JP2014088024A - 四面体炭素層および軟質外層を備える層状構造によって被覆された基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】層状構造は、金属基板11に堆積された中間層14と、中間層に堆積された非晶質炭素層16と、を備える。非晶質炭素層16は、200GPaよりも低いヤング率を有し、非晶質水素化炭素層又はダイヤモンド状ナノコンポジット(DLN)層から構成され、厚みが0.5〜3μmである。中間層14は、200〜800GPaのヤング率であり、硬度は20〜80GPaであり、四面体炭素のsp3結合が50〜90%であり、少なくとも一種の金属でドープされている四面体炭素層から構成される。
【効果】前記四面体炭素皮膜に被覆された金属基板は、被接触体の磨耗を低減させる。
【選択図】図1
Description
率のsp3結合炭素を有するが、a−C皮膜またはa−C:H皮膜のような非晶質炭素皮
膜は、低比率のsp3結合および高比率のsp2結合を有する。
四面体炭素層は、200GPaよりも高いヤング率を有する。好ましくは、ヤング率は、200GPaから800GPaの範囲内にある。さらに好ましくは、四面体炭素層は、少なくとも300GPa、例えば、400GPa、500GPa、または600GPaのヤング率を有する。
%から90%の範囲内、例えば、80%である。
非晶質炭素層は、200GPaよりも低いヤング率を有する。
合炭素を有する。さらに好ましくは、sp3結合炭素の比率は、30%よりも低い。
基板は、柔軟性または剛性のいずれかを有するどのような金属基板から構成されてもよい。基板の例として、鋼基板、硬質金属基板、アルミニウム基板またはアルミニウム合金基板、チタン基板またはチタン合金基板、および銅基板または銅合金基板が挙げられる。
本発明の実施形態によれば、層状構造は、付着促進層を備えてもよい。この付着促進層は、中間層の堆積の前に、金属基板に堆積される。
本発明の他の実施形態によれば、層状構造は、上層をさらに備えてもよい。この上層は、非晶質炭素層に堆積される。
−四面体炭素皮膜によって被覆された金属基板を設けるステップと、
−前記四面体炭素皮膜の上に非晶質炭素層を施すステップであって、前記非晶質炭素層は、四面体炭素層の硬度よりも低い硬度を有するステップと、
を含むことを特徴とする。
−金属基板10に堆積された中間層14であって、四面体炭素層から構成される中間層14と、
−中間層14に堆積された非晶質炭素層16であって、水素化非晶質炭素(a−C:H)層から構成される非晶質炭素層16と、
を備えている。
−金属基板に堆積された付着促進層23であって、例えば、クロム層またはクロム基層またはチタン層またはチタン基層から構成される付着促進層23と、
−付着促進層23に堆積された中間層24であって、四面体炭素層から構成される中間層24と、
−中間層24に堆積された非晶質炭素層26であって、水素化非晶質炭素(a−C:H)層から構成される非晶質炭素層26と、
を備えている。
〔請求項1〕
層状構造によって少なくとも部分的に被覆された金属基板であって、前記層状構造が、前記基板に堆積された中間層と、前記中間層に堆積された非晶質炭素層とを備え、前記非晶質炭素層が200GPaよりも低いヤング率を有し、前記中間層が200GPaよりも高いヤング率を有する四面体炭素層から構成されることを特徴とする金属基板。
〔請求項2〕
前記層状構造が、多数の繰返し単位を備え、各繰返し単位が、200GPaよりも高いヤング率を有する少なくとも1つの四面体炭素層から構成される中間層と、200GPaよりも低いヤング率を有する非晶質炭素層とを備え、前記繰返し単位の数が、2から100の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の基板。
〔請求項3〕
前記四面体炭素層が、200GPaから800GPaの範囲内にあるヤング率を有することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の基板。
〔請求項4〕
前記四面体炭素層が、20GPaよりも高い硬度を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の基板。
〔請求項5〕
前記四面体炭素層が、30%よりも高い比率のsp3結合炭素を有することを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかに記載の基板。
〔請求項6〕
前記四面体炭素層が、非水素化四面体炭素(ta−C)および水素化四面体炭素(ta−C:H)からなる群から選択されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の基板。
〔請求項7〕
前記四面体炭素層に、少なくとも一種の金属がドープされることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の基板。
〔請求項8〕
前記非晶質炭素層が、非晶質水素化炭素(a−C:H)、およびSiおよびOをさらに含む非晶質水素化炭素(a−C:H)からなる群から選択されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の基板。
