| 研究概要 |
本研究では,セラミックス・コーティング法として,とくに機械的特性に重点を置いた爆発溶射法および電子デバイスなどの薄膜化に着目したスパッタリング法を取り上げ,主にそれらの製法によって成膜された被膜における内部応力に関して実験的ならびに解析的に検討した.
まず,爆発溶射法によるセラミック被膜の形成過程における非定常な温度場に起因する残留応力場に対して,移動境界問題を考慮した解析手法を提案した.解析結果から,被膜では引張残留応力が,母材では圧縮の残留応力が生じることが明らかになった.この傾向はX線応力測定による実験結果と定性的に一致し,本解析手法の有効性が認められた.
つぎに,高周波マグネトロンスパッタリング法を用いてアルミナ薄膜および炭化ケイ素薄膜をガラス基板上に形成し,薄膜の機械的特性のスパッタリング条件に対する依存性について検討した.超微小ダイナミック硬度測定によってスパッタリング薄膜の機械的特性の評価を行った.いずれの薄膜についても,高周波電源の出力が小さいほど硬度は高くなり,成膜条件によって薄膜の内部応力が変化することが確認された.また,圧子の押し込み荷重を大きくするにつれて薄膜硬度はそれよりも低い基板硬度の影響を受けて低下することがわかり,さらにそのときの基板硬度の影響を受ける臨界押し込み荷重についても明らかにした.
最後に,分子動力学法を用いてスパッタリング薄膜の成膜過程の微視的構造を2次元的に解析する手法を提案し,スパッタリング薄膜における内部応力の評価を試みた.ここで,高周波電源を大きくするほどスパッタされる粒子クラスターが大きくなるという経験的事実に基づいて粒子径を変化させた解析を行った結果,膜の見かけの充填度は粒子径を大きくするほど小さくなり,高周波電源出力を大きくすると硬度が小さくなるという実験結果と一致する傾向が認められた.
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