無(wú)機(jī)固體材料及刀具工具的制作方法
【專利摘要】一種無(wú)機(jī)固體材料以及刀具工具。本發(fā)明的無(wú)級(jí)固體材料為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5～50nm，表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
【專利說(shuō)明】無(wú)機(jī)固體材料及刀具工具【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非金屬的無(wú)機(jī)固體材料、即在施加了沖擊等的情況下不易產(chǎn)生裂紋及缺口的無(wú)機(jī)固體材料、和刀刃使用有該無(wú)機(jī)固體材料的刀具工具。
【背景技術(shù)】
[0002]在玻璃、陶瓷、金剛石、立方晶氮化硼(cBN)、碳化鶴等結(jié)構(gòu)材料、功能性材料、機(jī)械零件材料、模具用材料、工具用材料中，要求固體材料的高強(qiáng)度化。高強(qiáng)度化是指，在由于突然的沖擊或者反復(fù)的沖擊及滑動(dòng)而對(duì)固體材料施加力的情況下，抑制固體材料出現(xiàn)缺口或產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。
[0003]特別是，由于金剛石、無(wú)粘合劑cBN燒結(jié)體、碳化鎢等高硬度材料具有耐磨損性，故而用于模具及切削工具等刀具工具。但是，它們是韌性低的脆性材料，施加沖擊后產(chǎn)生裂紋及缺口而容易破損。這樣的非金屬的脆性材料幾乎不會(huì)產(chǎn)生金屬那樣的塑性變形，因此，施加沖擊時(shí)，應(yīng)力集中于在制造工序等產(chǎn)生的表面上的小傷痕，使傷痕擴(kuò)張的力起作用。其結(jié)果，傷痕伸長(zhǎng)，以該傷痕為起點(diǎn)而產(chǎn)生裂紋及缺口。
[0004]作為脆性材料的高強(qiáng)度化技術(shù)，通常公知有使脆性材料的表面平坦化以除去傷痕及表面缺損的技術(shù)。使用磨粒的機(jī)械研磨不基于材料而被采用。另外，在專利文獻(xiàn)1(日本特開2007-230807號(hào)公報(bào)) 中，作為制造耐崩裂性優(yōu)良的金剛石產(chǎn)品的技術(shù)，公開了將由機(jī)械研磨產(chǎn)生的表面上的微裂紋除去的熱化學(xué)研磨技術(shù)。
[0005]此外，作為脆性材料的高強(qiáng)度化技術(shù)，公知有玻璃的高強(qiáng)度化技術(shù)。通過(guò)在玻璃表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，能夠在向玻璃表面上的傷痕施加力的情況下制止傷痕的伸長(zhǎng)。另外，化學(xué)強(qiáng)化法(離子交換法)是將玻璃浸潰在硝酸鉀(KNO3)水溶液中，將玻璃表面層的離子半徑小的Na +置換為比其離子半徑大的K +，在玻璃表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的強(qiáng)化玻璃技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2 (日本特開2011-256104號(hào)公報(bào)))。
[0006]此外，作為脆性材料的高強(qiáng)度化技術(shù)，公知有纖維強(qiáng)化陶瓷。例如,通過(guò)捆扎直徑為數(shù)Pm至數(shù)十μ m的碳化硅(SiC)及碳的數(shù)千根至數(shù)萬(wàn)根的纖維，雖然每個(gè)纖維被脆性破壞，但由于破壞的單位相對(duì)地變小，故而防止了纖維束的脆性破壞。將這種纖維束的織物用陶瓷加固的復(fù)合材料為纖維強(qiáng)化陶瓷(例如參照專利文獻(xiàn)3(日本特開2011-157251號(hào)公報(bào)))。
[0007]在通過(guò)機(jī)械研磨而使固體材料的表面平坦化的情況下，能夠除去比磨粒大的傷痕，但難以完全除去磨粒造成的研磨傷痕。另外，專利文獻(xiàn)I公開的熱化學(xué)研磨技術(shù)利用金剛石和銅之間的氧化還原反應(yīng)，不能夠?qū)⒃摷夹g(shù)適用于金剛石以外的固體材料。專利文獻(xiàn)2及專利文獻(xiàn)3公開的技術(shù)也存在適用對(duì)象的固體材料的制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于這樣的狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種在施加了沖擊等力的情況下不易產(chǎn)生裂紋及缺口的非金屬的無(wú)機(jī)固體材料及在刀刃使用有該無(wú)機(jī)固體材料的刀具工具。[0009]本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料，為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其中，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm，表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
[0010]另外，本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料，為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其中，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm,表面結(jié)構(gòu)的楊氏模量小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的楊氏模量，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
[0011]另外，本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料，為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其中，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm，表面結(jié)構(gòu)的密度小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的密度，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
[0012]另外，本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料，為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其中，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm，表面結(jié)構(gòu)的硬度小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的硬度，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
