硬脆材料の超微細加工に及ぼす雰囲気の影響

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本研究は、近年、高機能材料としてその用途が拡大している種々の硬脆材料(シリコン、水晶、セラミックス等)を高能率に無欠陥加工を実現する方法を検討することを目的として、特に加工環境が加工状況に及ぼす影響を検討したものである。本研究は、当初、加工雰囲気の影響を検討したが、幾つかの予備的検討を行っていくうちに、雰囲気の効果より静水圧の効果の方が顕著であることに気が付いた。そこで高静水圧環境内で機械加工を行うための装置を開発し、シリコンウェーファ一、ガラスおよび水晶を被削材として、静水圧による加工欠陥抑制効果を検討した。本装置は5000気圧の静水圧環境下で、ダイヤモンドピンを工具として一定荷重で押し付けなから引掻加工試験を行うものである。圧力媒体としてケロシンまたはタービン油を用い、試験は4000気圧下で行った。試験片を装置から取り出した後、引掻加工によって生じたスクラッチ割れを顕微鏡で観察し、割れの発生率を測定し、静水圧が割れ発生に及ぼす影響を調べた。また同様な試験を同じ装置を用いゼロ気圧下で行い、それらの結果を比較した。この結果、シリコンウェーファーおよびガラスについては、高静水圧を負荷することにより明らかにスクラッチ割れが減少することが判った。また水晶については、非常に割れの発生が多く定量的に比較は出来なかったが、クラックの形態が異なっており、静水圧により割れの発生状況が変化することが確認された。この様に、本加工法の有効性が確認された。