ナノ薄膜のトライボ特性のESEM・VTRトライボシステムによる評価

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750099
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 王 東方 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20301038)
• Keywords: ナノ薄膜 / トライボ特性 / 摩耗形態遷移図 / マイクロマシンシステム

Research Abstract

マイクロピン-オン-ディスク装置及び雰囲気制御装置においてESEM・VTRトライボシステムを改善することで,ナノ薄膜のトライボ特性及びトライボ材料としての使用条件に関し以下の結論を得た。
1) イオンミキシング法による窒化炭素膜及びカーボン膜の水蒸気中における摩擦特性に及ぼす接触荷重,滑り距離,滑り速度,運動形態の影響を測定し,薄膜の膜厚及び水蒸気圧力による影響を明らかにした。特に,窒化炭素膜はカーボン膜と比較して,初期摩擦係数の値が全体的にカーボン膜より小さい。また,両膜共に摩擦係数の膜厚依存性が見られた。
2) ESEM・VTRトライボシステムを用いて,接触荷重,滑り距離及び薄膜の膜厚による接触表面変化及び損傷を動的観察することで,摩耗形態を分類し,その遷移図を纏めた。その後,ナノ薄膜の摩擦表面をレーザ顕微鏡,原子間力顕微鏡(AFM)及びEDXで観察及び分析することで,摩耗痕の深さ,摩耗痕幅,摩耗面変形及び生成物に及ぼす諸因子の影響を明らかにした。
3) さらに,以上の結果に基づき,イオンミキシング法による窒化炭素膜及びカーボン膜のトライボ特性を比較し,特に,カーボン膜に窒素注入することでシリコン材料のﾞ摩耗粒子未発生″領域を拡大することができ,マイクロマシンシステムの保護膜としての応用可能性が期待される。
4) 来年度では,ナノ薄膜の種々の接触面に及ぼす雰囲気の影響をESEM・VTRトライボシステムにより評価し,窒化炭素膜及びカーボン膜のトライボ材料としての使用条件を明らかにする。

Research Products

• [Publications] DONG F.WANG: "Friction studies of ion beam assisted carbon nitride coating sliding against diamond pin in water vapor" Wear. 217. 307-311 (1998)
• [Publications] DONG F.WANG: "Coating thickness effect on surface damage mode transitions for an ion beam assisted carbon nitride coating subject to sliding contact with a spherical diamond" Wear. 223. 167-172 (1998)
• [Publications] DONG F.WANG: "Effect of coating thickness on friction variations in sliding between CN_<0.1> coated Si(111) and a diamond pin" Wear. (印刷中). (1998)
• [Publications] DONG F.WANG: "Dynamic evaluation of surface damage mode transitions in carbon nitride coatings due to sliding contact with a spherical diamond" Wear. (印刷中). (1999)
• [Publications] DONG F.WANG: "Mechanical characterization and tribological evaluation of ion beam assisted sputter-coatings of carbon with nitrogen incorporation" Surface and Coatings Technology. (印刷中). (1999)