硬質炭素膜のトライボ化学的気体生成と摩擦特性の関係

摘要

DLCのような硬質炭素膜やセラミックスなど硬質材料は，その耐久性の観点から摩擦材料として注目され，様々なトライボロジー部品へ応用されている.硬質炭素膜や炭化物，窒化物などは共有結合により固体が形作られているため，化学的にも安定である.しかし，力学的エネルギーが関与する摩擦界面では，共有結合でも容易に切断されトライボ化学反応が誘起される.例えば，窒化ケイ素や炭化ケイ素を摩擦すると活性な新生面が露出し，化学的に安定な飽和炭化水素が室温でも化学吸着する.すなわち，安定な共有結合が力学的に切断されると，不活性な飽和炭化水素でも化学吸着するほど高い活性点が生まれることを示している.一方，固体を摩擦すると微量の気体が発生することは，古く Bowdenによっても報告されている. 我々は，質量分析計を用いることで新生面における気体の吸着，気体発生,反応,触媒反応など各種のトライボ化学現象を明らかにしてきた.ここでは，硬質炭素膜を摩擦した際にトライボ化学過程で発生する気体を解析し，トライボロジー特性との関係を検討した.