硼素・炭素・窒素複合六方晶系超硬質砥粒の爆発合成と切削加工への応用

本年度は、新しい固定砥粒型ソーワイヤを製作して、ダイヤモンド基板の機械加工を試み、任意の曲線に沿って切幅0.1mmで全長2mmまで精密切断できることを実証した。最近、市場において大口径のダイヤモンド半導体基板が直接合成されたことにより、ダイヤモンドソーワイヤの役割は、単結晶のウェハリングではなく、基板を任意曲線状に精密切断する役割にシフトした。本研究で、高温(900℃)高真空(10の-3乗Pa)の雰囲気中にする自作の装置を用いて、直径30μmのダイヤモンド砥粒を直径80μmのタングステンワイヤに青銅ろう(Cu-Sn15%)接合することにより、長寿命ソーワイヤを得た。長さ８mのワイヤを往復走行させ、総走行距離6000kmにおいても砥粒は残存して、切断速度は減少せずに一定であった。残存砥粒をSEM観察すると砥粒先端は摩耗して平坦になっている。このことから、切断機構は先端による切削ではなく、ダイヤモンド同士の摩耗機構であることを見出した。切断速度は、単位走行距離当たりのダイヤモンド除去加工体積Vとして示した。これらの成果は、オープンジャーナル誌Materialsに論文掲載した。爆発合成したウルツ鉱(六方晶窒化ケイ素）は、ダイヤモンド砥粒に混合することにより加工効率を10％増加する事が可能であったが、ウルツ鉱単独ではダイヤモンド基板を加工することが出来なかった。このことから、ダイヤモンドを機械加工するには、ダイヤモンド砥粒を主体とする複合材料を使用することとした。

本年度は、新しい固定砥粒型ソーワイヤを製作して、ダイヤモンド基板の機械加工を試み、任意の曲線に沿って切幅0.1mmで全長2mmまで精密切断できることを実証した。最近、市場において大口径のダイヤモンド半導体基板が直接合成されたことにより、ダイヤモンドソーワイヤの役割は、単結晶のウェハリングではなく、基板を任意曲線状に精密切断する役割にシフトした。本研究で、高温(900℃)高真空(10の-3乗Pa)の雰囲気中にする自作の装置を用いて、直径30μmのダイヤモンド砥粒を直径80μmのタングステンワイヤに青銅ろう(Cu-Sn15%)接合することにより、長寿命ソーワイヤを得た。長さ８mのワイヤを往復走行させ、総走行距離6000kmにおいても砥粒は残存して、切断速度は減少せずに一定であった。残存砥粒をSEM観察すると砥粒先端は摩耗して平坦になっている。このことから、切断機構は先端による切削ではなく、ダイヤモンド同士の摩耗機構であることを見出した。切断速度は、単位走行距離当たりのダイヤモンド除去加工体積Vとして示した。これらの成果は、オープンジャーナル誌Materialsに論文掲載した。爆発合成したウルツ鉱(六方晶窒化ケイ素）は、ダイヤモンド砥粒に混合することにより加工効率を10％増加する事が可能であったが、ウルツ鉱単独ではダイヤモンド基板を加工することが出来なかった。このことから、ダイヤモンドを機械加工するには、ダイヤモンド砥粒を主体とする複合材料を使用することとした。