| 研究課題/領域番号 |
20K04442
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
木村 高志 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60225042)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | パルススパッタ / パルスプラズマ / 多層コーティング / 硬質薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
様々な分野で需要が拡大しているハードコーティング材料（硬質保護膜）の機能性を向上させる方法の一つとして積層型コーティングに着目し、その作製技術を確立することが研究目的である。積層コーティングはナノメートルサイズの薄い層を繰り返し積み上げていく方法である。金属窒化物を成分として含む材料の硬度を向上させるには異なる結晶方位の粒状ナノ結晶での構成が必要と考えられており、各層で最適な微細構造を持つようにパルススパッタプラズマによるイオンプロセスで制御し繰り返し積み上げていく。
本年度は、異種材料の結晶格子の整合が取れた積層型硬質材料の実現に向けての第一歩として、高密度パルススパッタプラズマの生成条件と各種単層コーティング材料の微細構造との関係を調査した。繰り返し周波数を150～300Hzとしてパルスプラズマを形成し、最大パルス電流が2（A）から32（A）（単位面積当たりの電流（電流密度）が0.07Aから1.2A）の範囲で金属窒化膜を作製した。作製した窒化チタン膜の場合、電流の増加に伴い表面粗さが減少するとともに、プラズマイオン密度に比例するパルス電流の大きさにより結晶面が(111)面であるナノ結晶粒径を低電流時での40nmから高電流時の10nmまで制御することができた。また、窒化バナジウム膜の場合、パルス電流の大きさにより (111)、(200)面が混在する多結晶構造から(200)面が支配的になる多結晶構造に変えられることができた。一方、（200）面のナノ結晶粒径は広範に変えることはできなかったが、8nmから15nmの範囲での形成ができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
硬質な金属窒化物である窒化チタンならびに窒化バナジウム膜のナノ結晶粒径を高密度パルススパッタプラズマの密度 すなわち プラズマ形成時の放電電流により制御することが可能であることを示した。
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| 今後の研究の推進方策 |
高密度パルススパッタプラズマによる材料プロセスで、積層型機能性ハードコーティング材料を作製することを目的とする。その対象は金属窒化物／金属窒化物、金属窒化物／ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドライクカーボン／水素含有ダイヤモンドライクカーボンの組み合わせである。
その目的を達成するため今後の研究の推進方策を以下に記す。
1.ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリングならびにパルスDCスパッタリングの二つのスパッタリング方式を組み込んだ装置を作製し、異種材料の結晶格子の整合をはかりながら、積層型機能性材料の作製に関する実験を行う。
2.各層を構成する材料の特性を改善するために基材に入射するイオンの流束ならびにそのエネルギーの制御が必要である。そのため、従来のパルスマグネトロンスパッタリングの電源システムを改良し、シングルパルス方式から多重パルス方式への改善、正負の電圧をターゲット材料に加えるバイポーラ方式を用いた材料作製に関する実験的研究を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
参加予定していた学会が中止になったこと ならびに 作製した材料の分析にかかわる費用が次年度の支払いになったことなどにより「次年度使用額」が生じた。
令和3年度に請求した助成金と令和2年度に生じた「次年度使用額」とをあわせて、ターゲットスパッタ電極や真空配管部品を購入する計画を立てている。
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