[0013]另外，本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料，為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其中，在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm，表面結(jié)構(gòu)具有非晶體結(jié)構(gòu)，位于表面結(jié)構(gòu)下方的固體材料的內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向表面結(jié)構(gòu)從晶體結(jié)構(gòu)向非晶體結(jié)構(gòu)逐漸變化的結(jié)構(gòu)。
[0014]優(yōu)選的是，在這樣的表面結(jié)構(gòu)中，存在多個(gè)所述隆起部密集地聚集的、平均寬度為50nm~530nm的區(qū)域。
`[0015]優(yōu)選的是，這樣的表面結(jié)構(gòu)可通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射而形成。
[0016]另外，本發(fā)明的刀具工具，其刀刃部使用上述無(wú)機(jī)固體材料。
[0017]另外，本發(fā)明的刀具工具，由非金屬的無(wú)機(jī)固體材料形成，在刀具工具的刀刃部的表面具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的平均寬度為5nm~50nm，表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，由于在無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有上述那樣的與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同的，形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，因此，在施加有沖擊等力的情況下通過(guò)該表面結(jié)構(gòu)緩和應(yīng)力集中而不易產(chǎn)生裂紋及缺口。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡的解析圖像(不含密集區(qū)域)；
[0020]圖2是將圖1所示的表面結(jié)構(gòu)的一部分放大的解析圖像(200nmX200nm)；
[0021]圖3是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡的解析圖像(不含密集區(qū)域)；
[0022]圖4是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡的解析圖像(包含密集區(qū)域)；[0023]圖5是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡的解析圖像(包含密集區(qū)域)；
[0024]圖6是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡的解析圖像；
[0025]圖7是實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的基于原子力顯微鏡的解析圖像；
[0026]圖8是由團(tuán)簇的碰撞而形成的凹坑結(jié)構(gòu)；
[0027]圖9是用于說(shuō)明密集區(qū)域的寬度定義的譜線輪廓的一例；
[0028]圖10是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表1 (硬度比)；
[0029]圖11是表示關(guān)于實(shí)施例1~5和比較例I~5共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0030]圖12是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表2 (硬度比)；
[0031]圖13是表示關(guān)于實(shí)施例10~14和比較例8~12共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0032]圖14是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表3 (硬度比)；
[0033]圖15是表示關(guān)于實(shí)施例19~23和比較例15~19共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0034]圖16是表不各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表1 (楊氏模量比)；
[0035]圖17是表示關(guān)于實(shí)施例28~32和比較例22~26共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0036]圖18是表不各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表2 (楊氏模量比)；
[0037]圖19是表示關(guān)于實(shí)施例37~41和比較例29~33共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0038]圖20是表不各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表3 (楊氏模量比)；
[0039]圖21是表示關(guān)于實(shí)施例46~50和比較例36~40共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0040]圖22是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表1 (密度比)；
[0041]圖23是表示關(guān)于實(shí)施例55~59和比較例43~47共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0042]圖24是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表2 (密度比)；
[0043]圖25是表示關(guān)于實(shí)施例64~68和比較例50~54共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0044]圖26是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表3 (密度比)；
[0045]圖27是表示關(guān)于實(shí)施例73~77和比較例57~61共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0046]圖28是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表1 (結(jié)晶率);
[0047]圖29是表示關(guān)于實(shí)施例82~86和比較例64~68共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0048]圖30是表示各 實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表2 (結(jié)晶率)；
