DE102013216475A1

DE102013216475A1 - Anorganischer festkörper-werkstoff und schneidenwerkzeug

Info

Publication number: DE102013216475A1
Application number: DE102013216475.0A
Authority: DE
Inventors: Akiko Suzuki; Akinobu Sato
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2014-03-06
Also published as: CN103663445B; JP2014047115A; US20140065363A1; JP5925642B2; US9999983B2; CN103663445A

Abstract

Ein nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur sich von der physikalischen Eigenschaft eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheidet und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff, welcher mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zerspringt oder ausbricht, wenn dem Werkstoff ein Schlag versetzt wird, und ein Schneidenwerkzeug mit einer aus dem anorganischen Festkörper-Werkstoff bestehenden Schneide.
STAND DER TECHNIK
Bauwerkstoffe, Funktionswerkstoffe, Maschinenteil-Werkstoffe, Formenwerkstoffe, Werkzeugwerkstoffe und weitere Festkörper-Werkstoffe wie Glas, Keramik, Diamant, kubisches Bornitrid (cBN) und Wolframcarbid bedürfen einer verbesserten Festigkeit. Die Festigkeit zu verbessern bedeutet, Ausbrüche oder Risse eines Festkörper-Werkstoffs, wenn durch einen vereinzelten Schlag, wiederholte Schläge oder Gleiten eine Kraft auf den Festkörper-Werkstoff einwirkt, zu verhindern.
Insbesondere sehr harte Werkstoffe wie Diamant, ein bindemittelfreier cBN-Sinterkörper und Wolframcarbid weisen eine Verschleißfestigkeit auf und werden deshalb für Formen oder Schneidenwerkzeuge wie Schneidwerkzeuge verwendet. Jedoch sind diese Werkstoffe spröde Werkstoffe mit geringer Verformbarkeit und neigen sie zum Zerspringen, Ausbrechen oder anderweitigen Brechen, wenn ihnen ein Schlag versetzt wird. Im Gegensatz zu Metallen lassen sich diese nichtmetallischen spröden Werkstoffe kaum plastisch verformen. Wenn diesen Werkstoffen ein Schlag versetzt wird, konzentriert sich deshalb die Belastung an einem während des Herstellungsprozesses gebildeten kleinen Kratzer in der Oberfläche, was ein Ausbreiten des Kratzers fördert. Infolgedessen breitet sich der Kratzer aus und entwickelt sich aus dem Kratzer ein Riss oder Ausbruch.
Ein allgemein bekanntes Verfahren zum Verbessern der Festigkeit eines spröden Werkstoffs ist, die Oberfläche des spröden Werkstoffs zu ebnen, um einen Kratzer oder Defekt in der Oberfläche zu beseitigen. Mechanisches Polieren unter Verwendung von Schleifkorn wurde für einen beliebigen Werkstoff verwendet. Überdies offenbart Patentliteratur 1 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-230807 ) ein thermochemisches Polierverfahren, welches von mechanischem Polieren herrührende Mikrorisse an einer Oberfläche beseitigt, als ein Verfahren zum Herstellen eines Diamantprodukts mit hoher Beständigkeit gegen Ausbrechen.
Überdies ist ein Verfahren zum Verbessern der Festigkeit von Glas auch ein bekanntes Verfahren zum Verbessern der Festigkeit eines spröden Werkstoffs. Wenn in der Oberfläche von Glas eine Druckbelastung erzeugt wird, kann verhindert werden, dass ein Kratzer an der Oberfläche des Glases sich ausbreitet, selbst wenn eine Kraft auf den Kratzer ausgeübt wird. Zudem ist ein chemisches Verstärkungsverfahren (Ionenaustauschverfahren) ein Glasverstärkungsverfahren, welches das Eintauchen von Glas in eine Kaliumnitrat-(KNO₃-)Lösung erfordert, um einen kleineren Durchmesser aufweisende Natriumionen (Na⁺) in der Glasoberflächenschicht durch einen größeren Durchmesser aufweisende Kaliumionen (K⁺) zu ersetzen, wodurch eine Druckbelastung in der Glasoberfläche erzeugt wird (siehe Patentliteratur 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-256104 )).
Überdies ist auch faserverstärkte Keramik ein bekanntes Verfahren zum Verbessern der Festigkeit eines spröden Werkstoffs. Zum Beispiel wenn mehrere tausend oder mehrere zehntausend Kohle- oder Siliciumcarbid-(SiC-)Fasern mit einem Durchmesser von mehreren μm bis zu mehreren zehn μm gebündelt sind, werden, obwohl Sprödbrüche jeder einzelnen Faser vorkommen, Sprödbrüche des Faserbündels unterbunden, da die Brüche in relativ kleinen Einheiten auftreten. Die faserverstärkte Keramik ist ein durch Binden eines Gewebes aus solchen Faserbündeln mit Keramik gebildeter Verbundwerkstoff (siehe Patentliteratur 3 (zum Beispiel offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-157251 )).
In dem Fall, in welchem eine Oberfläche eines Festkörper-Werkstoffs durch mechanisches Polieren geebnet ist, können Kratzer, die größer als das Schleifkorn sind, beseitigt werden, aber es ist schwierig, durch Polieren mit dem Schleifkorn gebildete Kratzer perfekt zu beseitigen. Das in Patentliteratur 1 offenbarte thermochemische Polierverfahren macht sich die Oxidations-Reduktions-Reaktion zwischen Diamant und Kupfer zunutze und kann für andere Festkörper-Werkstoffe als Diamant nicht verwendet werden. Die in Patentliteratur 2 und 3 offenbarten Verfahren sind auf die Festkörper-Werkstoffe, auf welche die Verfahren angewendet werden können, beschränkt.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Angesichts solcher Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff, der mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zerspringt oder ausbricht, wenn dem Werkstoff ein Schlag versetzt wird, und ein Schneidenwerkzeug mit einer aus dem anorganischen Festkörper-Werkstoff bestehenden Schneide bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bereit, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur sich von der physikalischen Eigenschaft eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheidet und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bereit, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, der Elastizitätsmodul der Oberflächenstruktur geringer als der Elastizitätsmodul eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bereit, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Dichte der Oberflächenstruktur geringer als die Dichte eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bereit, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Härte der Oberflächenstruktur geringer als die Härte eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bereit, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Oberflächenstruktur eine amorphe Struktur hat, ein unter der Oberflächenstruktur liegendes Inneres des Festkörper-Werkstoffs eine kristalline Struktur hat und ein Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur eine Struktur hat, welche sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich von der kristallinen Struktur zur amorphen Struktur wandelt.
In den oben beschriebenen Oberflächenstrukturen kann es Gebiete geben, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert ist und welche eine mittlere Breite von 50 nm bis 530 nm haben.
Die oben beschriebenen Oberflächenstrukturen können durch Bestrahlung mit einem Gascluster-Ionenstrahl gebildet sein.
Ein Schneidenwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung hat einen aus beliebigen der oben beschriebenen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoffe bestehenden Schneidteil.
