工具材としてのダイヤモンドの熱化学的損耗機構の解明と制御

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03650106
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 島田 尚一 大阪大学, 工学部, 助教授 (20029317)
• Keywords: ダイヤモンド / 損耗 / 熱化学的損耗 / 超精密切削 / 切削工具

Research Abstract

ダイヤモンドは超精密切削工具用の一種の理想材料として良く知られているが、工具材としての限界を決定する損耗特性および損耗機構はほとんど明らかにされていない。本研究では、経験的事実から熱化学的な過程にもとづいていると考えられる、ダイヤモンドの損耗特性およびその機構を解明するために、切削中の切れ刃損耗を模擬する金属との接触加熱モデル実験および熱力学,量子化学的手法にもとづくダイヤモンド表面の熱化学反応過程の解析を試みた結果、次のことが明らかになった。
1.鉄との接触下ではダイヤモンドは鉄中への拡散、鉄の炭化、ダイヤモンドの酸化の3つの機構によって損耗する。そこでダイヤモンドとの炭化物を作らない銅を用いて接触加熱実験を行ったところ、銅が酸化し、銅酸化物をダイヤモンドが還元する条件下ではダイヤモンドの損耗が進むことを明らかにした。2.熱力学および量子化学的手法にもとづく解析によって、金属との接触下でダイヤモンドの損耗が生じる温度、酸素分圧を予測することが可能になった。
3.実験および解析結果から、切削中のダイヤモンド工具の損耗機構は、主として、被削材金属の酸化物をダイヤモンドが還元する、いわゆるレドックス機構にもとづいて生じ、金属の炭化および金属中へのダイヤモンドの拡散も工具損耗を促進させることが明らかになった。
4.比較的容易に実現できる雰囲気のもとでは、切削中のダイヤモンド工具の損耗を制御することはかなり困難であるが、逆に雰囲気および接触物質を適当に選べば、熱化学的なダイヤモンドの高能率加工が行える可能性があることを示した。

Research Products

• [Publications] S.Shimada,N.Ikawa,G.Ohmori,H.Tanaka,J.Uchikoshi: "Molecular Dynamics Analysis as Gompared with Experimental Results of Micromachining" Annals of the CIRP. 41. 117-120 (1992)
• [Publications] 島田 尚一: "工具材料としてのダイヤモンドの工学物性" New Diamond. 8. 22-27 (1992)