LAS超低膨張ガラスセラミックスの非破壊CTE測定のための超音波パラメータ最適化とモデル開発
Optimization of Ultrasonic Parameters and Model Development for Nondestructive CTE Measurement of LAS Ultra-Low-Expansion Glass Ceramics
本研究では、リチウムアルミノシリケート(LAS)超低膨張ガラスセラミックスの熱膨張係数(CTE)を迅速かつ低コストで非破壊的に特性評価する超音波浸漬パルス反射(UIPR)法を提案する。有限要素法(FEM)シミュレーションと実験的検証により、超音波測定システムの主要パラメータを最適化した。相関法を用いて、CTE値が大きく異なるLASガラスセラミックスサンプルの超音波縦波速度を測定した。提案手法は、0.49 m/sの超音波縦波速度測定不確かさを達成し、これは超音波CTE決定の全体的な不確かさに4.78 ppb/°C寄与する。調査したサンプルセットでは、超音波縦波速度と平均CTE(0〜50 °C)の間に負の関係が観察された。線形フィッティングは、相関係数-0.84303で、傾き-9.75736(ppb/°C)/(m/s)を示した。この非接触・非破壊手法は、CTE評価と材料製造プロセスの効率的な反復最適化のための強固な方法論的基盤を提供する。
- リチウムアルミノシリケート(LAS)超低膨張ガラスセラミックスの熱膨張係数(CTE)を非破壊で評価する超音波浸漬パルス反射(UIPR)法を提案し、FEMシミュレーションと実験で測定パラメータを最適化した
- 超音波縦波速度の測定不確かさ0.49 m/sを達成し、CTE決定の全体不確かさへの寄与は4.78 ppb/°C
- 超音波縦波速度と平均CTE(0〜50 °C)の間に負の相関(相関係数-0.84303、傾き-9.75736 (ppb/°C)/(m/s))を確認
- 非接触・非破壊手法によりCTE評価と材料製造プロセスの反復最適化を効率化できる方法論的基盤を提示
LAS超低膨張ガラスセラミックスは半導体露光装置のミラー基材や精密光学、電子部品の基板など熱膨張管理が歩留まりを左右する用途で使われる素材。本研究は超音波浸漬パルス反射法という非破壊・低コストのCTE評価手法を確立し、縦波速度の測定不確かさ0.49 m/s、CTE換算で4.78 ppb/°Cという水準を達成した点が実務的に重要。破壊試験なしで全数に近い検査と製造プロセスの反復最適化が可能になれば、材料メーカーの検査コストとリードタイム削減、品質安定化に直結しうる。ただし現段階はサンプル数限定的な実証研究であり、装置・検査サービスとしての事業化や採用時期は未見のため、材料・計測装置各社の動向を継続的に確認したい。