Überdies ist ein Schneidenwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein aus einem nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bestehendes Schneidenwerkzeug, wobei ein Schneidteil des Schneidenwerkzeugs an seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur sich von der physikalischen Eigenschaft eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheidet und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist und welche eine physikalische Eigenschaft aufweist, die von derjenigen des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs verschieden ist. Wenn eine Kraft oder ein Schlag auf den anorganischen Festkörper-Werkstoff einwirkt, mindert die Oberflächenstruktur deshalb die Belastungskonzentration so, dass es mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zu einem Riss oder Ausbruch kommt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Analysebild einer (kein dichtes Gebiet enthaltenden) Oberflächenstruktur gemäß einem Beispiel;
2 zeigt ein vergrößertes Analysebild (200 nm × 200 nm) eines Teils der in 1 gezeigten Oberflächenstruktur;
3 zeigt ein mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenen Analysebild einer (kein dichtes Gebiet enthaltenden) Oberflächenstruktur gemäß einem Beispiel;
4 zeigt ein mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Analysebild einer (ein dichtes Gebiet enthaltenden) Oberflächenstruktur gemäß einem Beispiel;
5 zeigt ein mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Analysebild einer (dichte Gebiete enthaltenden) Oberflächenstruktur gemäß einem Beispiel;
6 zeigt ein mit dem Rasterelektronenmikroskop aufgenommenes Analysebild einer Oberflächenstruktur gemäß einem Beispiel;
7 zeigt ein mit einem Rasterkraftmikroskop aufgenommenes Analysebild der Oberflächenstruktur gemäß dem Beispiel;
8 zeigt eine Struktur eines durch einen Aufprall eines Clusters gebildeten Kraters;
9 ist ein Beispiel eines Linienprofils zur Veranschaulichung einer Definition einer Breite des dichten Gebiets;
10 ist eine Tabelle 1, welche Gleitprüfungsergebnisse (für das Härteverhältnis) in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
11 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 1 bis 5 und Vergleichsbeispielen 1 bis 5, zeigt;
12 ist eine Tabelle 2 (für das Härteverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
13 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 10 bis 14 und Vergleichsbeispielen 8 bis 12, zeigt;
14 ist eine Tabelle 3 (für das Härteverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
15 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 19 bis 23 und Vergleichsbeispielen 15 bis 19, zeigt;
16 ist eine Tabelle 1 (für das Elastizitätsmodul-Verhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
17 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 28 bis 32 und Vergleichsbeispielen 22 bis 26, zeigt;
18 ist eine Tabelle 2 (für das Elastizitätsmodul-Verhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
19 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 37 bis 41 und Vergleichsbeispielen 29 bis 33, zeigt;
20 ist eine Tabelle 3 (für das Elastizitätsmodul-Verhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
21 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret Beispielen 46 bis 50 und Vergleichsbeispielen 36 bis 40, zeigt;
22 ist eine Tabelle 1 (für das Dichteverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
23 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 55 bis 59 und Vergleichsbeispielen 43 bis 47, zeigt;
24 ist eine Tabelle 2 (für das Dichteverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
25 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 64 bis 68 und Vergleichsbeispielen 50 bis 54, zeigt;
26 ist eine Tabelle 3 (für das Dichteverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
27 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 73 bis 77 und Vergleichsbeispielen 57 bis 61, zeigt;
28 ist eine Tabelle 1 (für das Kristallisationsverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
29 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 82 bis 86 und Vergleichsbeispielen 64 bis 68, zeigt;
30 ist eine Tabelle 2 (für das Kristallisationsverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
31 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 91 bis 95 und Vergleichsbeispielen 71 bis 75, zeigt;
32 ist eine Tabelle 3 (für das Kristallisationsverhältnis), welche Gleitprüfungsergebnisse in Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt;
33 ist ein Schaubild, welches eine Beziehung zwischen der Größe von Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 100 bis 104 und Vergleichsbeispielen 78 bis 82, zeigt;
34 ist eine schematische Zeichnung, welche eine Berührungsfläche in dem Fall, in welchem Oberflächen anorganischer Festkörper-Werkstoffe in Kontakt miteinander kommen, zeigt;
Die 35 sind schematische Zeichnungen, welche zum Vergleich Fälle zeigen, in welchen eine Kraft auf Oberflächen zweier verschiedener Werkstoffe ausgeübt wird, wobei 35(a) einen Fall zeigt, in welchem eine Kraft auf eine Oberfläche eines herkömmlichen spröden Werkstoffs ausgeübt wird, und 35(b) einen Fall zeigt, in welchem eine Kraft auf eine Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs gemäß einer Ausführungsform ausgeübt wird;
Die 36 sind schematische Zeichnungen, welche zum Vergleich Fälle zeigen, in welchen eine Kraft auf Oberflächen zweier verschiedener anorganischer Festkörper-Werkstoffe, an welchen verschiedene Arten von Ausstülpungen gebildet sind, ausgeübt wird, wobei 36(a) einen Fall zeigt, in welchem eine Kraft auf eine Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs, auf welcher spröde Ausstülpungen gebildet sind, ausgeübt wird, und 36(b) einen Fall zeigt, in welchem eine Kraft auf eine Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit durch Bestrahlung mit einem Gascluster-Ionenstrahl darauf gebildeten Ausstülpungen mit Größen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ausgeübt wird; und
Die 37 sind schematische Zeichnungen, welche veranschaulichen, dass die Quote des Auftretens von Ausbrüchen je nach der mittleren Breite der Ausstülpungen schwankt, wobei 37(a) einen Fall zeigt, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen beträchtlich größer als 50 nm ist, 37(b) einen Fall zeigt, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen kleiner als 5 nm ist, und 37(c) einen Fall zeigt, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen zwischen 5 nm und 50 nm liegt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie oben beschrieben, zerspringt ein nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff oder bricht er aus, weil eine Belastung sich an einem Kratzer an einer Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs konzentriert. Deshalb ging man herkömmlicherweise davon aus, dass die Härte des anorganischen Festkörper-Werkstoffs durch Beseitigen von Kratzern oder Mikrorissen an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs verbessert werden kann.
Jedoch haben die Erfinder herausgefunden, dass die Härte des anorganischen Festkörpers eher durch Bilden eines ”Kratzers” mit einer bestimmten Eigenschaft an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs als durch Beseitigen von Kratzern oder Mikrorissen an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs oder, in anderen Worten, Verbessern der Oberflächen-Ebenheit des anorganischen Festkörper-Werkstoffs verbessert werden kann.
Genau gesagt, weist ein anorganischer Festkörper-Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur auf, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist. Der Mittelwert der Breiten (die mittlere Breite) der Ausstülpungen ist größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur unterscheidet sich von derjenigen des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, und es ist keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden. Der Begriff ”Fest-Fest-Grenzfläche” ist hierin als eine Grenze definiert, an welcher eine physikalische Eigenschaft sich in einem Gebiet zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs sprunghaft ändert.
Genau gesagt, bedeutet zum Beispiel die obige Beschreibung ”eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur unterscheidet sich von derjenigen des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, und es ist keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden”, dass ”der Elastizitätsmodul der Oberflächenstruktur geringer als derjenige des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und der Elastizitätsmodul im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert”, ”die Dichte der Oberflächenstruktur geringer als diejenige des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und die Dichte im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert”, ”die Härte der Oberflächenstruktur geringer als diejenige des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und die Härte im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert” oder ”die Oberflächenstruktur eine amorphe Struktur hat, das unter der Oberflächenstruktur liegende Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs eine kristalline Struktur hat und die Struktur des Grenzgebiets zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich von der kristallinen Struktur zur amorphen Struktur wandelt (das heißt, das Kristallisationsverhältnis der Oberflächenstruktur geringer als dasjenige des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist)”.
In einer solchen Oberflächenstruktur kann es ein Gebiet geben, in welchem eine Vielzahl von (mehreren bis etwa einhundert) Ausstülpungen dicht konzentriert ist. Das Gebiet wird im Folgenden als ein dichtes Gebiet bezeichnet. Der Mittelwert der Breiten (die mittlere Breite) solcher dichter Gebiete ist bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 530 nm. In dem Fall, in welchem die mittlere Breite der dichten Gebiete 50 nm beträgt, ist das dichte Gebiet durch Ausstülpungen einer mittleren Breite kleiner als 50 nm gebildet.
Der nichtmetallische anorganische Festkörper-Werkstoff ist zum Beispiel ein Isolator oder ein Halbleiter und weist eine Sprödigkeit auf. Zu speziellen Beispielen des nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoffs zählen Diamant, kubisches Bornitrid (cBN), ein Wolframcarbid-Sinterkörper (auch als ein Sintercarbid bezeichnet), Glas, Silicium und verschiedene Arten von Keramik. Der anorganische Festkörper-Werkstoff kann eine beliebige Festkörperstruktur wie eine einkristalline Struktur, eine polykristalline Struktur, einen ein metallisches Bindemittel enthaltenden Sinterkörper und eine amorphe Struktur haben. Zum Beispiel kann Diamant zum Beispiel einkristalliner Diamant, ein metallisches Bindemittel enthaltender polykristalliner Diamant (auch als Sinterdiamant bezeichnet) und polykristalliner Diamant, der kein metallisches Bindemittel enthält, sein. Die vorliegende Erfindung schließt metallhaltige anorganische Festkörper-Werkstoffe nicht völlig aus, und die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann erzielt werden, wenn ein Hauptbestandteil im festen Zustand eine Sprödigkeit aufweist.
Die Erfinder haben außerdem herausgefunden, dass die oben beschriebene Oberflächenstruktur an einer Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs nach genügendem Ebnen der Oberfläche durch mechanisches Polieren oder dergleichen durch Bestrahlen der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit einem Gascluster-Ionenstrahl gebildet werden kann. Die Bearbeitung mit dem Gascluster-Ionenstrahl ist ein Strahlprozess, so dass der Gascluster-Ionenstrahl auf einen Teil eines Werkzeugs wie einen Schneidteil desselben fokussiert werden kann.
Als eine Vorrichtung, welche die oben beschriebene Oberflächenstruktur an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs bildet, kann zum Beispiel eine im eingetragenen japanischen Patent Nr. 3994111 beschriebene Gascluster-Ionenstrahl-Vorrichtung verwendet werden. Ein Rohgas wird durch eine Düse, in welcher die Gasmoleküle zusammengeballt werden, um einen Cluster zu erzeugen, in eine Unterdruck-Clustererzeugungskammer injiziert. Der Cluster wird als ein Gascluster-Strahl durch einen Skimmer in eine Ionisationskammer geleitet. In der Ionisationskammer verwendet ein Ionisator einen Elektronenstrahl zum Beispiel aus Thermoelektronen, um den neutralen Cluster zu ionisieren. Der ionisierte Gascluster-Strahl wird durch eine Beschleunigungselektrode beschleunigt. Der einfallende Gascluster-Ionenstrahl wird durch eine Blende auf einen vordefinierten Strahldurchmesser verkleinert und dann auf die Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gerichtet. Der Winkel, unter welchem die Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wird, kann durch Neigen des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gesteuert werden. Zusätzlich kann der anorganische Festkörper-Werkstoff durch Verschieben des anorganischen Festkörper-Werkstoffs in der Längsrichtung oder der Querrichtung mittels eines XY-Tischs oder durch Drehen des anorganischen Festkörper-Werkstoffs mittels eines Drehmechanismus in jeder beliebigen Richtung mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt werden.
