2017 Fiscal Year Annual Research Report
cBN/hBN混相ナノ結晶窒化ホウ素膜の形成による難加工材用金型の開発
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16H04540
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
楊 明 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (90240142)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森河 和雄 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 事業化支援本部技術開発支援部先端材料開発セクター, 主任研究員 (60463048)
清水 徹英 首都大学東京, システムデザイン学部, 助教 (70614543)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 薄膜プロセス / メッキ / 配線 / テクスチャードフィラメント / HFCVD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鍛造用金型のチタン系材料等に対する耐焼付き性向上を目的とした低コストかつ汎用性の高い熱フィラメント化学気相成長(HFCVD)法による高強度かつ高潤滑性の窒化ホウ素（BN）ナノ積層膜の形成を試みた。今年度は以下の項目を実施した。
1) 昨年度完成したALD成膜が可能なHFCVD装置を用いて、より低温かつ高いレートで成膜が可能な条件でhBNとSiCを数nm厚さで交互に成膜するナノ積層膜の創製を行った。シーケンサーでそれぞれの膜成長に必要な前駆体ガスを交互に導入し、数nm厚さで交互に積層するナノ積層膜の創製に成功した。当初提案したcBNとhBNとの積層の代わりにhBNとSiC膜に変更した理由として、 SiC膜のほうがより低い温度（800℃程度）かつ高い成膜レードで成膜が可能であること、またSiCはcBNと同じ立方晶の構造をしていることで高強度を有することが挙げられる。鍛造用金型表面保護膜として、高い面圧への耐久性、基板との高い接着性、チタンへの耐凝着性を総合的に満足するために、hBN/SiC積層膜のプロセス条件を制御し、膜構造の最適化を図った。
2) シリコン基板に製膜したhBN/SiCナノ積層膜（計400層）に対して、膜の機械特性を評価した。ナノインデンテーション試験により、膜のヤング率、硬さの評価を行った。ボールオンディスク試験により、膜に対するチタン材などの摺動摩擦特性を評価し、さらにチタン材のピンを用いた直線摺動試験により、耐凝着性評価を行った。また、高分解能TEMを用いて、膜の構造分析を行った。hBNとSiCを適切な厚さに制御することにより、高い面圧への耐久性かつチタンへの耐凝着性を満足することが可能であることが分かった。また、その場合の膜構造は、高分解能TEMの分析結果より、hBN/SiCナノ積層膜がそれぞれ2、3nm程度の厚さで交互積層されていることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新たに開発した装置を用いて、確実に成膜プロセスの性能が向上した。また、組成をcBN/hBNからhBN/SiCに変更したことにより、より安定した膜生成を可能にし、得られたナノ積層膜の成膜プロセス最適化により、優れた機械特性およびトライボロジー特性の膜を得ることができた。チタン材の鍛造に耐えうる高い面圧への耐久性かつチタンへの耐凝着性を満足する膜が実現可能であることが分かった。今後、実金型に製膜し、実鍛造試験での評価によりその実用性を実証できれば、実用化に近づくと思われ、ほぼ当初の計画通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として、当初の計画通りに、まず、鍛造用金型へ成膜し、実鍛造試験を実施し、膜特性の評価を行う。鍛造試験で得られた膜の高い面圧への耐久性、耐凝着性特性を評価し、膜特性向上のための成膜プロセス条件の見直しや膜の各種機械特性との関連を定量評価することによって、膜創製の最適化を行う。
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Research Products
(2 results)
