粒子衝突による基板破砕パウダージェット加工における加工メカニズム

摘要

パウダージェット加工は噴射条件によって，①除去加工（アブレイシブジェット加工）と②付着加工（パウダージェットデポジション）を常温大気圧環境下で行うことができる加工法である．この加工現象は衝突させる粒子の粒径や速度，すなわち運動エネルギにより除去加工から付着加工へと遷移することがわかっており，その遷移条件近傍では粒子衝突による基板の破砕と粒子の破砕が生じる結果，基板の除去と粒子の付着が同時に起きていることが明らかになっている．しかし，それぞれの破砕と加工現象の関係は明らかになっていない．そこで本研究では平滑化粒子（SPH）法を用いてアルミナ粒子のガラス基板への衝突現象を解析し，基板の破砕を評価した．その結果，衝突速度400m/s で破砕長さと破砕深さが急激に増加したことから，衝突速度400m/s で付着加工から除去加工へ遷移すると予測した．さらに噴射実験により粒子速度と加工現象遷移の関係を検討したところ，400m/s 以上で除去加工が行われた．以上の結果から，粒子速度400m/s 以上では基板が脆性破壊するため除去加工へ遷移することが明らかになった．