ナノテック株式会社スクラッチ試験

表面分析

荷重をかけながらダイヤモンド圧子で試料表面を引っかき、膜の密着性や傷つきやすさの評価を行います。

スクラッチ試験の基本原理

スクラッチ試験は、テーブルの上に固定した試料にダイヤモンド圧子を密着させ、徐々に荷重を加えていき、同時にテーブルを一定の速度で移動させることで膜の密着性を測定します方法です。

垂直荷重（FN）とテーブルの移動により生じる摩擦力（FT）により、基板に成膜された薄膜にクラック（ヒビ）、カケ、割れ、剥離等の変形が発生します。

このスクラッチ痕の変形ポイントを光学顕微鏡等の観察により決定し、その変形ポイントでの垂直荷重を臨界荷重とします。

また、スクラッチ試験中に、基板に堆積されている薄膜の剥離やクラックに起因します破壊音をAE（アコースティック・エミッション）センサーにより検出できる試験機やテーブルの摩擦力センサーにより摩擦力も検出できる試験機もある。

顕微鏡観察によるクラック、カケ、剥離等と摩擦力の波形の急激な上昇やAEの波形の急激な変化とを合わせて考察もできます。

臨界荷重や測定結果（AE、摩擦力、スクラッチ痕）から機械的な強度や密着性を考察します。特に剥離臨界荷重は、工業的には薄膜の密着力として比較されることが多いです。

この試験を数回行い、その平均を密着力としてみることができる。

図にスクラッチ試験機の図を示します。

使用試験機

試験機名	説明
Revetest Scratch Tester	荷重レンジ:0.9～200N 推奨試料サイズ：10mm～30mm角、t4mm～20mm （サイズ、形状は相談可）ミクロンオーダーの硬質薄膜の密着性評価に使用用途：TiN、CrN、TiAlN、TiCN等、DLC、メッキ、アルマイト処理注：底部と測定面は水平でカット面にバリや変形が無い事。
Micro Scratch Tester	荷重レンジ:0.1～30N 推奨試料サイズ：10mm～30mm角、t4mm～20mm （サイズ、形状は相談可）数百nmの薄膜の密着性評価、表面の傷つきやすさの評価に使用用途：ITO、TiO₂、SUS304、SUS、DLC、ガラス、注：底部と測定面は水平でカット面にバリや変形が無い事。
Nano Scratch Tester	荷重レンジ:0.02～1000mN 推奨試料サイズ：10mm～30mm角、t4mm～10mm （サイズ、形状は相談可）裏面を接着剤で固定可であれば t <4mmも可ナノオーダーの薄膜の密着性評価、表面の傷つきやすさの評価に使用用途：ITO、TiO₂、有機膜、ポリマー膜、金属膜、セラミックス、塗料、プラスチックフィルム注：底部と測定面は水平でカット面にバリや変形が無い事。
CSR-5000	荷重レンジ:1～1,000mN 推奨試料サイズ：10mm～50mm角、t0.5mm～10mm （サイズ、形状は相談可）移動速度： Max 20μm/sec 加熱温度：150℃まで保有圧子：スタイラス径 5μm、 15μm、 25μm、 50μm、 100μm 測定時間：30s、60s、120s、180s、240s、300s （荷重、移動速度、測定時間でスクラッチ幅と荷重印加速度が決定）圧子を振動させながら試験を行うことで、軟質材料の評価が可能。用途：ITO、TiO₂、DLC、有機膜、ポリマー膜、SiO₂膜、Si₃N₄膜、SiC膜、Al₂O₃膜、絶縁膜、金属膜（Cr・Ti・Au・Ag・Cu等）、Si基板上の各種薄膜、ガラス基板上の各種薄膜、プラスチック基板上の各種薄膜。注：底部と測定面は水平でカット面にバリや変形が無い事。 JIS-R-3255準拠。
CSR-1000	荷重レンジ:1～20kgf(最大：およそ200N) 推奨試料サイズ：30mm～60mm角、t3mm～10mm （サイズ、形状は相談可）ミクロンオーダーの硬質薄膜の密着性評価に使用用途：TiN、CrN、TiAlN、TiCN等、DLC、メッキ、アルマイト処理、 Ti、SiC 注：底部と測定面は水平でカット面にバリや変形が無い事。