2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of desktop plasma CVD apparatus for wear-resistant film deposition on cutting tools for
| Project/Area Number |
16K06806
|
|---|
| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
清水 禎樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (20371049)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 禅 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (50357646)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | プラズマプロセス / CVD / PVD / 切削工具 / 耐摩耗性薄膜 / 潤滑性薄膜 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ドリルに代表される切削工具の長寿命化に向けて、その表面に耐摩耗性や潤滑性に優れた膜を成膜する卓上型簡易装置の開発ならびにプロセス設計を行った。装置開発では、都度その場でドリルが簡単にセットでき、圧力調整、成膜原料の供給、プラズマ発生、成膜が一連で行える装置を開発した。成膜では、当初の計画であったガス原料からのＣＶＤプロセスに加えて、固体原料を用いたＰＶＤプロセス、更に両者を組み合わせたＰＣＶＤプロセスが行える仕様とした。
耐摩耗性膜成膜では、窒素－チタン系薄膜および炭素－窒素－チタン系薄膜の成膜を目標とした。当初試みたＣＶＤプロセスでは、炭化水素ガス、窒素ガス、チタン系液体試薬の蒸気をプラズマ中に供給し、分解・反応させ、非成膜体表面に堆積させた。しかしながらこの手法で得られる膜中には酸素が多く含まれていた。これは、チタン系液体試薬の蒸気中に含まれる酸素に起因するものと考えられたため、極力酸素含有量を減少させるために新たな手法を検討し、高純度の固体チタンを用いるＰＶＤ法での成膜を検討した。
ＰＶＤ法では、装置内のドリルを囲むように設置したチタンターゲットの周囲でプラズマを発生させるスパッタリング法で成膜した。ＣＶＤ法との比較では、膜中の酸素成分の減少が確認された。この手法を基に、炭素系および窒素系ガスを装置内に導入してスパッタプロセスを行った結果、炭素、窒素、チタンが含有された薄膜が堆積された。
他、新たなアプローチとして、ドリル表面に塗布した液体原料を、プラズマや光で加熱・固化・成膜させる手法の検討も行ない、工具表面への成膜プロセスとしての可能性についての知見が得られた。
以上のように本研究課題を通して、切削工具への耐摩耗性膜の簡易成膜実現に向けて、卓上型プラズマＰＣＶＤ装置のプロトタイプ装置ならびにプロセス基盤技術の開発に成功した。
|