[0049]圖31是表示關(guān)于實(shí)施例91~95和比較例71~75共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0050]圖32是表示各實(shí)施例及各比較例的滑動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的一覽表3 (結(jié)晶率)；[0051]圖33是表示關(guān)于實(shí)施例100~104和比較例78~82共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系的圖；
[0052]圖34是在無(wú)機(jī)固體材料的表面彼此接觸的情況下的接觸面的示意圖；
[0053]圖35是比較在兩種不同的材料表面施加力時(shí)的情形的示意圖，(a)表示在現(xiàn)有的脆性材料的表面施加力時(shí)的情形，(b)表不在實(shí)施方式的無(wú)機(jī)固體材料的表面施加力時(shí)的情形；
[0054]圖36是比較在形成有不同隆起部的兩種無(wú)機(jī)固體材料表面施加力時(shí)的情形的示意圖，Ca)表示在形成有脆性的隆起部的無(wú)機(jī)固體材料表面施加力時(shí)的情形，(b)表示在通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射而形成有5nm以上且50nm以下大小的隆起部的無(wú)機(jī)固體材料表面施加力時(shí)的情形；
[0055]圖37是用來(lái)說(shuō)明對(duì)應(yīng)于隆起部的平均寬度的大小而使崩裂發(fā)生率不同的示意圖，(a)為隆起部的平均寬度比50nm大很多的情況,(b)為隆起部的平均寬度小于5nm的情況，(c)為隆起部的平均寬度在5nm~50nm的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0056]如上所述，非金屬的無(wú)機(jī)固體材料的裂紋及缺口的原因?yàn)閼?yīng)力集中在無(wú)機(jī)固體材料表面上的傷痕。因此，目前認(rèn)為通過(guò)除去無(wú)機(jī)固體材料表面上的傷痕及微裂紋而可實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)固體材料的高硬度化。
[0057]但是，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不將無(wú)機(jī)固體材料表面上的傷痕及微裂紋除去，即不使無(wú)機(jī)固體材料的表面平坦 度提高，而是通過(guò)在無(wú)機(jī)固體材料的表面形成具有某種特征的“傷痕”來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)固體材料的高硬度化。
[0058]具體而言，本發(fā)明的無(wú)機(jī)固體材料在表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)，隆起部的寬度的平均值(平均寬度)為5nm以上且50nm以下，表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。在此，固相界面定義為在從表面結(jié)構(gòu)至無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的區(qū)域中物理參數(shù)不連續(xù)變化的邊界。
[0059]具體而言，“表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在表面結(jié)構(gòu)與無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面”可列舉如下例子:“表面結(jié)構(gòu)的楊氏模量小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的楊氏模量，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向表面結(jié)構(gòu)楊氏模量逐漸變化的結(jié)構(gòu)”、或者“表面結(jié)構(gòu)的密度小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的密度，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向表面結(jié)構(gòu)密度逐漸變化的結(jié)構(gòu)”、或者“表面結(jié)構(gòu)的硬度小于位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的硬度，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向表面結(jié)構(gòu)硬度逐漸變化的結(jié)構(gòu)”、或者“表面結(jié)構(gòu)具有非晶體結(jié)構(gòu)，位于表面結(jié)構(gòu)下方的無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向表面結(jié)構(gòu)從晶體結(jié)構(gòu)逐漸向非晶體結(jié)構(gòu)變化的結(jié)構(gòu)(即，表面結(jié)構(gòu)的結(jié)晶率小于無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的結(jié)晶率)”。
[0060]另外，在這樣的表面結(jié)構(gòu)中，可以存在多個(gè)(例如，數(shù)個(gè)至數(shù)百個(gè)程度)隆起部密集地聚集的區(qū)域(以下，也稱密集區(qū)域)。該密集區(qū)域的寬度的平均值(平均寬度)優(yōu)選為50nm以上且530nm以下。另外，在密集區(qū)域的平均寬度為50nm的情況下，具有小于50nm的平均寬度的隆起部聚集而形成密集區(qū)域。
[0061]非金屬的無(wú)機(jī)固體材料是指絕緣體及半導(dǎo)體即具有脆性的材料。具體而言，可示例金剛石、立方晶氮化硼(cBN)、碳化鎢燒結(jié)體(也稱為超硬合金)、玻璃、硅、各種陶瓷等。關(guān)于固體結(jié)構(gòu)，可以為包含單晶體、多晶體、金屬粘合劑的燒結(jié)體、非晶體等，其形態(tài)不限。例如在金剛石的情況下，可示例單晶體金剛石、包含金屬粘合劑的多晶體金剛石(也稱為燒結(jié)金剛石)、不含金屬粘合劑的多晶體金剛石等。作為無(wú)機(jī)固體材料并不是完全排除含有金屬，在主要成分作為固體而具有脆性的情況下可發(fā)揮本發(fā)明的效果。
[0062]另外，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)由例如機(jī)械研磨等充分平坦化后的無(wú)機(jī)固體材料照射氣體團(tuán)簇離子束，能夠在無(wú)機(jī)固體材料表面形成上述的表面結(jié)構(gòu)。由于通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束的加工是束工藝，故而能夠瞄準(zhǔn)工具的一部分例如刀刃部來(lái)照射氣體團(tuán)簇離子束。
