2020 Fiscal Year Research-status Report
トライボケミカル反応を利用した高機能六方晶窒化ホウ素薄膜製造技術の開発
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19K04162
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
村上 敬 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, 主任研究員 (40344098)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トライボロジー / ホウ化物 / 高温 / 放電プラズマ焼結 / 窒化ホウ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は放電プラズマ焼結法で作製し、かつ硬質ホウ化物であるB6O、SiB6プレートを直径9.5mmのSi3N4ボール相手に大気中及び窒素ガスをかけながら、試験温度800℃、1000℃、ストローク10mm、周波数1Hzの条件で高温摩擦試験を行った。（なおSiBnについてはかなり脆いことが判明したため、評価は次年度に持ち越すことにした。）その結果、窒素ガスをかけながら1000℃で試験した時、B6Oは0.05の超低摩擦を示す一方、SiB6プレートは0.3程度の摩擦係数を示すことがわかった。一方窒素ガスをかけながら800℃で試験した時はいずれも摩擦係数は0.6以上とかなり高くなる傾向を示した。
窒素ガスをかけながら1000℃で摩擦試験した両プレートサンプルの摩耗痕表面をXPS分析したところ、B6Oプレート上には主にB2O3被膜が、SiB6プレート上には大気中で行った時より高強度のh-BNが検出された。このことから、B6O/Si3N4の組み合わせより、SiB6/Si3N4の組み合わせでできるだけ高めの温度で摺動させた方が、h-BNが形成されやすいことがわかった。
一方B6O-Si3N4、SiB6-Si3N4、B-Si3N4粉末をそれぞれ1:1の質量比で混合したものを1200℃で2hr真空中で熱処理を行い、粉末X線回折を行ったところ、いずれもh-BNのピークが検出されたが、強度はかなり弱めであった。弱い強度のh-BNが検出された原因として、窒素ガス中ではなく、真空中で熱処理したためなのかどうかは不明であるが、窒素ガスをかけながらできるだけ高温で摺動させることが必須と考えられるため、次年度はできるだけ高温でかつ窒素ガスをかけながら摺動試験を行う予定である。
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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
高濃度のh-BN被膜を形成するには、B6Oのような酸化物ではなくSiB6などの非酸化物系ホウ化物をSi3N4相手にできるだけ高めの温度で摺動させるのが良いことが判明するなど、h-BN被膜の形成条件が徐々に絞られてきたり、一方で1000℃でB6O/Si3N4の組み合わせで摩擦試験を行うと0.05程度の低摩擦が得られたりすることが判明するなど、研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
窒素ガスをかけながら、試験温度1000℃以上でシリコンホウ化物対Si3N4の面接触の摩擦試験などを実施して、2020年度より広い面積かつ高濃度のh-BN被膜を作製する。さらに得られた被膜について発光素子材料としての適性についても調査を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルスのため2020年春開催、出席予定であった国際会議TERMEC2020が2021年6月開催に変更となり、参加費等の支払いが遅れていること、及びh-BN薄膜評価のための予算を確保しておきたいことから、次年度使用額が生じた。2021年度この残額は主に上記の用途に用いる予定である。
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