2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultra-precision polishing using carbon onion abrasives with controlled molecular shape
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16H04242
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 敦 東京工業大学, 工学院, 教授 (50242277)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 祐子 東京工業大学, 工学院, 准教授 (20610033)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 精密研磨 / ナノ材料 / 機械工作・生産工学 / 材料加工・処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボンオニオンの超精密ポリシング作用の基礎的特性の検討を続けた．生成温度に起因するカーボンオニオンの分子形状の差異が砥粒としての研磨特性にどのような影響を与えるのかを明らかにすることを目的とした．一次粒径がそれぞれ5nm，18nmのナノダイヤモンドとカーボンブラックを原料とし，2000℃(球形)，2400℃(多角形)，2800℃(中空多角形)の計6種類のカーボンオニオンを生成した．ナノダイヤモンドから生成した3種類のカーボンオニオンを用いて石英ガラス，単結晶SiC，単結晶シリコンに対して，カーボンブラックから生成した3種類のカーボンオニオンを用いて石英ガラスに対して研磨実験を行った．研磨特性を研磨速度・最終到達面粗さで評価した結果，10Nの荷重では分子形状の差による研磨特性の大きな違いは見られず，5Nでは多角形のカーボンオニオンで最も研磨速度が高くなった．これは，高荷重ほど研磨中に圧縮状態にある粒子の変形が影響して，研磨特性が分子形状に依存しないと推察される．
また，走査型プローブ顕微鏡法／ナノインデンテーション法を複合した試験法によるカーボンオニオン単一独立粒子の圧縮挙動を評価するため，分子動力学法によるモデリング，解析も進めた．表面を酸素終端したダイヤモンド平板により上下からカーボンオニオンを挟み込むモデルとし，圧縮による変形の解析を行った．カーボンオニオン粒子モデルには経験的ポテンシャルとしてBrennerポテンシャルとLJポテンシャルの複合を用いた．以上の条件で計算した結果，カーボンオニオンの変形過程と荷重変位線図を得た．そして，実測と計算でスケールが大幅に異なるため，荷重変位線図において粒径で規格化することで比較を行った結果，実測値と計算値で大きな差はないことを明らかにした．
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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