薄膜の付着力を評価するマイクロスクラッチ試験法の測定原理【試験機のレスカ】

マイクロスクラッチ試験法の測定原理

薄膜の密着強度を測定するマイクロスクラッチ試験法の測定原理を紹介いたします。

マイクロスクラッチ法の測定原理

印加荷重と密着強度の関係(Benjamin & Weaverの計算式)

超薄膜スクラッチ試験機で採用しているマイクロスクラッチ試験法はスクラッチ試験法の測定原理をさらに高感度化し、ナノレベルの膜厚の膜に対応した試験方法です。従来のスクラッチ試験法では一定の曲率半径を持つ硬い(ダイヤモンド)圧子を薄膜表面に押付け(Fig.1)、荷重を増加させながら引っ掻き、薄膜のはく離が生じる荷重値(臨界はく離荷重値)を求める。

Fig.1 スクラッチ先端の模式図

Fig.2 Benjammin & Weaver の計算式

膜がはく離した時の荷重値は臨界荷重値とよばれ、上記の式においてWに臨界荷重値を用いたとき、界面の密着力に相当するせん断応力が計算されます。Benjamin&Weaverの関係式により、スクラッチ試験機において得られる臨界荷重値は界面の密着力と一対一で対応していることから、臨界荷重値が薄膜の密着性を評価する指標として用いられています。なお、臨界荷重値は圧子の径などの測定条件によって変化するため、スクラッチ試験機やマイクロスクラッチ試験機では、同一の測定条件にて複数の薄膜の臨界荷重値を比較する比較試験機として用いられます。

超薄膜スクラッチ試験機における薄膜のはく離を検出する機構

Fig.3 マイクロスクラッチ法センサ部

通常のスクラッチ法に更に横断方向に数十Hzの微小振動を重畳することで、皮膜はく離時に生じる微小な摩擦力変化を速度信号として検出する試験機です。（ JIS R 3255「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験方法」準拠。）試料表面垂直方向の加速度信号を検出するセンサ（標準装備）との併用により、数十nm程度の極めて薄い皮膜の破壊も高感度に検出することが可能です。また、速度検出センサと弊社独自開発の時系列摩擦力ヒストグラム解析を用いることで、微小領域の摩擦力・摩擦係数分布を測定できます。触針にはダイヤモンド、サファイア、ボール触針をオプションとしてラインナップしています。ボール触針は、φ 3/ 32inchボールを変更することにより、各種材料との摩擦評価にも使用可能です。

ボール材料: SUJ2、SUS304、超硬合金、アルミナ、ジルコニア、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリカーボネートなど

製品一覧

Oscillating Microscratch Tester

CSR5100

超薄膜スクラッチ試験機