マイクロ波プラズマCVDにより合成した窒化炭素の摩擦摩耗特性: CVDダイヤモンドに対する摩擦摩耗

摘要

Carbon nitride, which has fascinating properties such as high hardness and high current density of field emission, was investigated to elucidate the tribological properties of carbon nitride synthesized using microwave plasma CVD against CVD diamond. Carbon nitride was synthesized using microwave plasma CVD with a mixture of CH_4-N_2 gas used as a reaction gas. The CH_4 flow rate was varied from1to 3 SCCM. Using a ball-on-disk friction tester, tribological properties of the deposits were estimated. Counterpart materials were CVD diamond film coated onto the SiC ball using microwave plasma CVD. Regarding the estimation of tribological properties, the lowest coefficient of about 0.05 against diamond was obtained for deposits made with a CH_4 flow rate 2 SCCM. The wear depth was shallow against deposits synthesized in a CH_4 flow rate of 2 SCCM. Results demonstrate that tribological properties of carbon nitride against diamond had a low friction coefficient. Deposits synthesized in a CH_4 flow rate of 2 SCCM exhibited the shallowest wear depth.%窒化炭素(C_3N_4)は，ダイヤモンドと比較して高い体積弾性率を持つ可能性のある材料としてLiuとCohenにより計算予 測されて以来,新奇な超硬質材料として注目されている。そのため，超硬質な結晶性窒化炭素を得るために各種手法に よる合成が行われ，気相からの合成に関する研究が種々のCVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition)により試みられている。一方，炭素系薄膜材料はダイヤモンドやDLC (Diamond Like Carbon)などの硬質膜を中心に薄膜形成や応用に関する研究が行われ，工具や摺動表面の保護膜として利用されている。DLCに窒素を含有させた非晶質窒化炭素(CN_x)のトライボロジー特性は，窒素雰囲気中で相手材にSi_3N_4およびSUJ2を用 いた場合に0.01以下の非常に低い摩擦係数を示す。また，大気中や真空中で相手材にSUJ2を用いた場合に炭素系薄膜であるにもかかわらず鉄系材料に対しDLCに比べ優れた耐摩耗性ゃ低相手材攻撃性なども報告されている。