Die 1 bis 6 zeigen Beispiele von mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommenen Analysebildern (REM-Bildern) der oben beschriebenen Oberflächenstruktur.
Was in den 1 bis 4 wie weiße Punkte aussieht, sind Ausstülpungen, und was wie ein die weißen Punkte umgebendes schwarzes Netzwerk aussieht, ist eine Vertiefung (im REM-Bild erscheinen höhere Teile weißer und niedrige Teile schwärzer). In den in den 1 und 3 gezeigten Oberflächenstrukturen liegen Ausstülpungen im Wesentlichen gleichmäßig vor. 2 zeigt ein Analysebild (200 nm × 200 nm), welches eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in 1 gezeigten Oberflächenstruktur zeigt. In den in den 4 und 5 gezeigten Oberflächenstrukturen liegen Ausstülpungen ungleichmäßig vor und ist erkennbar, dass es ein dichtes Gebiet gibt, in welchem eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert ist. In den 4 und 5 sind einige aus einer Vielzahl von dichten Gebieten eingekreist dargestellt und sind Ausstülpungen durch Pfeile gekennzeichnet.
6 zeigt ein REM-Bild eines Schneidenteils aus einem anorganischen Festkörper-Werkstoff in dem Fall, in welchem die oben beschriebene Oberflächenstruktur auf einer der beiden den Schneidenteil bildenden Flächen gebildet ist und auf der anderen nicht gebildet ist. Wie aus dem REM-Bild ersichtlich, haben die Ausstülpungen vorsprungartige, turmartige, bergartige oder andere dreidimensionale Formen. Wie aus dem in 6 gezeigten REM-Bild und der schematischen Zeichnung des REM-Bilds ferner ersichtlich, gibt es im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur (insbesondere einzelnen Ausstülpungen) keine augenfällige Fest-Fest-Grenzfläche.
7 zeigt ein Beispiel eines mit einem Rasterkraftmikroskop (RKM) aufgenommenen Analysebilds (RKM-Bilds) der oben beschriebenen Oberflächenstruktur. Wie aus den 4, 5 und 7 ersichtlich, sind dichte Gebiete höher als einzelne Ausstülpungen.
Ein möglicher Mechanismus der Bildung der oben beschriebenen Oberflächenstruktur an der durch mechanisches Polieren oder dergleichen genügend geebneten Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs durch Bestrahlung der Oberfläche mit einem Gascluster-Ionenstrahl ist der nachfolgend beschriebene.
Wenn ein Cluster gegen die ebene Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs stößt, bildet sich ein Krater an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs (ungeachtet der Art des anorganischen Festkörper-Werkstoffs). Sofern die Höhe der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden ebenen Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ein Referenzniveau ist, ist der zentrale Teil des Kraters niedriger als das Referenzniveau und bildet der Teil des Kraters um den Punkt des Aufpralls des Clusters herum einen vom Ausbauchen des anorganischen Festkörper-Werkstoffs herrührenden ringförmigen Grat, welcher höher als das Referenzniveau ist (siehe 8, welche aus "Basic and Application of Cluster Ion Beam", geschrieben und herausgegeben von Isao Yamada, Nikkan Kogyo Shimbun, 2006, S. 70, zitiert ist). Wenn der durch mechanisches Polieren oder dergleichen genügend geebnete anorganische Festkörper-Werkstoff mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wird, stößt eine große Anzahl von Clustern gegen die Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, um eine große Anzahl von Kratern an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zu bilden. Im Verlauf des Prozesses treffen Cluster bei zuvor gebildeten Kratern oder in der Nähe zuvor gebildeter Krater auf, so dass ein einzelner Krater mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nicht die ursprüngliche Form beibehält. Infolge solcher aufeinanderfolgender Kraterbildungen vereinigen sich die zentralen Teile einer großen Anzahl von Kratern, um ein Netzwerk von Vertiefungen zu bilden, und werden von den Vertiefungen umgebene Ausstülpungen (welche die Überreste der Grate sind) gebildet.
Im Prozess aufeinanderfolgender Kraterbildungen kommt es gleichzeitig zu Bildungen neuer Krater und Zerstörungen zuvor gebildeter Krater. Wenn die Häufigkeit von Kraterbildungen und die Häufigkeit von Kraterzerstörungen im Gleichgewicht sind, bildet sich eine Oberflächenstruktur, in welcher Ausstülpungen im Wesentlichen gleichmäßig vorliegen wie in den 1 und 3 gezeigt (eine Oberflächenstruktur, in welcher es kein dichtes Gebiet gibt). Wenn andererseits die Häufigkeit von Kraterbildungen und die Häufigkeit von Kraterzerstörungen nicht im Gleichgewicht sind, insbesondere die Häufigkeit von Kraterbildungen größer als die Häufigkeit von Kraterzerstörungen ist, werden die zentralen Teile der Krater noch tiefer und werden die Gratteile noch höher und wird eine Oberflächenstruktur gebildet, in welcher es ein dichtes Gebiet (ein Gebiet, in welchem Ausstülpungen dicht konzentriert sind) gibt, wie in den 4 und 5 gezeigt. Im Fall der Oberflächenstruktur, in welcher Ausstülpungen im Wesentlichen gleichmäßig vorliegen, beträgt die mittlere (Höhen-)Differenz zwischen den tiefsten Stellen der Vertiefungen und den höchsten Stellen der Ausstülpungen etwa mehrere bis mehrere zehn Nanometer. Im Fall der Oberflächenstruktur, in welcher ein dichtes Gebiet vorliegt, ist die (Höhen-)Differenz zwischen den tiefsten Stellen der Vertiefungen und den höchsten Stellen der Ausstülpungen wegen des Ungleichgewichts zwischen der Häufigkeit von Kraterbildungen und der Häufigkeit von Kraterzerstörungen größer als diejenige im Fall der Oberflächenstruktur, in welcher Ausstülpungen im Wesentlichen gleichmäßig vorliegen.
Da nicht immer alle Ausstülpungen die gleiche Größe und Form haben, wird die oben beschriebene ”mittlere Breite der Ausstülpungen” als ein Anzeiger für die Größe der Ausstülpungen verwendet. Genauer gesagt, in der Vorderansicht der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, an welcher die oben beschriebene Oberflächenstruktur gebildet ist, wird der Durchmesser des kleinsten eine einzige Ausstülpung enthaltenden Kreises für verschiedene Ausstülpungen ermittelt und ist der Mittelwert der Durchmesser als die ”mittlere Breite der Ausstülpungen” definiert. Zusätzlich ist die Anzahl der in einem Quadrat von 1 μm mal 1 μm vorhandenen Ausstülpungen als die ”Dichte der Ausstülpungen” definiert.
Entsprechend wird, da nicht immer alle dichten Gebiete die gleiche Größe und Form haben, die oben beschriebene ”mittlere Breite der dichten Gebiete” als ein Anzeiger für die Größe der dichten Gebiete verwendet. Genauer gesagt, sofern die Breite eines dichten Gebiets die Länge des Abschnitts einer Mittellinie der gemessenen mittleren Rauheit der Oberflächenstruktur zwischen einem Punkt, an welchem das Oberflächenprofil ansteigt und die Mittellinie schneidet, und einem Punkt, an welchem das Oberflächenprofil abfällt und das nächste Mal die Mittellinie schneidet, ist (siehe 9, in welcher es 20 durch Pfeile gekennzeichnete dichte Gebiete gibt), werden die entlang mehrerer Mittellinien beobachteten Breiten der dichten Gebiete ermittelt und ist der Mittelwert der Breiten als die ”mittlere Breite der dichten Gebiete” definiert. Zusätzlich ist die Anzahl der in einem Quadrat von 1 μm mal 1 μm vorhandenen dichten Gebiete als die ”Dichte der dichten Gebiete” definiert. Ein Grund, aus welchem die mittlere Breite der dichten Gebiete auf diese Weise definiert ist, liegt darin, dass, da die (Höhen-)Differenz zwischen den tiefsten Stellen der Vertiefungen und den höchsten Stellen der Ausstülpungen in den dichten Gebieten größer als in den anderen Gebieten ist, die Ausstülpungen in den anderen Gebieten als Vorsprünge, die niedriger als die Mittellinie sind, wahrgenommen werden und die dichten Gebiete als Vorsprünge, die höher als die Mittellinie sind, wahrgenommen werden.
<<BEISPIELE UND VERGLEICHSBEISPIELE>>
Nun werden Beispiele der vorliegenden Erfindung und zur Kontrolle der Wirksamkeit der Beispiele dienende Vergleichsbeispiele beschrieben (unter Bezugnahme auf die 10 bis 33). In der folgenden Beschreibung wird der anorganische Festkörper-Werkstoff auch als eine Probe bezeichnet. In den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde eine Probe verwendet, welche eine Quaderform aufwies und vor der Bearbeitung eine Länge von 5 mm, eine Breite von 1 mm und eine Höhe von 1 mm hatte und deren sechs Oberflächen durch mechanisches Polieren geebnet worden waren.