[0063]作為用于在無(wú)機(jī)固體材料表面形成上述表面結(jié)構(gòu)的裝置，可使用例如專利第3994111號(hào)公報(bào)記載的氣體團(tuán)簇離子束裝置。使原料氣體從噴嘴噴出到真空的團(tuán)簇生成室內(nèi)，使氣體分子凝聚而生成團(tuán)簇。該團(tuán)簇通過(guò)分離器作為氣體團(tuán)簇束向離子化室引導(dǎo)。在離子化室從離子發(fā)生器照射電子束、例如熱電子而將中性團(tuán)簇離子化。該離子化的氣體團(tuán)簇束通過(guò)加速電極加速。入射的氣體團(tuán)簇離子束通過(guò)孔徑而形成為規(guī)定的束徑并向無(wú)機(jī)固體材料的表面照射。另外，通過(guò)使無(wú)機(jī)固體材料傾斜,能夠控制向無(wú)機(jī)固體材料表面照射的角度。另外，通過(guò)X-Y工作臺(tái)及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使無(wú)機(jī)固體材料縱向及橫向移動(dòng)，或旋轉(zhuǎn)，從而能夠進(jìn)行從任意方向向無(wú)機(jī)固體材料照射氣體團(tuán)簇離子束的控制。
[0064]圖1~圖6表不上述表面結(jié)構(gòu)的基于掃描式電子顯微鏡(SEM:Scanning ElectronMicroscope)的解析圖像(SEM圖像)的一例。
[0065]在圖1~圖4中，看起來(lái)是白點(diǎn)的為隆起部，看起來(lái)是包圍白點(diǎn)的黑網(wǎng)的為凹部(在SEM圖像中，以相對(duì)高的部分較白，相對(duì)低的部分較黑的方式進(jìn)行描畫)。在圖1和圖3所圖示的表面結(jié)構(gòu)中，隆起部大致均勻地存在。圖2是將圖1所圖示的表面結(jié)構(gòu)的一部分放大的解析圖像(200nmX200nm)。在圖4和圖5所示的表面結(jié)構(gòu)中，可知隆起部不均勻地存在，存在有多個(gè)隆起部密集地聚集的密集區(qū)域。在圖4及圖5中，多個(gè)密集區(qū)域的一部分用圓圈表示，用箭頭表示隆起部。
[0066]圖6是在無(wú)機(jī)固體材料的形成角部分的兩個(gè)面中的一面形成上述表面結(jié)構(gòu)并在另一面不形成上述表面結(jié)構(gòu)的情況下的該角部分的SEM圖像。由該SEM圖像可知，隆起部具有凸?fàn)?、塔狀、山體狀等立體形狀。另外，從圖6的SEM圖像還可知，也如SEM圖像的示意圖所示，在無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與表面結(jié)構(gòu)(具體而言，為各個(gè)隆起部)的邊界區(qū)域沒(méi)有明確的固相界面。
[0067]圖7是上述表面結(jié)構(gòu)的基于原子力顯微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)的解析圖像(AFM圖像)的一 例。由圖4、圖5及圖7可知，密集區(qū)域的高度比隆起部的高度高。
[0068]通過(guò)向利用機(jī)械研磨等充分平坦化的無(wú)機(jī)固體材料照射氣體團(tuán)簇離子束而可在固體材料表面形成上述表面結(jié)構(gòu)的機(jī)理被認(rèn)為如下。
[0069]一個(gè)團(tuán)簇與平坦的無(wú)機(jī)固體材料的表面碰撞后，在無(wú)機(jī)固體表面形成凹坑(凹坑不依賴無(wú)機(jī)固體材料的種類而形成)。若設(shè)氣體團(tuán)簇離子束照射前的平坦無(wú)機(jī)固體表面為高度的標(biāo)準(zhǔn)，則凹坑的中央部分比該標(biāo)準(zhǔn)低，在該凹坑的周圍形成由于團(tuán)簇的碰撞而在碰撞點(diǎn)附近的無(wú)機(jī)固體材料隆起的、比該標(biāo)準(zhǔn)高的環(huán)狀壟(參照?qǐng)D8。圖8引用自山田公編著的“團(tuán)簇離子束基礎(chǔ)及應(yīng)用”日刊工業(yè)新聞社(2006年)p.70)。向由機(jī)械研磨等充分平坦化的無(wú)機(jī)固體材料照射氣體團(tuán)簇離子束后，由于多數(shù)的團(tuán)簇碰撞無(wú)機(jī)固體材料表面，故而在無(wú)機(jī)固體材料的表面形成多個(gè)凹坑。此時(shí)，由于在之前形成的凹坑及其附近發(fā)生團(tuán)簇碰撞，故而維持單獨(dú)的凹坑的形狀是較少有的。這樣的凹坑形成反復(fù)進(jìn)行的結(jié)果是，多個(gè)凹坑的中央部分相連并形成網(wǎng)狀的凹部，形成被該凹部包圍的隆起部(壟的痕跡)。
[0070]另外，在凹坑形成反復(fù)進(jìn)行的過(guò)程中，由于形成新凹坑的現(xiàn)象和之前形成的凹坑被破壞的現(xiàn)象共存，故而若兩現(xiàn)象的發(fā)生頻率均衡，則形成如圖1和圖3所示地隆起部大致均勻地存在的表面結(jié)構(gòu)(即，密集區(qū)域不存在的表面結(jié)構(gòu))。另一方面，若兩現(xiàn)象的發(fā)生頻率出現(xiàn)不平衡，即，形成凹坑的現(xiàn)象的發(fā)生頻率變多，則會(huì)重復(fù)出現(xiàn)凹坑的中央部變得更深，壟的部分變得更高的現(xiàn)象，形成如圖4及圖5所示地存在密集區(qū)域(隆起部密集聚集的區(qū)域)的表面結(jié)構(gòu)。在隆起部大致均勻地存在的表面結(jié)構(gòu)的情況下，凹部的底與隆起部的頂?shù)牟?高度)平均為數(shù)nm至數(shù)十nm左右，但在存在密集區(qū)域的表面結(jié)構(gòu)時(shí)的凹部的底與隆起部的頂?shù)牟?高度)由于兩現(xiàn)象的發(fā)生頻率不平衡，比隆起部大致均勻地存在的表面結(jié)構(gòu)的情況變大。
[0071]由于每個(gè)隆起部的大小及形狀未必一定，故而作為隆起部的大小的指標(biāo)而采用上述的“隆起部的平均寬度”。具體而言，在正面觀察形成有上述表面結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)固體材料表面時(shí)，對(duì)每個(gè)隆起部求出包含隆起部的最小圓的直徑，將這些直徑的平均值定義為“隆起部的平均寬度”。另外，將在IymXlym的面內(nèi)存在的隆起部的個(gè)數(shù)定義為“隆起部的濃度”。
[0072]同樣地，由于各個(gè)密集區(qū)域的大小及形狀未必一定，故而作為密集區(qū)域的大小的指標(biāo)，采用上述的“密集區(qū)域的平均寬度”。具體而言，將從使測(cè)量表面結(jié)構(gòu)的平均表面粗糙度時(shí)的中心線從低向高橫穿到再使中心線從高向低橫穿`的長(zhǎng)度作為一個(gè)密集區(qū)域的寬度(參照?qǐng)D9。在該例中，可看到由箭頭標(biāo)記表示的20個(gè)密集區(qū)域)，求出對(duì)若干中心線觀測(cè)到的密集區(qū)域的寬度，將這些寬度的平均值定義為“密集區(qū)域的平均寬度”。另外，將在lumXlum的面內(nèi)存在的密集區(qū)域的個(gè)數(shù)定義為“密集區(qū)域的濃度”。用該方法定義密集區(qū)域的平均寬度的理由是，由于與沒(méi)有密集區(qū)域的部分相比，密集區(qū)域中的凹部的底與隆起部的頂?shù)牟?高度)較大，故而在沒(méi)有密集區(qū)域的部分存在的隆起部作為相對(duì)比中心線低的凸部而被觀測(cè)到，密集區(qū)域作為比中心線高的凸部而被觀測(cè)到。
[0073]《實(shí)施例和比較例》
