ナノインデンテーション法(Nano Indentation)とは

私たちの生活に必要不可欠な先端技術のひとつ、薄膜技術。半導体デバイスや、情報蓄積メディア、微小電子機械システム(MEMS)など、多くの先端技術を支えています。この技術進歩における正確な特性評価は、研究開発の非常に重要な手がかりとなります。心臓部である製品の微小化・極薄化が進む中、薄膜材料の特性評価方法は、より高精度な評価ツールに支えられながら進歩を続けています。

1.ナノインデンテーション法とは
2.ナノインデンテーション法の原理
3.ダイヤモンド圧子(ナノインデンター)とは
4.ダイヤモンド圧子の種類

1.ナノインデンテーション法とは

ナノインデンテーション法(Nano Indentation: NI)とは、工業材料などの硬さを測定するための、硬さ試験と呼ばれる評価ツールの1種です。硬さ試験は、大きく3種類に分けられます。

 

①押し込み硬さ … 材料に物体を押し込み、くぼみを測定する方法

②反発硬さ … 材料(物体)を落とし、跳ね上がる高さを測定する方法

③引っ掻き硬さ … 材料に傷を付け、傷の有無や幅等を測定する方法

 

ナノインデンテーション法は、上記3種の硬さ試験では測定困難であった特性を測定する手法です。ナノインデンテーション法により、微量試料や薄膜試料の力学的特性の測定が可能となりました。

2.ナノインデンテーション法の原理

ナノインデンテーション法の原理は、測定装置にダイヤモンド圧子と呼ばれるインデンターを装着し測定します。先端に極小のダイヤモンドを使用した、突起状のダイヤモンド圧子(あっし)を押し込むことで薄膜や微小領域の硬さ、ヤング率など材料特性を測定します。

 

ダイヤモンド圧子

 

ナノインデンテーション法では、幅広い材料の表面改質や、線量の測定が可能です。

 

材料例

金属・セラミクス・酸化膜・窒化膜・カーボン系材料・有機高分子材料など

 

3.ダイヤモンド圧子(ナノインデンター)とは

ナノインデンテーション法では、測定装置自体の性能・精度もさることながら、この押し込み測定をするときの端子となるダイヤモンド圧子(ナノインデンター)の性能・精度も非常に重要なファクターとなります。故に、ダイヤモンド圧子の精度は、限りなく高精度な形状である必要があるのです。

 

ナノインデンター

ナノインデンター

 

ナノインデンテーション法で使用されるダイヤモンド圧子は、ナノインデンターと呼ばれ、全長2~3mm、工具径0.5ミリ程度、先端半径は、100nm未満という微細かつ高精度な形状です。ダイヤモンドは地球上で最も硬質な素材でありながらも、脆弱で、加工には高度な技術が必要とされます。また、微細加工されたダイヤモンドを、シャンクと呼ばれる金属棒に溶着するためには、精度の高い溶着技術が必要とされています。

 

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4.ダイヤモンド圧子の種類

ナノインデンテーションで使用されるナノインデンターの他に、さまざまな先端形状のダイヤモンド圧子が存在します。

 

ロックウェル硬さ試験 … ロックウェルダイヤモンド圧子

ビッカース硬さ試験 … ビッカースダイヤモンド圧子・ヌープダイヤモンド圧子

 

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テクダイヤでは、お客様の用途に合わせ、ロックウェル型、バーコビッチ型、ビッカース型、ヌープ型、ショア型などカ先端スタマイズのご要望にもお応えいたします。さらに、卓越した加工技術で、製品間の形状ばらつきを圧倒的に抑制し、圧子個体差による試験時の問題を軽減します。シャンクの材料や、形状のカスタマイズも対応いたしますのでぜひご相談ください。

 

テクダイヤ株式会社「ダイヤモンド圧子」

http://www.tecdia.com/jp/products/diamond/diamondindenter.php

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