2012 Fiscal Year Annual Research Report
あらゆる薄膜のナノ単位の強度評価を表面から内部まで連続で可能にするＭＳＥ法の確立
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24246031
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
岩井 善郎 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40115291)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
春山 義夫 富山県立大学, 工学部, 教授 (00019225)
堀川 教世 富山県立大学, 工学部, 准教授 (10363871)
阿保 政義 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40231980)
神田 一隆 福井工業大学, 工学部, 教授 (60091675)
宮島 敏郎 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60397239)
米沢 晋 福井大学, 学内共同利用施設等, 教授 (80242585)
本田 知己 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80251982)
上坂 裕之 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362318)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 薄膜強度評価 / 硬質薄膜 / 軟質薄膜 / 表面強度 |
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| Research Abstract |
(1) 申請設備の最新型触針式形状測定機を購入し、MSE摩耗量をオフラインで精密計測を可能にした。
(2) 各種硬質薄膜（TiN系、DLC等）と超硬合金について、1～40μmのアルミナ粒子を投射するMSE試験を実施して、摩耗率のデータを集積した。TiN系の薄膜の摩耗率と硬さや結晶サイズとの間に相関性があること、摩耗率が皮膜厚さと中間層の厚さの違いによっても変わらないこと、摩耗率とすべり摩耗試験での皮膜の優劣は定性的に同じ傾向を示すことがわかった。
(3) UBMS法で成膜されたDLC膜のMSE試験では、摩耗率は水素含有率の増加に伴い大きくなるが、そのメカニズムはラマン分光分析により膜質の違いによることが示唆された。PVD法とPCVD法で作製したDLC膜をアルゴン中で加熱して膜の特性を調べた結果、硬さは500℃以上で低下するが摩耗率は500℃まであまり変化しないこと、また硬度20GPaの水素含有DLC膜に鋼球粒子を投射すると、30nm程度の押し込みで膜極表面の硬さの増加がみられることがわかった。
(4)MSE法における粒子衝突による表面の変形と損傷の離散要素法(DEM）において、一個の粒子を八角形のリング状に改良し単一鋼球の投射による銅表面にできる圧痕を数値シミュレーションし高精度で解析できることがわかった。
(5) 過酸化水素水への浸漬により劣化させた電解質膜では、劣化指標として膜の引張強度や硬さはばらつきが大きく不適であったが、MSE法による強度評価は有効な劣化指標となり得ることが示唆された。また酸化物層厚膜付きSiウェハを基板とし高密着性ニッケルめっき皮膜（軟質膜）形成プロセスを試行し、それらの薄膜を次年度以降MSE評価の試行対象軟質膜とすることにした。
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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
１．広範な試料と試験条件下での効率的なMSE試験実施のために自動計測法の実現は必須であるが、最先端の表面形状測定装置を導入してハードとソフトの両面を検証し、自動計測法への目途をつけた点
２．各種薄膜および組成の異なる種々の超硬合金のMSE試験を実施して、系統的なデータを収集した点
３．MSE試験による材料表面強度評価結果と材料特性との間にかなり相関が見られることから、MSE評価法の意義を見いだせる可能性が示唆された点
４．DLC膜の膜質や膜強度の評価法は未だ確立されていない状況の中で、MSE法の有用性を提示した点
５．個体粒子衝突による材料表面の変形と破壊を数値シミュレーションできるモデルをほぼ構築できた点
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時の研究計画とロードマップは多面的に十分に検討したものであり、初年度（24年度）の進捗状況からも、それらが妥当であることがわかった。当初の計画に沿って推進すると共に、25年度から新たに3名の研究分担者が加わる事になったので、これまで以上に研究者相互の情報交換を密にして、多大な成果を目指したい。
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