[0074]對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和用于確認(rèn)實(shí)施例的效果的比較例進(jìn)行說(shuō)明(參照?qǐng)D10~圖33)。以下，將無(wú)機(jī)固體材料也稱為試料(樣品)。在各實(shí)施例和各比較例中，使用在加工前的狀態(tài)下具有6面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的長(zhǎng)5_X寬1_X高1_的長(zhǎng)方體的大小和形狀的試料。
[0075]在將氣體團(tuán)簇離子束向試料表面照射的實(shí)施例或者比較例中(這些例如在圖10的“加工方法”欄中記載為“GCIB”)，從照射對(duì)象面的法線方向分別向長(zhǎng)5mmX寬Imm的一面和長(zhǎng)5mmX高Imm的兩面共計(jì)三面照射氣體團(tuán)簇離子束。在這些實(shí)施例或者比較例中，控制氣體團(tuán)簇離子束生成的諸多條件(加速電壓、照射量、離子化電子的電壓及電流、氣體種類、氣壓、工藝腔的排氣速度等)，在各種無(wú)機(jī)固體材料的表面上形成有隆起部的平均寬度不同的各種表面結(jié)構(gòu)。通過(guò)用掃描式電子顯微鏡和原子力顯微鏡觀察，算出所形成的各種試料的表面結(jié)構(gòu)上的隆起部的平均寬度和密集區(qū)域的平均寬度。隆起部的濃度和密集區(qū)域的濃度也按照上述定義計(jì)數(shù)。
[0076]作為不向試料表面照射氣體團(tuán)簇離子束的比較例，采用兩種加工方法。
[0077]第一種加工方法為例如在圖10的“加工方法”欄記載為“構(gòu)圖”的加工方法，制成如下試料，即，形成使用光刻技術(shù)構(gòu)圖的抗蝕掩膜，進(jìn)而通過(guò)干式蝕刻在試料的表面形成矩形圖案結(jié)構(gòu)(在表面上在正交的兩個(gè)方向形成有周期性地反復(fù)的凹凸的表面結(jié)構(gòu))。所形成的矩形圖案結(jié)構(gòu)上的凸部分的大小和濃度的定義比照適用關(guān)于隆起部的上述定義(在關(guān)于隆起部的上述定義中，將“隆起部”代替為“凸部分”)。凸部分的大小(平均寬度)和濃度的數(shù)值分別在各圖(例如參照?qǐng)D10)方便地記載于“隆起部的大小”欄和“隆起部的濃度”欄。
[0078]第二種加工方法是在例如圖10的“加工方法”欄記載為“成膜”的加工方法，制成如下試料，即，通過(guò)成膜法在試料的表面形成多個(gè)粒狀堆積物(類金剛石碳)。所形成的粒狀堆積物的大小和濃度的定義參照適用關(guān)于隆起部的上述定義(在關(guān)于隆起部的上述定義中，將“隆起部”代替為“粒狀堆積物”)。粒狀堆積物的大小(平均寬度)和濃度的數(shù)值分別在各圖(例如參照?qǐng)D10)方便地記載于“隆起部的大小”欄和“隆起部的濃度”欄。
[0079]另外，未加工的試料(表面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的試料)也用作比較例。該比較例例如在圖10的“ 加工方法”欄記載為記號(hào)“-”。
[0080]通過(guò)滑動(dòng)試驗(yàn)對(duì)各試料的強(qiáng)度變化進(jìn)行了調(diào)查。以使照射了氣體團(tuán)簇離子束的長(zhǎng)5mm X寬Imm的面成為上表面的方式在滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)設(shè)置試料,使用邊緣長(zhǎng)度為1mm的超硬合金制的楔形壓頭進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)。以邊緣的長(zhǎng)度方向與試料的長(zhǎng)5_的邊平行的方式配置楔形壓頭，在荷重100gf、往復(fù)速度60cpm的條件下使楔形壓頭與試料的寬Imm的邊平行地往復(fù)100次。另外，通過(guò)使滑動(dòng)寬度比Imm大一些，以跨越試料的兩端的直角拐角的方式使其滑動(dòng)。在兩端的直角拐角即固體材料的端部周邊容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此，容易觀察試料的強(qiáng)度(缺口產(chǎn)生的難易性)的變化。通過(guò)評(píng)價(jià)兩端的直角拐角處的缺口(崩裂)，算出崩裂發(fā)生率。崩裂發(fā)生率的算出方法如下。在試料的各直角拐角由于楔形壓頭接觸的部分的長(zhǎng)度為楔形壓頭的邊緣長(zhǎng)度即1_，故而將其分割成IOym寬的100個(gè)區(qū)劃，若在每一區(qū)劃產(chǎn)生0.Ιμπι以上的缺口，則設(shè)為“有崩裂”，相反則設(shè)為“沒(méi)有崩裂”。從試料兩端的直角拐角的共計(jì)200個(gè)區(qū)劃任意地選擇100個(gè)區(qū)劃，將該100個(gè)區(qū)劃中被判定為“有崩裂”的區(qū)劃數(shù)的百分率設(shè)為崩裂發(fā)生率。
[0081]作為成為強(qiáng)度變化指標(biāo)的物理參數(shù)，采用硬度、楊氏模量、密度、結(jié)晶率。
[0082]指標(biāo)為硬度的情況:
[0083]用薄膜硬度儀對(duì)各試料的硬度進(jìn)行了計(jì)測(cè)。將照射氣體團(tuán)簇離子束前的試料表面的硬度看作試料內(nèi)部的硬度(以下，稱為內(nèi)部硬度)。而且，將照射了氣體團(tuán)簇離子束后的試料表面的硬度相對(duì)于內(nèi)部硬度的比作為硬度比而求出。
[0084]指標(biāo)為楊氏模 量的情況:
[0085]用使用了表面彈性波法的超薄膜楊氏模量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)各試料的楊氏模量進(jìn)行了計(jì)測(cè)。將照射氣體團(tuán)簇離子束前的試料表面的楊氏模量看作試料內(nèi)部的楊氏模量(以下，稱為內(nèi)部楊氏模量)。而且，將照射氣體團(tuán)簇離子束后的試料表面的楊氏模量相對(duì)于內(nèi)部楊氏模量的比作為楊氏模量比而求出。
[0086]指標(biāo)為密度的情況:
[0087]用薄膜密度儀對(duì)各試料的密度進(jìn)行了計(jì)測(cè)。將照射氣體團(tuán)簇離子束前的試料表面的密度看作試料內(nèi)部的密度(以下，稱為內(nèi)部密度)。而且，將照射氣體團(tuán)簇離子束后的試料表面的密度相對(duì)于內(nèi)部密度的比作為密度比而求出。
[0088]指標(biāo)為結(jié)晶率的情況:
[0089]對(duì)各試料的電子束衍射圖像的斑點(diǎn)強(qiáng)度(衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度)進(jìn)行了測(cè)定。將照射氣體團(tuán)簇離子束前的試料表面的衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度看作試料內(nèi)部的衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度(以下，稱為內(nèi)部衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度)。將照射氣體團(tuán)簇離子束后的試料表面的衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度相對(duì)于內(nèi)部衍射斑點(diǎn)強(qiáng)度的比作為結(jié)晶率而求出。另外，若結(jié)晶率不滿100%則具有非晶體結(jié)構(gòu)。
