Residual stress control of boroncarbon nitride coatings by bipolar-HiPIMS

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本研究は、申請者らが推進してきたHiPIMS技術による炭窒化ホウ素膜形成における知見を礎に、バイポーラ型HiPIMSプラズマ特性の解明に基づいて、膜構成粒子の選択的なイオン加速を実現し、c-BN相核形成に及ぼす影響と自己イオン衝撃による残留応力抑制に対する効果を明らかにしていくものである。初年度は、重点課題1「極短HIPIMSパルス条件下におけるターゲット直上のプラズマ特性の過渡現象」の検証を主目的として、①バイポーラ型HiPIMSシステムの構築と各種パルスパターンにおけるI-V特性の検証および②プラズマ発光分光(OES)分析を応用したプラズマ可視化システムの構築とそれを用いたプラズマ診断の2点について研究を遂行した。①では，既存のHiPIMS電源に新たに正のパルスバイアス電圧を印加するシステムを導入し、バイポーラ型のHiPIMS放電を形成可能な電源システムを構築した。新たにデジタル遅延パルス発生器を用いてバースト型のパルス信号を始めとした各種異なるパルスパターンを外部信号として入力可能なシステムを構築した。また同システムを用いて、各種パルスパターンにおける正のバイアス電圧印加の検証実験を行い、そのI-V特性と検証可能な放電条件を明らかにした。②では、ターゲット近傍におけるプラズマ粒子の動的特性の検証を目的として、OES分析を応用したプラズマ可視化システムを構築した。UVレンズを設置した高分解能ICCDカメラによるターゲット直上のプラズマ発光の撮像、各イオン種の励起による発光スペクトルの波長フィルタによる抽出およびその発光強度の2Dイメージ化が可能なシステムを構築した。またその有効性検証のための放電実験を実施した。以上より、次年度に向けてバイポーラ型HiPIMS放電におけるターゲット直上のプラズマ特性の過渡現象解明に向けた実験環境が整備された。