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen, in welchen die Oberfläche der Probe mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurde (”GCIB” ist in das zum Beispiel in 10 gezeigte Feld ”Bearbeitung” eingegeben), wurde jede von drei Oberflächen, eine Oberfläche einer Länge von 5 mm und einer Breite von 1 mm und zwei Oberflächen einer Länge von 5 mm und einer Höhe von 1 mm, in einer zur Bestrahlungszieloberfläche senkrechten Richtung mit dem GasclusterIonenstrahl bestrahlt. In diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden durch Steuern der Bedingungen für die Erzeugung des Gascluster-Ionenstrahls (wie der Beschleunigungsspannung, der Bestrahlungsmenge, der Spannung oder des Stroms von Ionisationselektronen, der Gasart, des Gasdrucks, der Austrittsrate der Prozesskammer) verschiedene Oberflächenstrukturen mit verschiedenen mittleren Breiten der Ausstülpungen an Oberflächen verschiedener anorganischer Festkörper-Werkstoffe gebildet. Die mittlere Breite der Ausstülpungen und die mittlere Breite der dichten Gebiete der gebildeten Oberflächenstrukturen der verschiedenen Proben wurden auf der Grundlage einer Beobachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop und einem Rasterkraftmikroskop berechnet. Die Dichte der Ausstülpungen und die Dichte der dichten Gebiete wurden außerdem gemäß den oben beschriebenen Definitionen gezählt.
In den Vergleichsbeispielen, in welchen die Oberfläche der Probe nicht mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurde, wurde eine von zwei Bearbeitungsarten verwendet.
Eine erste Bearbeitung war ”Flächenstrukturierung” wie zum Beispiel im Feld ”Bearbeitung” in 10 gezeigt, bei welcher eine Rechteckmuster-Struktur (eine Oberflächenstruktur, in welcher eine periodische Folge von Vertiefungen und Vorsprüngen an der Oberfläche in zwei zueinander senkrechten Richtungen gebildet ist) durch Trockenätzen mit einer durch Flächenstrukturierung mittels Lithographie gebildeten Abdecklack-Maske an einer Oberfläche einer Probe gebildet wurde. Die Definitionen der Größe und der Dichte der Vorsprünge im auf diese Weise gebildeten Rechteckmuster sind die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausstülpungen (in den die Ausstülpungen betreffenden Definitionen sollte der Begriff ”Ausstülpung” durch den Begriff ”Vorsprung” ersetzt werden). In den Zeichnungen (siehe zum Beispiel 10) sind die Zahlenwerte der Größe (mittleren Breite) und der Dichte der Vorsprünge bequemlichkeitshalber im Feld ”Größe der Ausstülpung” beziehungsweise im Feld ”Dichte der Ausstülpungen” gezeigt.
Eine zweite Bearbeitung war ”Niederschlag”, wie zum Beispiel im Feld ”Bearbeitung” in 10 gezeigt, bei welcher eine große Anzahl von körnigen Ablagerungen (diamantähnlicher Kohlenstoff) durch Niederschlag auf einer Oberfläche einer Probe gebildet wurden. Die Definitionen der Größe und der Dichte der auf diese Weise gebildeten körnigen Ablagerungen sind die gleichen wie diejenigen der oben beschriebenen Ausstülpungen (in den die Ausstülpungen betreffenden Definitionen sollte der Begriff ”Ausstülpung” durch den Begriff ”körnige Ablagerung” ersetzt werden). In den Zeichnungen (siehe zum Beispiel 10) sind die Zahlenwerte der Größe (mittleren Breite) und der Dichte der körnigen Ablagerungen bequemlichkeitshalber im Feld ”Größe der Ausstülpung” beziehungsweise im Feld ”Dichte der Ausstülpungen” gezeigt.
In einigen Vergleichsbeispielen wurde eine Probe, die nicht bearbeitet wurde, (eine lediglich einer Oberflächenebnung durch mechanisches Polieren unterzogene Probe) verwendet. Wie in 10 gezeigt, ist zum Beispiel ein Symbol ”-” im Feld ”Bearbeitung” dieser Vergleichsbeispiele gezeigt.
Jede Probe wurde durch eine Gleitprüfung auf eine Festigkeitsänderung untersucht. Die Probe wurde auf eine Gleitprüfvorrichtung gelegt, wobei die mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlte Oberfläche einer Länge von 5 mm und einer Breite von 1 mm nach oben wies, und die Gleitprüfung wurde unter Verwendung eines aus Sintercarbid bestehenden keilförmigen Eindringkörpers mit einer 1 mm langen Schneide durchgeführt. Der keilförmige Eindringkörper wurde mit der Längsrichtung der Schneide parallel zur 5 mm-Seite der Probe angeordnet und unter einer Last von 100 Gram-Force mit einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen pro Minute 1000-mal parallel zur 1 mm-Seite der Probe hin- und herbewegt. Die Gleitstrecke war etwas größer als 1 mm, so dass der keilförmige Eindringkörper sich über die rechtwinkligen Ecken auf den entgegengesetzten Seiten der Probe hinaus bewegte. Eine Belastungskonzentration neigt dazu, an den rechtwinkligen Ecken auf den entgegengesetzten Seiten der Probe, d. h. in der Nähe der Schneiden des Festkörper-Werkstoffs, aufzutreten, und deshalb eignen sich die rechtwinkligen Ecken besser zur Beobachtung einer Festigkeitsänderung (d. h. Neigung zum Auftreten von Ausbrüchen). Die rechtwinkligen Ecken auf den entgegengesetzten Seiten wurden auf Ausbrüche kontrolliert, und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde berechnet. Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde wie folgt berechnet. Die Länge des Teils jeder rechtwinkligen Ecke der Probe in Kontakt mit dem keilförmigen Eindringkörper betrug 1 mm, was die Länge des keilförmigen Eindringkörpers war. Der Teil wurde in 100 Abschnitte einer Länge von 10 μm unterteilt. Wenn ein Ausbruch von 0,1 μm oder größer in einem Abschnitt auftrat, wurde festgestellt, dass ein Ausbruch in dem Abschnitt vorlag. Andernfalls wurde festgestellt, dass kein Ausbruch vorlag. 100 Abschnitte wurden aus den insgesamt 200 Abschnitten der rechtwinkligen Ecken auf den entgegengesetzten Seiten der Probe zufällig ausgewählt, und der Prozentsatz der Anzahl der Abschnitte unter den 100 Abschnitten, bei welchen ein Ausbruch festgestellt wurde, war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen.
Als physikalische Eigenschaften, welche als ein Anzeiger für die Festigkeitsänderung dienten, wurden Härte, Elastizitätsmodul, Dichte und Kristallisationsverhältnis verwendet.
FALL, IN WELCHEM DIE HÄRTE ALS ANZEIGER VERWENDET WURDE
Die Härte jeder Probe wurde mit einem Dünnschicht-Härtemesser gemessen. Die Härte der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Oberfläche der Probe wurde als die Härte des Innern der Probe (im Folgenden als eine innere Härte bezeichnet) angesehen. Das Verhältnis der Härte der mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlten Oberfläche der Probe zur inneren Härte wurde als das Härteverhältnis ermittelt.
FALL, IN WELCHEM DER ELASTIZITÄTSMODUL ALS ANZEIGER VERWENDET WURDE
Der Elastizitätsmodul jeder Probe wurde mittels eines Oberflächenschallwellen-Verfahrens mit einem Ultradünnschicht-Elastizitätsmodul-Messsystem gemessen. Der Elastizitätsmodul der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Oberfläche der Probe wurde als der Elastizitätsmodul des Innern der Probe angesehen (im Folgenden als ein innerer Elastizitätsmodul bezeichnet). Das Verhältnis des Elastizitätsmoduls der mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlten Oberfläche der Probe zum inneren Elastizitätsmodul wurde als das Elastizitätsmodul-Verhältnis ermittelt.
FALL, IN WELCHEM DIE DICHTE ALS ANZEIGER VERWENDET WURDE
Die Dichte jeder Probe wurde mit einem Dünnschicht-Dichtemesser gemessen. Die Dichte der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Oberfläche der Probe wurde als die Dichte des Innern der Probe (im Folgenden als eine innere Dichte bezeichnet) angesehen. Das Verhältnis der Dichte der mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlten Oberfläche der Probe zur inneren Dichte wurde als das Dichteverhältnis ermittelt.
FALL, IN WELCHEM DAS KRISTALLISATIONSVERHÄLTNIS ALS ANZEIGER VERWENDET WURDE
Die Fleckhelligkeit des Elektronenbeugungsbilds (Beugungsfleckhelligkeit) jeder Probe wurde gemessen. Die Beugungsfleckhelligkeit der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Oberfläche der Probe wurde als die Beugungsfleckhelligkeit des Innern der Probe angesehen (im Folgenden als eine innere Beugungsfleckhelligkeit bezeichnet). Das Verhältnis der Beugungsfleckhelligkeit der mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlten Oberfläche der Probe zur inneren Beugungsfleckhelligkeit wurde als das Kristallisationsverhältnis ermittelt. Wenn das Kristallisationsverhältnis niedriger als 100% ist, hat die Oberflächenstruktur eine amorphe Struktur.
<HÄRTEVERHÄLTNIS: Fig. 10 bis Fig. 15>
[BEISPIELE 1 bis 27]
Proben in den Beispielen 1 bis 27 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Beispielen 1 bis 9 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Beispielen 10 bis 18 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Beispielen 19 bis 27 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In den Beispielen 1 bis 27 war das Härteverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe. In den Beispielen 1 bis 27 war die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen kleiner als oder gleich 28%. Insbesondere wenn dichte Gebiete (Gebiete, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert war) einer mittleren Breite von etwa 50 nm bis 530 nm vorlagen, betrug die Quote des Auftretens von Ausbrüchen 0% (Beispiele 6 bis 9, 15 bis 18 und 24 bis 27).