[0090]<硬度比:圖10~圖15 >
[0091][實(shí)施例1~27]
[0092]實(shí)施例1~27均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成有各種表面結(jié)構(gòu)的試料。實(shí)施例1~9的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，實(shí)施例10~18的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，實(shí)施例19~27的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0093]關(guān)于實(shí)施例1~27，各硬度比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低。在實(shí)施例1~27中，隆起部的平均寬 度為5nm以上且50nm以下，崩裂發(fā)生率為28%以下。特別是，在平均寬度為50nm~530nm左右的密集區(qū)域(多個(gè)隆起部密集地聚集的區(qū)域)存在的情況下，崩裂發(fā)生率為0% (實(shí)施例6~9、15~18、24~27)。
[0094][比較例1、8、15]
[0095]表面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0096][比較例2、9、16]
[0097]在隆起部的平均寬度為3nm時(shí)的崩裂發(fā)生率為89~95%。
[0098][比較例6、13、20]
[0099]作為表面結(jié)構(gòu)具有矩形圖案結(jié)構(gòu)(凸部分的平均寬度為50nm)的各試料的硬度比在干式蝕刻的前后無(wú)變化(硬度比100%)，各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0100][比較例7、14、21]
[0101]作為表面結(jié)構(gòu)形成有粒狀堆積物的各試料的硬度比降低，但各試料的崩裂發(fā)生率為 100%O
[0102][比較例3 ~5、10 ~12、17 ~19]
[0103]比較例3~5、10~12、17~19均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成了各種表面結(jié)構(gòu)的試料。比較例3~5的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，比較例10~12的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，比較例17~19的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0104]關(guān)于這些比較例，各硬度比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低，但隆起部的平均寬度大于50nm，崩裂發(fā)生率為50%以上。
[0105]另外，圖11表示關(guān)于實(shí)施例1~5和比較例I~5共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖13表示關(guān)于實(shí)施例10~14和比較例8~12共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖15表示關(guān)于實(shí)施例19~23和比較例15~19共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系。[0106]<楊氏模量比:圖16~圖21 >
[0107][實(shí)施例28~54]
[0108]實(shí)施例28~54均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。實(shí)施例28~36的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，實(shí)施例37~45的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，實(shí)施例46~54的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0109]關(guān)于實(shí)施例28~54，各硬度比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低。在實(shí)施例28~54中，隆起部的平均寬度為5nm以上且50nm以下，崩裂發(fā)生率為31%以下。特別是，在平均寬度為50nm~530nm左右的密集區(qū)域(多個(gè)隆起部密集地聚集的區(qū)域)存在的情況下，崩裂發(fā)生率為0% (實(shí)施例33~36、42~45、51~54)。
[0110][比較例22、29、36]
[0111]表面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0112][比較例23、30、37]
[0113]在隆起部的平均寬度為3nm時(shí)的崩裂發(fā)生率為91~96%。
[0114][比較例27、34、41]
[0115]作為表面結(jié)構(gòu)具有矩形圖案結(jié)構(gòu)(凸部分的平均寬度為50nm)的各試料的楊氏模量比在干式蝕刻的前后無(wú)變化(楊氏模量比100%)，各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0116][比較例28、35、42]
[0117]作為表面結(jié)構(gòu)形成粒狀堆積物的各試料的楊氏模量比降低，但各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0118][比較例24 ~26、31 ~33、38 ~40]
[0119]比較例24~26、31~33、38~40均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。比較例24~26的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，比較例31~33的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，比較例38~40的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0120]關(guān)于這些比較例，各楊氏模量比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低，但隆起部的平均寬度大于50nm，崩裂發(fā)生率為50%以上。
[0121]另外，圖17表示關(guān)于實(shí)施例28~32和比較例22~26共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖19表示關(guān)于實(shí)施例37~41和比較例29~33共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖21表示關(guān)于實(shí)施例46~50和比較例36~40共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系。
