下来，我们以C_2H_2、CH_4和H_2为原料气体，改变气相中的氢气浓度，通过等离子体CVD法制备了DLC薄膜，并确定通过评价缺陷量、比磨损量等，当膜中的氢百分比约为20atm.%时，我们揭示了该膜具有低缺陷量和高耐磨性，并提出了高耐磨性 DLC 膜的膜结构。接下来，关于“防止重复微滑动磨损的垫片构件的开发”在硕士课程期间，进行了额外的测试，以进一步验证可靠性。这次，除了等离子体离子注入和成膜之外，还使用了等离子体CVD。在SUS301垫片上制作连续结构DLC（C-DLC）膜和分段结构DLC（S-DLC）膜，并将Al板、垫片和球墨铸铁（FCD）板A层压后将样品弯曲10^7次。进行了疲劳试验。结果表明，采用S-DLC涂层后，DLC膜的磨损小于C-DL。结果表明，其减少量约为C膜的1/50，并且减少对配套Al板的攻击性的效果也很显着，并且提出了通过创建膜的链段结构来减少膜剥离的机制。 10^6弯曲疲劳试验最后，考虑到纹理化DLC薄膜在任意三维形状基板上的应用，我们开发了7自由度机器人和点胶机来替代传统的丝网掩模方法，提出了一种利用绘图的纹理化DLC薄膜制造方法。系统由一个据透露，通过绘制 100μm 棋盘形掩模并在形成 DLC 膜后去除掩模，可以在具有弯曲表面的基板上创建纹理 DLC 膜。通过开发这种纹理 DLC 膜合成方法，已成为可能将 S-DLC 薄膜延伸到三维基材上，这对于赋予高耐磨性至关重要。