JP2009545670A - 表面改質プロセスおよび装置 - Google Patents
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Abstract
Description
WO2004/083484A1は、ナノ結晶質のダイヤモンドライク物質を、CVD技術によって基材上に堆積させる可能性、特に、印刷回路基板用フライスの表面に、これらのスタンダードライクカーボン層を得るための化学蒸着技術を開示している。
i)カーボンに対する親和性を有する物質を含む基材を準備し、
ii)該基材の表面を洗浄し、
iii)金属界面層を堆積し、実質的に金属イオンを含む濾過イオン源によって前記表面上に層を形成し、
iv)該コーティングされた表面にイオン衝撃を加え、
v)チタンコートされた表面上にカーボンDLC層を堆積する、
を備え、カーボンの基材上に耐摩耗層を備えた基材をコーティングするためのプロセスによって解決される。
i) 金属濾過アークイオン源;
ii)カーボンイオン濾過アーク源、好ましくは、電気的な又はレーザーの着火を備えたもの;
iii)イオン銃、好ましくは低エネルギーイオン銃;
iv)赤外線加熱器;
v)冷却チャンバー、
を含む複数の機器を備え、基材をダイヤモンドライクカーボン層でコーティングするための装置によって解決される。
http://www.uniontool.co.jp/English/tech_02.html.
試験を実施するため、球形の端部を有するインテンダー(indenter)が、ビデオマイクロスコープを用いてドリルの端部に配置された。累進的な応力“負荷”は、ドリルが破壊されるまで適用された(約20mN/sec)。この期間中、インテンダーの垂直な変位のみならず、作用した応力が、時間の関数として記録された。図5に示されたように、初め、負荷が小さい場合、適用した応力と変位との間には線形的な依存性があり、該基材が変形する弾性的な領域に対応している。その傾斜およびその長さは、該基材の弾性特性に依存する。そして、負荷が増加すると、基材物質の硬化されたワーク(work)に対応して、非線形的な範囲が観測される。可塑性変形に対応する所定の値の後、破壊が起こる。試験雰囲気:空気;温度:24℃;湿度:30%。試験の状況、特に、適用される応力の軸に対するドリルの軸方向の固定位置(溝の位置)が、該試験下の全てのドリルに対して同じとすべきであることに注意することが重要である。
Claims (34)
- 複数の機器、すなわち:
i)金属濾過アークイオン源
ii)カーボンイオンパルス濾過アーク源、又はレーザー点火カーボン源
iii)低エネルギー銃
iv)赤外線加熱器
v)冷却器
を備えた、ダイヤモンドライク層を基材にコーティングするための装置。 - 前記金属源が、パルス又は非パルス濾過アークイオン源であることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記カーボン源が、パルス濾過又は非濾過アークイオン源であることを特徴とする請求項1又は2記載の装置。
- 前記カーボン源が、マクロ粒子の濾過レベルを調整可能とし、濾過された、部分的に濾過された、又は濾過されないカーボンイオン流が得られるパルスアーク源であることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 前記カーボンイオン流の濾過レベルが、堆積プロセス中に調整されうることを特徴とする請求項4記載の装置。
- 前記カーボン源が、軸回りに回転する円筒形状の黒鉛カソードを含み、該陰極スポットがその周上を垂直に移動可能であることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 前記カーボン源が、1〜15Hz、好ましくは1〜5Hzの周波数範囲であり、電気的に点火されたパルスアークカーボン源であることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 前記カーボン源が、電気的点火を備え、垂直に積み重ねられた少なくとも2つのパルスアーク源であり、堆積領域が最大高さを提供しうるものであることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- さらに、二重回転サンプル容器、又は一重回転のサンプル容器を備えることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 前記基材が、前記イオン源からのイオン流に平行に配置され、又は該基材がその長手方向軸を前記イオン流に対して90°未満の角度で配置されることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 前記基材が、鉄、バナジウム、タングステン、クロム、ニッケル、ニオブ、タンタル、シリカ(silicium)又はこれらの合金、酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、チタン化物、および、金属、鋼、セラミックスおよびプラスチックから選択される1又はそれ以上であることを特徴とする上記請求項の何れか1つに記載の装置。