[0122]<密度比:圖22~圖27 >
[0123][實(shí)施例55~8I]
[0124]實(shí)施例55~81均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。實(shí)施例55~63的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，實(shí)施例64~72的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，實(shí)施例73~81的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0125]關(guān)于實(shí)施例55~81，各密度比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低。在實(shí)施例55~81中，隆起部的平均寬度為5nm以上且50nm以下，崩裂發(fā)生率為28%以下。特別是，在平均寬度為50nm~530nm左右的密集區(qū)域(多個(gè)隆起部密集地聚集的區(qū)域)存在的情況下，崩裂發(fā)生率為0% (實(shí)施例60~63、69~72、78~81)。
[0126][比較例43、50、57][0127]表面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0128][比較例44、51、58]
[0129]在隆起部的平均寬度為3nm時(shí)的崩裂發(fā)生率為92~95%。
[0130][比較例48、55、62]
[0131]作為表面結(jié)構(gòu)具有矩形圖案結(jié)構(gòu)(凸部分的平均寬度為50nm)的各試料的密度比在干式蝕刻的前后無(wú)變化(密度比100%)，各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0132][比較例49、56、63]
[0133]作為表面結(jié)構(gòu)形成粒狀堆積物的各試料的密度比有所降低，但各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0134][比較例45 ~47、52 ~54、59 ~61]
[0135]比較例45~47、52~54、59~61均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束而在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。比較例45~47的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，比較例52~54的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，比較例59~61的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0136]關(guān)于這些比較例，各密度比與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低，但隆起部的平均寬度大于50nm，崩裂發(fā)生率為50%以上。
[0137]另外，圖23表示關(guān)于實(shí)施例55~59和比較例43~47共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖 25表示關(guān)于實(shí)施例64~68和比較例50~54共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖27表示關(guān)于實(shí)施例73~77和比較例57~61共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系。
[0138]<結(jié)晶率:圖28~圖33 >
[0139][實(shí)施例82 ~IO8]
[0140]實(shí)施例82~108均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。實(shí)施例82~90的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，實(shí)施例91~99的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，實(shí)施例100~108的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0141]關(guān)于實(shí)施例82~108，各結(jié)晶率與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低。在實(shí)施例82~108中，隆起部的平均寬度為5nm以上且50nm以下，崩裂發(fā)生率為22%以下。特別是，在平均寬度為50nm~530nm左右的密集區(qū)域(多個(gè)隆起部密集聚集的區(qū)域)存在的情況下，崩裂發(fā)生率為0% (實(shí)施例87~90、96~99、105~108)。
[0142][比較例64、71、78]
[0143]表面通過(guò)機(jī)械研磨而被平坦化的各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0144][比較例65、72、79]
[0145]在隆起部的平均寬度為3nm時(shí)的崩裂發(fā)生率為94~96%。
[0146][比較例69、76、83]
[0147]作為表面結(jié)構(gòu)具有矩形圖案結(jié)構(gòu)(凸部分的平均寬度為50nm)的各試料的結(jié)晶率在干式蝕刻的前后無(wú)變化(結(jié)晶率100%)，各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0148][比較例70、77、84]
[0149]作為表面結(jié)構(gòu)形成粒狀堆積物的各試料的結(jié)晶率有所降低，但各試料的崩裂發(fā)生率為100%。
[0150][比較例66 ~68、73 ~75、80 ~82][0151]比較例66~68、73~75、80~82均為通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束在試料的表面形成各種表面結(jié)構(gòu)的試料。比較例66~68的試料的材質(zhì)為單晶體金剛石，比較例73~75的試料的材質(zhì)為燒結(jié)金剛石，比較例80~82的試料的材質(zhì)為無(wú)粘合劑cBN。
[0152]關(guān)于這些比較例，各結(jié)晶率與照射氣體團(tuán)簇離子束前的狀態(tài)相比有所降低，但隆起部的平均寬度大于50nm，崩裂發(fā)生率為50%以上。
[0153]另外，圖29表示關(guān)于實(shí)施例82~86和比較例64~68共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖31表示關(guān)于實(shí)施例91~95和比較例71~75共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系，圖33表示關(guān)于實(shí)施例100~104和比較例78~82共計(jì)10例的隆起部的大小和崩裂發(fā)生率的關(guān)系。
