表面薄膜のナノインデンテーション評価

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452269
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 田中 紘一 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (90143817)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 嶋本 篤 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90226225)
• Keywords: ナノインデンテーション / 極超微小硬度 / 圧子 / FEM解析 / ガラス / カーボン薄膜 / フェライト / 機械加工層

Research Abstract

ナノインデンテーション(極超微小硬度)試験により、光学ガラス、カーボン薄膜、フェライト加工面の機械的評価を行なうとともにFEMを用いてその挙動解析を行なった。得られた主たる実績は以下の通りである。
(1).三角錐圧子におけるインデンテーション挙動のFEM弾性解析; ナノインデンテーション試験においては鋭い圧子先端形状を得るため三角錐圧子を用いる。3次元FEM弾性解析により圧子押込み荷重変位関係を求め、光学ガラスを供試して計算結果を確認した。その関係を表わす形状係数は円錐圧子の場合より、約65%高くなった。
(2).薄膜構造体のインデンテーション挙動のFEM弾性解析;薄膜構造体に円錐圧子を押し込んだ時の荷重変位関係を求めた。薄膜の弾性定数が基盤のそれより小さい時には、膜厚の1/10程度の深さにおいては薄膜の押し込み挙動を反映するがその後急激に基盤の押し込み関係式に漸近することが判明した。磁気記録媒体上のカーボン薄膜(厚さ30nm)を供試し、そのインデンテーション挙動とFEM解析結果を比較検討することにより、カーボン薄膜のヤング率を推定することができた。その結果、カーボン薄膜の接触弾性定数はそのスパッタリング生製条件に敏感に依存することが分った。
(3).フェライト加工面のナノインデンテーション評価;磁気記録ヘッド用スライダに用いられるフェライト超精密加工面のインデンテーション評価を行った。その結果、加工方法の違いによって、表面のインデンテーション挙動は極端に異なり、加工変室層は10nm〜1μmと変化することが分かった。光学ガラス、シリコンウェハーなどの表面にも同様な加工層の存在が確認でき、ナノインデンテーションは超精密加工面の評価に極めて有効な方法である。

Research Products

• [Publications] A.Shimamoto,: "Surface Finishing Characterization of MN-Zn Ferrite Magnetic Recording Heads by Ulta-low load Indentation Test and Its Relation to Tribological Behaviors." ASME Press Series,Adv.Info.Storage Syst.5. (1993)
• [Publications] A.Shimamoto,: "Surface Spectroscopy and Tribology of Overcoat Carbon Film Prepared by Sputtering in a Methane and Argon Mixed Gas Atmosphere." ASME Press Series,Adv.Info.Storage Syst.5. (1993)