- 下記ステップ
i)カーボンに親和性を有する物質を含有した基材の準備
ii)該基材の表面のイオン衝撃
iii)実質的にチタンイオンを含む濾過イオンビームで前記表面上への金属層の堆積
iv)該コートされた表面のイオン衝撃
v)該表面上へのカーボン層の堆積
を備え、カーボンの土台上に耐摩耗性を有する層を備えた、基材をコーティングするためのプロセス。 - 前記ステップiv)の前に、前記基材を100℃未満に冷却することを特徴とする請求項12記載のプロセス。
- 前記基材が金属性基材又は非金属性基材であることを特徴とする請求項12又は13記載のプロセス。
- 前記金属基材の金属が、鉄、クロム、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、タンタル、又はその合金の群より選択された1又はそれ以上であることを特徴とする請求項14記載のプロセス。
- 前記基材がセラミック基材であることを特徴とする請求項12又は13記載のプロセス。
- 前記基材が、鉄、クロム、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニッケル、ニオブ、タンタルのうち1又はそれ以上の、酸化物、窒化物、炭化物、ケイ化物、タンタル化物を含むことを特徴とする請求項16記載のプロセス。
- 前記イオン衝撃が、希ガスイオンにより実施されることを特徴とする請求項12〜17の何れか1つに記載のプロセス。
- 前記希ガスがアルゴン又はキセノンであることを特徴とする請求項18記載のプロセス。
- 前記カーボンの堆積の前に、さらにイオン衝撃が実施されることを特徴とする請求項12〜19の何れか1つに記載のプロセス。
- 前記カーボンの堆積が、実質的にカーボン原子を含む、パルス濾過又は非濾過のイオンビームにより実施されることを特徴とする請求項12〜20の何れか1つに記載のプロセス。
- 前記カーボンの堆積が、一定のパルス、又は1〜15Hzの間で可変の周波数により実施されることを特徴とする請求項12〜21の何れか1つに記載のプロセス。
- 前記カーボン移植領域の厚みが、5〜50ナノメートルであることを特徴とする請求項12〜22の何れか1つに記載のプロセス。
- 前記基材表面上の前記DLC層の厚みが20〜1500ナノメートルであることを特徴とする請求項12〜22の何れか1つに記載のプロセス。
- さらに、炭化水素含有の気体が、低圧化の前記真空堆積チャンバーに導入されることを特徴とする請求項12〜23の何れか1つに記載のプロセス。
- 堆積の際、カーボンフィルム中の応力緩和を制御するために、前記パルスアークの周波数及び/又はマクロ粒子濾過のレベルが、前記プロセス中で変動されることを特徴とする請求項12〜25の何れか1つに記載のプロセス。
- 基材表面上にチタン層と、該チタン層上に配されたダイヤモンドライクカーボンの層とを有し、該カーボン層および該チタン層が部分的に重複し、該カーボン層が、炭素原子濃度0〜100%の勾配を有することを特徴とする基材。
- 前記チタン層の厚みが、50から250ナノメートルであることを特徴とする請求項27記載の基材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボン層の厚みが、20から1500ナノメートルであることを特徴とする請求項27又は28記載の基材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボン層が、非晶質カーボン複合体(matrix)であることを特徴とする請求項29記載の基材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボンコーティングが、各単一の層が、異なる又は交互のsp2/sp3炭素比率を有するような複層構造を有するものであることを特徴とする請求項30記載の基材。
- 前記ダイヤモンドライクカーボンが、同一基材中の異なる場所に、非晶質;非晶質およびナノダイヤモンド;およびナノグラファイトのクラスターを含んだ異なる微細構造を有することを特徴とする請求項31記載の基材。
- 前記基材がドリル、又は時計部品、又は木材や木材派生品の切断工具、又はアルミ、銅、および非鉄材料およびプラスチック機械用の切断工具、又はマイクロエレクトロ機械システム部品であることを特徴とする請求項27から32の何れか一つに記載の基材。
- 前記基材が、4%から12%のCoを含むWC−Coの、及び/又は0.3mmよりも小さい直径を有する微細ドリルであることを特徴とする請求項25から29の何れか一つに記載の基材。
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