高硬度・超低摩擦薄膜創成に向けた先進カーボン材料複合薄膜の研究

本研究ではカーボンオニオン(OLC)の高硬度・超低摩擦薄膜の創成を目的として、OLCの薄膜強度を向上させることで、特に高負荷の摩擦環境下で使用できる固体潤滑膜の形成を目的としている.研究期間の最終年度である本年度は、主にプラズマイオン注入法(PBII)により初めて形成された,OLC集積ナノ粒子薄膜の機械特性についてナノインデンター等を用いて解析した.イオン注入によりAg内部において形成したOLCは,Agをゆっくりと昇華させることでSi基板上で集積薄膜化され、またその薄膜構造は鋭い粒度分布を有し,部分的に粒子が細密充填化されることが確認されている.このことは,OLC粒子間の相互作用が比較的弱いファンデルワールスカによることを示唆する.集積薄膜のインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数は,押し込み深さ50nm付近まではほぼ一定であり,70nm付近ではSi基板の影響を受けて値の上昇が見られる.すなわち供試試料の膜厚200nmを考慮すると,押し込み深さ50nm付近まで基板の影響がほぼ見られずインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数はそれぞれ,1.5GPa,、57GPaと見積もられた.このように樹脂等をバインダーとして用いない,純粋なファンデルワールスカにより支持されるナノ粒子薄膜として高い値を示すことが明らかとなった.このようにPBIIにより形成したOLC集積ナノ粒子薄膜において,粒子間のファンデルワールスカによる弱い束縛と鋭い粒径分布を持つことにより,ナノ粒子集積度が極めて高くなることで,特徴的な機械特性が発現することが初めて明らかとなり、さらにOLCナノ粒子固有の固体潤滑性を併せ持つことによる、高耐久性と潤滑性を有した新しい潤滑システムを創成した.今後、成膜の大規模化によって実産業界における活用が期待される.

本研究ではカーボンオニオン(OLC)の高硬度・超低摩擦薄膜の創成を目的として、OLCの薄膜強度を向上させることで、特に高負荷の摩擦環境下で使用できる固体潤滑膜の形成を目的としている.研究期間の最終年度である本年度は、主にプラズマイオン注入法(PBII)により初めて形成された,OLC集積ナノ粒子薄膜の機械特性についてナノインデンター等を用いて解析した.イオン注入によりAg内部において形成したOLCは,Agをゆっくりと昇華させることでSi基板上で集積薄膜化され、またその薄膜構造は鋭い粒度分布を有し,部分的に粒子が細密充填化されることが確認されている.このことは,OLC粒子間の相互作用が比較的弱いファンデルワールスカによることを示唆する.集積薄膜のインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数は,押し込み深さ50nm付近まではほぼ一定であり,70nm付近ではSi基板の影響を受けて値の上昇が見られる.すなわち供試試料の膜厚200nmを考慮すると,押し込み深さ50nm付近まで基板の影響がほぼ見られずインデンテーション硬さおよび圧縮弾性係数はそれぞれ,1.5GPa,、57GPaと見積もられた.このように樹脂等をバインダーとして用いない,純粋なファンデルワールスカにより支持されるナノ粒子薄膜として高い値を示すことが明らかとなった.このようにPBIIにより形成したOLC集積ナノ粒子薄膜において,粒子間のファンデルワールスカによる弱い束縛と鋭い粒径分布を持つことにより,ナノ粒子集積度が極めて高くなることで,特徴的な機械特性が発現することが初めて明らかとなり、さらにOLCナノ粒子固有の固体潤滑性を併せ持つことによる、高耐久性と潤滑性を有した新しい潤滑システムを創成した.今後、成膜の大規模化によって実産業界における活用が期待される.