[VERGLEICHSBEISPIELE 1, 8 und 15]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe, deren Oberfläche durch mechanisches Polieren geebnet worden war, betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 2, 9 und 16]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug in dem Fall, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen 3 nm war, 89 bis 95%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 6, 13 und 20]
Das Härteverhältnis jeder die Rechteckmuster-Struktur (die mittlere Breite der Vorsprünge betrug 50 nm) als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe unterschied sich nicht zwischen vor und nach einem Trockenätzen (das Härteverhältnis betrug 100%), und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 7, 14 und 21]
Das Härteverhältnis jeder die körnigen Ablagerungen als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe nahm ab, aber die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 3 bis 5, 10 bis 12 und 17 bis 19]
Proben in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5, 10 bis 12 und 17 bis 19 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Vergleichsbeispielen 10 bis 12 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Vergleichsbeispielen 17 bis 19 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In diesen Vergleichsbeispielen war das Härteverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe, war aber die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen größer als oder gleich 50%.
11 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5. 13 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 10 bis 14 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 12. 15 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 19 bis 23 und den Vergleichsbeispielen 15 bis 19.
<ELASTIZITÄTSMODUL-VERHÄLTNIS: Fig. 16 bis Fig. 21>
[BEISPIELE 28 bis 54]
Proben in den Beispielen 28 bis 54 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Beispielen 28 bis 36 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Beispielen 37 bis 45 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Beispielen 46 bis 54 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In den Beispielen 28 bis 54 war das Härteverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe. In den Beispielen 28 bis 54 war die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen kleiner als oder gleich 31%. Insbesondere wenn dichte Gebiete (Gebiete, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert war) einer mittleren Breite von etwa 50 nm bis 530 nm vorlagen, betrug die Quote des Auftretens von Ausbrüchen 0% (Beispiele 33 bis 36, 42 bis 45 und 51 bis 54).
[VERGLEICHSBEISPIELE 22, 29 und 36]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe, deren Oberfläche durch mechanisches Polieren geebnet worden war, betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 23, 30 und 37]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug in dem Fall, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen 3 nm war, 91 bis 96%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 27, 34 und 41]
Das Elastizitätsmodul-Verhältnis jeder die Rechteckmuster-Struktur (die mittlere Breite der Vorsprünge betrug 50 nm) als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe unterschied sich nicht zwischen vor und nach einem Trockenätzen (das Elastizitätsmodul-Verhältnis betrug 100%), und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 28, 35 und 42]
Das Elastizitätsmodul-Verhältnis jeder die körnigen Ablagerungen als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe nahm ab, aber die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 24 bis 26, 31 bis 33 und 38 bis 40]
Proben in den Vergleichsbeispielen 24 bis 26, 31 bis 33 und 38 bis 40 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Vergleichsbeispielen 24 bis 26 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Vergleichsbeispielen 31 bis 33 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Vergleichsbeispielen 38 bis 40 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In diesen Vergleichsbeispielen war das Elastizitätsmodul-Verhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe, war aber die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen größer als oder gleich 50%.
17 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 28 bis 32 und den Vergleichsbeispielen 22 bis 26. 19 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 37 bis 41 und den Vergleichsbeispielen 29 bis 33. 21 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 46 bis 50 und den Vergleichsbeispielen 36 bis 40.
<DICHTEVERHÄLTNIS: Fig. 22 bis Fig. 27>
[BEISPIELE 55 bis 81]
Proben in den Beispielen 55 bis 81 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Beispielen 55 bis 63 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Beispielen 64 bis 72 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Beispielen 73 bis 81 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In den Beispielen 55 bis 81 war das Dichteverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe. In den Beispielen 55 bis 81 war die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen kleiner als oder gleich 28%. insbesondere wenn dichte Gebiete (Gebiete, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert war) einer mittleren Breite von etwa 50 nm bis 530 nm vorlagen, betrug die Quote des Auftretens von Ausbrüchen 0% (Beispiele 60 bis 63, 69 bis 72 und 78 bis 81).
[VERGLEICHSBEISPIELE 43, 50 und 57]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe, deren Oberfläche durch mechanisches Polieren geebnet worden war, betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 44, 51 und 58]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug in dem Fall, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen 3 nm war, 92 bis 95%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 48, 55 und 62]
Das Dichteverhältnis jeder die Rechteckmuster-Struktur (die mittlere Breite der Vorsprünge betrug 50 nm) als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe unterschied sich nicht zwischen vor und nach einem Trockenätzen (das Dichteverhältnis betrug 100%), und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 49, 56 und 63]
Das Dichteverhältnis jeder die körnigen Ablagerungen als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe nahm ab, aber die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 45 bis 47, 52 bis 54 und 59 bis 61]
Proben in den Vergleichsbeispielen 45 bis 47, 52 bis 54 und 59 bis 61 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Vergleichsbeispielen 45 bis 47 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Vergleichsbeispielen 52 bis 54 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Vergleichsbeispielen 59 bis 61 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In diesen Vergleichsbeispielen war das Dichteverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe, war aber die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen größer als oder gleich 50%.
23 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 55 bis 59 und den Vergleichsbeispielen 43 bis 47. 25 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 64 bis 68 und den Vergleichsbeispielen 50 bis 54. 27 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 73 bis 77 und den Vergleichsbeispiele 57 bis 61.
<KRISTALLISATIONSVERHÄLTNIS: Fig. 28 bis Fig. 33>
[BEISPIELE 82 bis 108]
Proben in den Beispielen 82 bis 108 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Beispielen 82 bis 90 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Beispielen 91 bis 99 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Beispielen 100 bis 108 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In den Beispielen 82 bis 108 war das Kristallisationsverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe. In den Beispielen 82 bis 108 war die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen kleiner als oder gleich 22%. Insbesondere wenn dichte Gebiete (Gebiete, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert war) einer mittleren Breite von etwa 50 nm bis 530 nm vorlagen, betrug die Quote des Auftretens von Ausbrüchen 0% (Beispiele 87 bis 90, 96 bis 99 und 105 bis 108).
[VERGLEICHSBEISPIELE 64, 71 und 78]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe, deren Oberfläche durch mechanisches Polieren geebnet worden war, betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 65, 72 und 79]
Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug in dem Fall, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen 3 nm war, 94 bis 96%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 69, 76 und 83]
Das Kristallisationsverhältnis jeder die Rechteckmuster-Struktur (die mittlere Breite der Vorsprünge betrug 50 nm) als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe unterschied sich nicht zwischen vor und nach einem Trockenätzen (das Kristallisationsverhältnis betrug 100%), und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 70, 77 und 84]
Das Kristallisationsverhältnis jeder die körnigen Ablagerungen als die Oberflächenstruktur aufweisenden Probe nahm ab, aber die Quote des Auftretens von Ausbrüchen jeder Probe betrug 100%.
[VERGLEICHSBEISPIELE 66 bis 68, 73 bis 75 und 80 bis 82]
Proben in den Vergleichsbeispielen 66 bis 68, 73 bis 75 und 80 bis 82 wiesen verschiedene Oberflächenstrukturen an ihren mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächen auf. Die Proben in den Vergleichsbeispielen 66 bis 68 bestanden aus Einkristall-Diamant, die Proben in den Vergleichsbeispielen 73 bis 75 bestanden aus Sinterdiamant, und die Proben in den Vergleichsbeispielen 80 bis 82 bestanden aus bindemittelfreiem cBN.
In diesen Vergleichsbeispielen war das Kristallisationsverhältnis niedriger als dasjenige der noch mit dem Gascluster-Ionenstrahl zu bestrahlenden Probe, war aber die mittlere Breite der Ausstülpungen größer als 50 nm und war die Quote des Auftretens von Ausbrüchen größer als oder gleich 50%.
29 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 82 bis 86 und den Vergleichsbeispielen 64 bis 68. 31 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 91 bis 95 und den Vergleichsbeispielen 71 bis 75. 33 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe der Ausstülpungen und der Quote des Auftretens von Ausbrüchen in insgesamt 10 Beispielen, konkret den Beispielen 100 bis 104 und den Vergleichsbeispielen 78 bis 82.
Nun werden Beispiele und Vergleichsbeispiele eines Schneidwerkzeugs, welches eine Art von Schneidenwerkzeug ist, beschrieben. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung, obwohl nachfolgend Beispiele des Schneidwerkzeugs veranschaulicht werden, auf beliebige Schneidenwerkzeuge, darunter ein Stempelwerkzeug mit einer Schneide wie ein Stanzwerkzeug und ein Gravierwerkzeug, angewendet werden kann.