[0154]接著，對(duì)刀具工具的一種即切削工具的實(shí)施例和比較例進(jìn)行說(shuō)明。另外，雖然例示的是切削工具的實(shí)施例，但通常沖床的脫模那樣的具有刀刃的模具工具、及雕刻用工具等刀具工具也可實(shí)施。
[0155][實(shí)施例109]
[0156]切削工具如下地進(jìn)行制作。將單晶體金剛石、燒結(jié)金剛石、無(wú)粘合劑cBN燒結(jié)體、超硬合金(JIS使用分類記號(hào)Z01)的各材料分別通過(guò)激光加工進(jìn)行裁切，通過(guò)機(jī)械研磨制作單刃的刀具。該刀具與切削工具相當(dāng)。刀刃的形狀為長(zhǎng)度Imm的直線狀，將構(gòu)成刀刃的兩面之間的角度設(shè)為60度。以在構(gòu)成刀刃的兩面同時(shí)以相同的角度照射氣體團(tuán)簇離子束的方式(即，以對(duì)于各面，以自面的法線60度的角度照射氣體團(tuán)簇離子束的方式)，對(duì)刀刃部分從與刀刃相對(duì)的方向照射氣體團(tuán)簇離子束，在各切削工具的刀刃部形成以下的表面結(jié)構(gòu)。
[0157]【表1】
[0158]
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)機(jī)固體材料，其為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 在所述無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在所述表面結(jié)構(gòu)與所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
2.一種無(wú)機(jī)固體材料，其為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 在所述無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)的楊氏模量小于位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的楊氏模量，并且在所述表面結(jié)構(gòu)與所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
3.一種無(wú)機(jī)固體材料，其為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 在所述無(wú)機(jī)固體材料的表面的 至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)的密度小于位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的密度，并且在所述表面結(jié)構(gòu)與所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
4.一種無(wú)機(jī)固體材料，其為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 在所述無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)的硬度小于位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的硬度，并且在所述表面結(jié)構(gòu)與所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
5.—種無(wú)機(jī)固體材料，其為非金屬的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 在所述無(wú)機(jī)固體材料的表面的至少一部分具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)具有非晶體結(jié)構(gòu)，位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述固體材料的內(nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)，在所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部與所述表面結(jié)構(gòu)的邊界區(qū)域具有從所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部向所述表面結(jié)構(gòu)從晶體結(jié)構(gòu)向非晶體結(jié)構(gòu)逐漸變化的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)固體材料,其特征在于， 存在多個(gè)所述隆起部密集地聚集的區(qū)域， 所述區(qū)域的平均寬度為50~530nm。
7.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)固體材料,其特征在于， 所述表面結(jié)構(gòu)通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射而形成。
8.如權(quán)利要求6所述的無(wú)機(jī)固體材料，其特征在于， 所述無(wú)機(jī)固體材料為耐崩裂性無(wú)機(jī)固體材料， 所述表面結(jié)構(gòu)通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射而形成。
9.一種刀具工具，其刀刃部使用有權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的無(wú)機(jī)固體材料。
10.一種刀具工具,其刀刃部使用有權(quán)利要求6所述的無(wú)機(jī)固體材料。
11.一種刀具工具，其刀刃部使用有權(quán)利要求7所述的無(wú)機(jī)固體材料。
12.—種刀具工具，其刀刃部使用有權(quán)利要求8所述的無(wú)機(jī)固體材料。
13.一種刀具工具，由非金屬的無(wú)機(jī)固體材料形成，其特征在于， 在所述刀具工具的刀刃部的表面具有形成有網(wǎng)狀連接的凹部和由該凹部包圍的隆起部的表面結(jié)構(gòu)， 所述隆起部的平均寬度為5~50nm， 所述表面結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)與位于所述表面結(jié)構(gòu)下方的所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部的物理參數(shù)不同，并且在所述表面結(jié)構(gòu)與所述無(wú)機(jī)固體材料的內(nèi)部之間不具有固相界面。
【文檔編號(hào)】C01B31/06GK103663445SQ201310378806
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】鈴木晃子, 佐藤明伸 申請(qǐng)人:日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社