固体潤滑剤二硫化タングステンのX線回折および電子顕微鏡による格子欠陥構造の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は宇宙機用固体潤滑剤として注目されている二硫化タングステン(WS2)の潤滑メカニズムに関する研究である。WS2をコーティング試料について室温及び高温において真空摩擦試験を行い，摩擦試験後の試料をＸ線回折と透過型電子顕微鏡を用いて，原子レベルで格子欠陥の直接観察と結晶構造解析を駆使し，その欠陥構造を明らかにする。実験結果をもとに格子欠陥構造の概念を取り入れたWS2の低潤滑メカニズムを明らかにすることを目的としている。令和4年度は真空雰囲気中，室温から500℃までの高温において摩擦試験可能な回転摩擦試験機を設計製作し完成させた。真空中摩擦試験の試験方法を確立した。WS2被膜の摩擦係数と摩擦距離の関係を長時間にわたって計測し，摩擦現象に関する基礎データを得た。摩擦後のディスク表面とボールの表面状態を走査型電子顕微鏡（SEM）を用いて観察し，元素分析を行った。その結果，タングステンと硫黄の原子がボールに移り，WS2層間で滑っていることが明らかとなった。摩耗痕からはく離したWS2紛体をマイクロメッシュに固定し，透過型電子顕微鏡（TEM)で観察を行った。WS2薄片の(0002)面が重なった回転モアレパターンが観察された。モアレパターンが曲がっていることから，(0002)面に積層欠陥が存在し，部分転位等の存在が示唆された。格子欠陥構造の詳細を原子レベルで明らかにするために，画像シミュレーションソフト（BesTEM）を導入した。BesTEMを用いて，可能性のある積層欠陥構造の高分解能電子顕微鏡像のシミュレーションを行った。その結果，条件を変化させた高分解能像から積層欠陥の種類を明らかにすることが可能なことを見出した。