[BEISPIEL 109]

Schneidwerkzeuge wurden wie nachfolgend beschrieben hergestellt. Schneidenwerkzeuge mit einer Schneide wurden durch Schneiden von Einkristall-Diamant, Sinterdiamant, einem bindemittelfreien cBN-Sinterkörper und Sintercarbid (JIS-Klassenkennzeichen Z01) durch Laserbearbeitung und mechanisches Polieren der geschnittenen Werkstoffe hergestellt. Diese Schneidenwerkzeuge waren die Schneidwerkzeuge. Die Schneide war geradlinig und hatte eine Länge von 1 mm, und der Winkel zwischen den beiden die Schneide bildenden Oberflächen betrug 60°. Der Schneidenteil wurde mit einem einzigen Gascluster-Ionenstrahl in der der Schneide entgegengesetzten Richtung so bestrahlt, dass die beiden die Schneide bildenden Oberflächen unter dem gleichen Winkel gleichzeitig mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurden (das heißt, jede der beiden Oberflächen wurde unter einem Winkel von 60° bezüglich der Senkrechten zur Oberfläche mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt), wodurch sich die unten beschriebene Oberflächenstruktur an der Schneide jedes Schneidwerkzeugs bildete. [Tabelle 1]

	Einkristall-Diamant	Sinterdiamant	Bindemittelfreies cBN	Sintercarbid (Z01)
Größe der Ausstülpung	25 nm	27 nm	18 nm	32 nm
Dichte der Ausstülpungen	1505 Ausstülpungen/μm²	1054 Ausstülpungen/μm²	1896 Ausstülpungen/μm²	923 Ausstülpungen/μm²
Größe des dichten Gebiets	130 nm	315 nm	402 nm	-
Dichte der dichten Gebiete	68 dichte Gebiete/μm²	41 dichte Gebiete/μm²	18 dichte Gebiete/μm²	-

Unter Verwendung der Schneide jedes Schneidwerkzeugs als Eindringkörper wurde eine Gleitprüfung an einer aus Sintercarbid bestehenden Probe durchgeführt, indem der Eindringkörper unter einer Last von 100 Gram-Force mit einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen pro Minute 1000-mal parallel zur 1 mm-Seite der Probe hin- und herbewegt wurde. Dann wurde die Schneide jedes Schneidwerkzeugs mit einem Elektronenmikroskop auf einen Ausbruch untersucht. Kein Ausbruch trat in den Schneiden der aus Einkristall-Diamant, Sinterdiamant und bindemittelfreiem cBN bestehenden Schneidwerkzeuge auf. Ein Ausbruch von 0,1 mm oder größer trat in der Schneide des aus Sintercarbid bestehenden Schneidwerkzeugs auf.
[VERGLEICHSBEISPIEL ZU BEISPIEL 109]
Schneidenwerkzeuge mit einer Schneide wurden durch Schneiden von Einkristall-Diamant, Sinterdiamant und einem bindemittelfreien cBN-Sinterkörper durch Laserbearbeitung und mechanisches Polieren der geschnittenen Werkstoffe hergestellt. Diese Schneidenwerkzeuge waren die Schneidwerkzeuge. Die Schneide war geradlinig und hatte eine Länge von 1 mm, und der Winkel zwischen den beiden die Schneide bildenden Oberflächen betrug 60°. Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich darin vom Beispiel 109, dass der Schneidenteil jedes Schneidwerkzeugs nicht mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurde. Das heißt, der Schneidenteil jedes Schneidwerkzeugs in diesem Vergleichsbeispiel wurde lediglich durch mechanisches Polieren geebnet. Unter Verwendung der Schneide jedes Schneidwerkzeugs als Eindringkörper wurde die Gleitprüfung an einer Kupferprobe durchgeführt. In den Schneiden aller Schneidwerkzeuge kam es zu einer großen Anzahl von Ausbrüchen von 0,1 mm oder größer.
Nun werden Beispiele, in welchen andere anorganische Festkörper-Werkstoffe als die in den Beispielen 1 bis 108 verwendeten verwendet wurden, und Vergleichsbeispiele dazu beschrieben.
[BEISPIEL 110]
Eine quaderförmige Probe einer Länge von 5 mm, einer Breite von 1 mm und einer Dicke von 0,3 mm wurde durch Schneiden von Kalknatronglas einer Dicke von 0,3 mm, das als ein Deckglas für ein Touch-Panel verwendet werden kann, hergestellt. Die gesamte 5 mm-mal-1 mm-Oberfläche wurde in der senkrechten Richtung mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt, um an der Kalknatronglas-Oberfläche eine Oberflächenstruktur zu bilden, in welcher Ausstülpungen einer Größe (mittleren Breite) von 31 nm mit einer Dichte von 958 Ausstülpungen/μm² gebildet waren. Die Probe wurde auf die Gleitprüfvorrichtung gelegt, wobei die mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlte Oberfläche nach oben wies, die gleiche Gleitprüfung wie in den Beispielen 1 bis 108 wurde durchgeführt, abgesehen davon, dass die Last 10 Gram-Force betrug, und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde berechnet. Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug 6%.
[VERGLEICHSBEISPIEL ZU BEISPIEL 110]
Eine quaderförmige Probe einer Länge von 5 mm, einer Breite von 1 mm und einer Dicke von 0,3 mm wurde durch Schneiden von Kalknatronglas einer Dicke von 0,3 mm, das als ein Deckglas für ein Touch-Panel verwendet werden kann, hergestellt. Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich darin vom Beispiel 110, dass die Oberflächen der Probe nicht mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurden. Die Probe wurde auf die Gleitprüfvorrichtung gelegt, die gleiche Gleitprüfung wie in Beispiel 110 wurde durchgeführt, und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde berechnet. Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug 100%.
[BEISPIEL 111]
Eine quaderförmige Probe wurde durch Schneiden von Einkristall-Silicium, welches als ein medizinisches Skalpell verwendet werden kann, zu einer Größe von 5 mm Länge, 1 mm Breite und 0,5 mm der Dicke und mechanisches Polieren zweier Oberflächen einer Fläche von 5 mm mal 1 mm und einer Fläche von 1 mm mal 0,5 mm hergestellt. Die durch die beiden Oberflächen, welche eine 5 mm-Seite gemeinsam haben, gebildete rechtwinklige Schneide wurde in der der rechtwinkligen Schneide entgegengesetzten Richtung mit dem Gascluster-Ionenstrahl so bestrahlt, dass die beiden Oberflächen unter dem gleichen Winkel gleichzeitig mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurden (das heißt, jede der beiden Oberflächen wurde unter einem Winkel von 45° bezüglich der Senkrechten zur Oberfläche mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt), wodurch sich an der Probe eine Oberflächenstruktur bildete, in welcher Ausstülpungen einer Größe (mittleren Breite) von 15 nm mit einer Dichte von 2468 Ausstülpungen/μm² gebildet waren. Die Probe wurde auf die Gleitprüfvorrichtung gelegt, wobei die mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlte 5 mm-mal-1 mm-Oberfläche nach oben wies, die gleiche Gleitprüfung wie in den Beispielen 1 bis 108 wurde durchgeführt, abgesehen davon, dass die Last 10 Gram-Force betrug, und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde berechnet. Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug 4%.
[VERGLEICHSBEISPIEL ZU BEISPIEL 111]
Eine quaderförmige Probe wurde durch Schneiden von Einkristall-Silicium zu einer Größe von 5 mm Länge, 1 mm Breite und 0,5 mm Dicke und mechanisches Polieren zweier Oberflächen einer Fläche von 5 mm mal 1 mm und einer Fläche von 1 mm mal 0,5 mm hergestellt. Dieses Vergleichsbeispiel unterschied sich darin vom Beispiel 111, dass die Oberflächen der Probe nicht mit dem Gascluster-Ionenstrahl bestrahlt wurden. Die Probe wurde auf die Gleitprüfvorrichtung gelegt, die gleiche Gleitprüfung wie im Beispiel 111 wurde durchgeführt, und die Quote des Auftretens von Ausbrüchen wurde berechnet. Die Quote des Auftretens von Ausbrüchen betrug 100%.
[ÜBERLEGUNGEN]
Wie aus den Beispielen 1 bis 108 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 84 sowie den Beispielen 109, 110 und 111 und den Vergleichsbeispielen dazu ersichtlich, nimmt die Quote des Auftretens von Ausbrüchen bei Einkristall-Diamant, Sinterdiamant, bindemittelfreiem cBN, Sintercarbid, Glas oder Silicium beträchtlich ab, wenn die Größe der durch Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Ausstülpungen größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist, und verbessert sich die Festigkeit des nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit durch Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Ausstülpungen, welche in den oben beschriebenen Bereich fallende Größen haben, ungeachtet der Art des nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoffs. Ferner ist ersichtlich, dass die physikalischen Eigenschaften (Härte, Elastizitätsmodul, Dichte und Kristallisationsverhältnis) der Oberflächenstruktur sich bei jedem beliebigen nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff wegen der Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl von denjenigen des unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheiden.
Wie aus den Beispielen 1 bis 108 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 84 ersichtlich, kann die Quote des Auftretens von Ausbrüchen hochwirksam verringert werden, wenn nicht nur Ausstülpungen, sondern auch dichte Gebiete derselben gebildet werden.
Der Grund, aus welchem der anorganische Festkörper-Werkstoff mit der oben beschriebenen, durch Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl gebildeten Oberflächenstruktur eine verbesserte Festigkeit aufweist, wurde nicht völlig verstanden. Jedoch lauten mögliche Ursachen wie folgt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf 34. 34 ist eine schematische Zeichnung, welche eine Berührungsfläche in dem Fall, in welchem Oberflächen anorganischer Festkörper-Werkstoffe miteinander in Kontakt kommen, zeigt. Die Oberflächen der anorganischen Festkörper-Werkstoffe haben eine solche Rauheit, dass die Fläche der Teile (echten Berührungspunkte), an welchen jeder anorganische Festkörper-Werkstoff tatsächlich in Kontakt mit dem anderen steht, beträchtlich kleiner als die Fläche der gesamten Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist. Deshalb konzentriert sich die Kraft, wenn ein Druck auf die Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ausgeübt wird, tatsächlich in äußerst kleinen Gebieten der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs. Somit kann man annehmen, dass die Kraft an der Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs durch die Spitze eines äußerst kleinen Vorsprungs an der Oberfläche des anderen anorganischen Festkörper-Werkstoffs ausgeübt wird. Angesichts dessen werden Fälle, in welchen eine Kraft auf die Oberfläche eines anorganischen Festkörper-Werkstoffs ausgeübt wird, unter Bezugnahme auf die 35, in welchen ein Vorsprung an der Oberfläche des anderen Festkörper-Werkstoffs, mit welchem die oben beschriebene Oberfläche in Kontakt kommt, als ein Halbkreis dargestellt ist, untersucht.
Die 35(a) und 35(b) sind schematische Zeichnungen, welche zum Vergleich eine Oberfläche eines herkömmlichen spröden Werkstoffs und eine Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Fall, in welchem durch einen Vorsprung 1 an einem anderen festen Werkstoff eine Kraft ausgeübt wird, zeigen. Im Fall des herkömmlichen spröden Werkstoffs tritt, selbst wenn der Vorsprung 1 eine Kraft auf den Teil des Werkstoffs, an welchem er in Kontakt mit dem Werkstoff steht, ausübt, keine merkliche elastische Verformung oder plastische Verformung auf (da der in Kontakt mit dem Vorsprung 1 stehende Teil die gleichen Eigenschaften wie das Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs hat und somit spröde ist). Infolgedessen wird die Kraft nicht verteilt, konzentriert sich die Belastung an einem Riss 3 in einer Oberfläche 2 des spröden Werkstoffs und entwickelt sich der Riss 3 in den spröden Werkstoff (siehe 35(a)).
Andererseits sind an einer Oberfläche 4 des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Ausstülpungen und dichte Gebiete, in welchen Ausstülpungen dicht konzentriert sind, gebildet, welche in 35(b) als Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gezeigt sind. Wenn eine Kraft auf die Oberfläche ausgeübt wird, können sich die Ausstülpungen und die dichten Gebiete verformen, um sich der Form des Vorsprungs anzupassen (siehe 35(b)). Die Oberfläche ist weniger spröde als das unter der Oberflächenstruktur liegende Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und kann deshalb elastisch oder plastisch verformt werden. Da die Belastung auf diese Weise verteilt werden kann (wenn die dichten Gebiete gebildet sind, kann die Kraft über eine ausgedehntere Fläche als eine einzige Ausstülpung aufgenommen werden), kann das Auftreten einer Rissbildung verringert werden. Die Vertiefungen zwischen den Ausstülpungen fungieren nicht als ein Ausgangspunkt einer Rissbildung, sondern dienen als Lücken, welche eine Verformung der Ausstülpungen aufnehmen.
Insbesondere da die dichten Gebiete, wie oben beschrieben, durch dicht konzentrierte Ausstülpungen gebildet sind und höher als einzelne Ausstülpungen sind, verformt sich ein dichtes Gebiet, wenn eine Kraft auf das dichte Gebiet ausgeübt wird, leichter elastisch oder plastisch, um sich an die Form des Vorsprungs 1 des anderen Werkstoffs anzupassen (seitliche Verformung), so dass die Belastung verteilt werden kann. Wegen der seitlichen Verformung nimmt die Wirkung des Verteilens der Belastung im Vergleich zu der Oberfläche, in welcher die Ausstülpungen im Wesentlichen gleichmäßig gebildet sind, zu.
Zusätzlich gibt es eine Übergangsschicht, in welcher eine physikalische Eigenschaft sich kontinuierlich ändert, aber keine Fest-Fest-Grenzfläche, in welcher eine physikalische Eigenschaft sich sprunghaft ändert, zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs. Das Vorliegen der Übergangsschicht wird in der Referenzliteratur ("Basic and Application of Cluster Ion Beam", geschrieben und herausgegeben von Isao Yamada, Nikkan Kogyo Shimbun, 2006, S. 130 bis 131) aufgezeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die auf die Oberflächenstruktur ausgeübte Kraft durch das gesamte Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs über die Übergangsschicht aufgenommen werden und konzentriert sich die Belastung nicht an der Fest-Fest-Grenzfläche. Wie nochmals aus 6 ersichtlich, welche ein Elektronenmikroskop-Bild eines Teils der Oberflächenstruktur, in welchem ein Querschnitt derselben beobachtet werden kann, zeigt, wird keinerlei durch eine sprunghafte Änderung einer physikalischen Eigenschaft verursachter Kontrastunterschied im Teil zwischen den Ausstülpungen und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs beobachtet, weshalb festgestellt wird, dass es keine Fest-Fest-Grenzfläche gibt. Auf diese Weise kann bei dem anorganischen Festkörper-Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung die Belastung sowohl in der seitlichen Richtung parallel zur Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs als auch in der Richtung von der Oberfläche zum Innern hin verteilt werden, kann das Auftreten einer Rissbildung im anorganischen Festkörper-Werkstoff beträchtlich verringert werden.
Die 36(a) und 36(b) sind schematische Zeichnungen, welche zum Vergleich einen Fall, in welchem spröde Ausstülpungen (zum Beispiel durch Flächenstrukturierung gebildete Ausstülpungen) auf der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gebildet sind (36(a)), und einen Fall, in welchem Ausstülpungen einer Größe größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm durch Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gebildet sind (36(b)), zeigen. Wenn in 36(a) ein Teil des Vorsprungs 1 um dessen Spitze herum mit einer Ausstülpung 51 in Kontakt kommt, um eine große Kraft auf die Ausstülpung 51 auszuüben, verformt sich die spröde Ausstülpung 51 in gewissem Grad plastisch, um die Belastung zu lindern. Jedoch ist die Fähigkeit, die Belastung zu lindern, unzureichend, so dass die Belastung sich an einem bestimmten Teil (einem Teil, wo ein Materialdefekt wie zum Beispiel ein Riss vorliegt) der Oberfläche der Ausstülpung 51 konzentriert und es an dem Teil zu einer Rissbildung kommt. Wenn ein Teil des Vorsprungs 1 um dessen Spitze herum mit einer Ausstülpung 52 in Kontakt kommt, um eine geringe Kraft auf die Ausstülpung 52 auszuüben, wird die spröde Ausstülpung 52 plastisch verformt. Jedoch nimmt die plastisch verformte Ausstülpung 52 die ursprüngliche Form nicht wieder an, auch wenn die Kraft weggenommen wird. Andererseits ist eine in 36(b) gezeigte Ausstülpung 53 nicht mehr spröde, wird die Ausstülpung 53 in Reaktion auf die durch den Vorsprung 1 ausgeübte Kraft elastisch und plastisch verformt, wodurch das Auftreten einer Rissbildung verringert wird. Zusätzlich, obwohl ein Teil plastisch verformt bleibt, nimmt der größte Teil der Ausstülpung 53, wenn die Kraft weggenommen wird, im Wesentlichen wieder die ursprüngliche Form an und kann er erneut eine Belastung lindern.
Ein möglicher Grund, aus welchem die Quote des Auftretens von Ausbrüchen in dem Fall, in welchem die mittlere Breite der Ausstülpungen in den Bereich von 5 nm bis 50 nm fällt, merklich abnimmt, lautet wie folgt. Ein typischer Wert der Breite eines Risses, welcher als ein Ausgangspunkt eines Ausbruchs fungiert, beträgt mehrere zehn nm (Referenzliteratur: Hitoshi Sumiya und Tetsuo Irifune, SEI Technical Review, Band 172, Jan. 2008, S. 82, 14, welche ein Transmissionselektronenmikroskop-Bild eines typischen Risses einer Breite von etwa 20 nm von vielen Rissen mit Breiten kleiner als oder gleich 100 nm, welche in der Nähe eines durch einen Eindringkörper, durch Ausüben einer Kraft auf diesen, in der Oberfläche eines polykristallinen Diamanten gebildeten Eindrucks gefunden wurden, zeigt). Wenn die mittlere Breite der Ausstülpungen beträchtlich größer als mehrere zehn nm ist, kann ein Riss in der Oberfläche der Ausstülpungen auftreten. Und wenn eine Kraft ausgeübt wird und die Belastung in der Nähe des Risses nicht genügend gelindert werden kann, nimmt man an, dass sich eine Rissbildung aus dem Riss entwickeln kann (siehe 37(a)). In der mikroskopischen Ansicht geht man davon aus, dass der echte Berührungspunkt, auf welchen der Vorsprung an der Oberfläche des anderen Festkörper-Werkstoffs tatsächlich eine hohe Kraft ausübt, eine Größe in der Größenordnung von mehreren nm bis zu mehreren zehn nm hat. Wenn die mittlere Breite der Ausstülpungen kleiner als diese Größe ist, können die Ausstülpungen die einwirkende Kraft nicht genügend aufnehmen und brechen sie eher zusammen, als sich elastisch oder plastisch zu verformen (siehe 37(b)). Dies wird durch die Vergleichsbeispiele 2, 9, 16, 23, 30, 37, 44, 51, 58, 65, 72 und 79 gestützt. Infolgedessen nimmt man an, dass ein Teil der Oberflächenstruktur zusammenbricht und sich aus dem Teil eine Rissbildung entwickelt. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, muss die mittlere Breite der Ausstülpungen in einen optischen Bereich fallen, damit die Ausstülpungen wirkungsvoll dazu beitragen, die Quote des Auftretens von Ausbrüchen zu verringern, und man geht davon aus, dass der optische Bereich der Bereich von 5 nm bis 50 nm ist, was durch die Versuche gezeigt wird. Wenn die mittlere Breite der Ausstülpungen in den Bereich von 5 nm bis 50 nm fällt, geht man davon aus, dass die Ausstülpungen sich elastisch oder plastisch verformen können, um die durch den Vorsprung an der Oberfläche des anderen Festkörper-Werkstoffs in der mikroskopischen Ansicht tatsächlich ausgeübte Kraft genügend zu lindern (siehe 37(c)).
Ein möglicher Grund, aus welchem die Ausstülpungen im Vergleich zum Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs nicht mehr spröde sind, wie oben beschrieben, ist, dass die Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl eine Wirkung hat, die Qualität der Oberfläche zu verbessern. Wenn die Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit dem GasclusterIonenstrahl bestrahlt wird, stößt jeder Cluster mit einer gegebenen kinetischen Energie mit der Oberfläche des Festkörper-Werkstoffs zusammen und zerfällt er in einzelne Ionen. Jedoch endet jeder Zusammenstoß innerhalb einer kurzen Zeit, so dass ein hoher Druck vorübergehend auf den Punkt des Aufpralls des Clusters ausgeübt wird. Der vorübergehend auf die Oberflächenschicht des Festkörper-Werkstoffs ausgeübte Druck bewirkt, dass die Oberflächenstruktur sich dergestalt, dass der Elastizitätsmodul der Oberflächenstruktur geringer als der Elastizitätsmodul des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und der Elastizitätsmodul im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert, dergestalt, dass die Dichte der Oberflächenstruktur geringer als die Dichte des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und die Dichte im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert, dergestalt, dass die Härte der Oberflächenstruktur geringer als die Härte des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und die Härte im Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich ändert, oder dergestalt, dass die Oberflächenstruktur eine amorphe Struktur hat, das Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs eine kristalline Struktur hat, die Struktur des Grenzgebiets zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich von der kristallinen Struktur zur amorphen Struktur wandelt, ändert. Man geht davon aus, dass die Ausstülpungen wegen einer solchen Oberflächenqualitätsverbesserungs-Wirkung der Bestrahlung mit dem Gascluster-Ionenstrahl dazu neigen, sich leichter elastisch oder plastisch verformen zu lassen als das Innere des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, und eine Belastungskonzentration mindern können.
Andererseits hat eine durch Flächenstrukturierung an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gebildete Rechteckmuster-Struktur die gleichen physikalischen Eigenschaften wie diejenigen des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und ist sie deshalb spröde. Deshalb hat die Rechteckmuster-Struktur keine Wirkung, welche eine Belastungskonzentration mindern würde.
Wenn körnige Ablagerungen durch Niederschlag an der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs gebildet sind, unterscheiden sich, wegen der Bildung der körnigen Ablagerungen, die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs von denjenigen des Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs (genau gesagt, können die Härte, der Elastizitätsmodul, die Dichte, das Kristallisationsverhältnis oder dergleichen verringert sein). Jedoch ist in dem Fall, in welchem die körnigen Ablagerungen durch Niederschlag gebildet werden, eine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen den körnigen Ablagerungen und dem unter den körnigen Ablagerungen liegenden anorganischen Festkörper-Werkstoff vorhanden. In anderen Worten, es gibt zwischen der durch die körnigen Ablagerungen gebildeten Oberflächenstruktur (dem Schichtteil) und dem unter der Oberflächenstruktur liegenden anorganischen Festkörper-Werkstoff eine Grenze, an welcher die physikalischen Eigenschaften sich sprunghaft ändern. Die die Grenze bildende Fest-Fest-Grenzfläche hat nur eine geringe Wirkung, die auf die Oberflächenstruktur ausgeübte Kraft in den anorganischen Festkörper-Werkstoff zu verteilen, und die Belastung konzentriert sich an der Fest-Fest-Grenzfläche. Wenn der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs mit den durch Niederschlag darauf gebildeten körnigen Ablagerungen ein Schlag versetzt wird, konzentriert sich somit die auf die gesamte Oberflächenstruktur ausgeübte Kraft an der Fest-Fest-Grenzfläche und lösen sich die körnigen Ablagerungen (der Schichtteil) von der Oberfläche des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ab, selbst wenn die einzelnen körnigen Ablagerungen plastisch oder elastisch verformt werden können. Die Festigkeit des anorganischen Festkörper-Werkstoffs, von welchem der Schichtteil entfernt wurde, wird nicht verbessert, und die gleiche Wirkung wie diejenige der vorliegenden Erfindung kann nicht erzielt werden.
Sogar in dem Fall, in welchem die Oberflächenstruktur der körnigen Ablagerungen durch Niederschlag gebildet wird, gibt es, wenn im Verlauf des Niederschlags irgendeine Art von Erregung (Bestrahlung zum Beispiel mit einem Laser, einem Ionenstrahl, einem Gascluster-Ionenstrahl oder dergleichen) erfolgt, um eine Übergangsschicht zu bilden, in welcher eine physikalische Eigenschaft sich an der Grenze zwischen den Ablagerungen (dem Schichtteil) und dem unter den Ablagerungen liegenden anorganischen Festkörper-Werkstoff kontinuierlich ändert, keine Fest-Fest-Grenzfläche und kann die gleiche Wirkung wie diejenige der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Sie soll weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die genaue offenbarte Form beschränken. Veränderungen oder Varianten sind im Licht der obigen Unterweisungen möglich. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu veranschaulichen und um einen Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Veränderungen, wie sie für die betrachtete besondere Verwendung geeignet sind, zu verwenden. Alle derartigen Veränderungen und Varianten liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche bestimmt, wenn sie gemäß der Breite, welche ihnen fairerweise, gesetzlicherweise und billigerweise zusteht, ausgelegt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007-230807 [0004]
JP 2011-256104 [0005]
JP 2011-157251 [0006]
JP 3994111 [0063]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Basic and Application of Cluster Ion Beam”, geschrieben und herausgegeben von Isao Yamada, Nikkan Kogyo Shimbun, 2006, S. 70 [0069]
”Basic and Application of Cluster Ion Beam”, geschrieben und herausgegeben von Isao Yamada, Nikkan Kogyo Shimbun, 2006, S. 130 bis 131 [0137]
Hitoshi Sumiya und Tetsuo Irifune, SEI Technical Review, Band 172, Jan. 2008, S. 82 [0139]

Claims

Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur sich von der physikalischen Eigenschaft eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheidet und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, der Elastizitätsmodul der Oberflächenstruktur geringer als der Elastizitätsmodul eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Dichte der Oberflächenstruktur geringer als die Dichte eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Härte der Oberflächenstruktur geringer als die Härte eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs ist und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff, wobei der anorganische Festkörper-Werkstoff in mindestens einem Teil seiner Oberfläche eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, die Oberflächenstruktur eine amorphe Struktur hat, ein unter der Oberflächenstruktur liegendes Inneres des Festkörper-Werkstoffs eine kristalline Struktur hat und ein Grenzgebiet zwischen dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs und der Oberflächenstruktur eine Struktur hat, welche sich beim Übergang vom Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs zur Oberflächenstruktur allmählich von der kristallinen Struktur zur amorphen Struktur wandelt.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei es Gebiete gibt, in welchen eine Vielzahl von Ausstülpungen dicht konzentriert ist, und die Gebiete eine mittlere Breite von 50 bis 530 nm haben.
Nichtmetallischer anorganischer Festkörper-Werkstoff nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberflächenstruktur durch Bestrahlung mit einem Gascluster-Ionenstrahl gebildet ist.
Schneidenwerkzeug mit einem aus einem nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff bestehenden Schneidteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7.
Schneidenwerkzeug, bestehend aus einem nichtmetallischen anorganischen Festkörper-Werkstoff, wobei ein Schneidteil des Schneidenwerkzeugs an einer Oberfläche desselben eine Oberflächenstruktur hat, in welcher ein Netzwerk von Vertiefungen und von den Vertiefungen umgebenen Ausstülpungen gebildet ist, die Ausstülpungen eine mittlere Breite von 5 nm bis 50 nm haben, eine physikalische Eigenschaft der Oberflächenstruktur sich von der physikalischen Eigenschaft eines unter der Oberflächenstruktur liegenden Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs unterscheidet und keine Fest-Fest-Grenzfläche zwischen der Oberflächenstruktur und dem Innern des anorganischen Festkörper-Werkstoffs vorhanden ist.