〔請求項9〕
SiおよびOをさらに含む前記非晶質炭素層が、2つの相互貫入ネットワーク、具体的には、水素によって安定化されたダイヤモンド状炭素ネットワーク内の主にsp3結合炭
素からなる第1のネットワークおよび酸素によって安定化された珪素からなる第2のネットワークを含むことを特徴とする請求項8に記載の基板。
〔請求項10〕
前記非晶質炭素層に、少なくとも一種の金属がドープされることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の基板。
〔請求項11〕
前記層状構造が、前記中間層の堆積の前に前記基板に堆積された付着促進層を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の基板。
〔請求項12〕
前記付着促進層が、少なくとも1つの層を備え、前記少なくとも1つの層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項11に記載の基板。
〔請求項13〕
前記中間層が、少なくとも1つの金属層を含み、前記金属層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項11あるいは12に記載の基板。
〔請求項14〕
前記中間層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、および酸化炭窒化物からなる群から選択される少なくとも1つの層から構成されることを特徴とする請求項11あるいは12に記載の基板。
〔請求項15〕
前記中間層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群から選択される金属の少なくとも1つの金属層と、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群から選択される金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、および酸化炭窒化物の少なくとも1つの層と、の組合せから構成されることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載の基板。
〔請求項16〕
前記層状構造が、上層をさらに備え、前記上層が、前記非晶質炭素層に堆積されることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の基板。
〔請求項17〕
四面体炭素皮膜によって被覆された金属基板による被接触体の磨耗を低減させる方法であって、
−四面体炭素皮膜によって被覆された金属基板を設けるステップと、
−前記四面体炭素皮膜の上に非晶質炭素層を施すステップであって、前記非晶質炭素層が前記四面体炭素層の硬度よりも低い硬度を有するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
〔請求項18〕
前記非晶質炭素層の硬度が、四面体炭素層の硬度と等しいかまたは近い硬度から前記四面体炭素層よりも低い硬度まで徐々に変化することを特徴とする請求項17に記載の方法。
11 金属基板
12 層状構造
14 中間層
16 非晶質炭素層
20 被覆金属基板
21 金属基板
22 層状構造
23 付着促進層
24 中間層
26 非晶質炭素層
27 上層
30 被覆金属基板
31 金属基板
32 層状構造
33 繰返し単位
34 中間層
36 非晶質炭素層
37 上層
Claims (18)
- 層状構造によって少なくとも部分的に被覆された金属基板であって、前記層状構造が、前記基板に堆積された中間層と、前記中間層に堆積された非晶質炭素層とを備え、前記非晶質炭素層が200GPaよりも低いヤング率を有し、前記中間層が200GPaよりも高いヤング率を有する四面体炭素層から構成されることを特徴とする金属基板。
- 前記層状構造が、多数の繰返し単位を備え、各繰返し単位が、200GPaよりも高いヤング率を有する少なくとも1つの四面体炭素層から構成される中間層と、200GPaよりも低いヤング率を有する非晶質炭素層とを備え、前記繰返し単位の数が、2から100の範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の基板。
- 前記四面体炭素層が、200GPaから800GPaの範囲内にあるヤング率を有することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の基板。
- 前記四面体炭素層が、20GPaよりも高い硬度を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の基板。
- 前記四面体炭素層が、30%よりも高い比率のsp3結合炭素を有することを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかに記載の基板。 - 前記四面体炭素層が、非水素化四面体炭素(ta−C)および水素化四面体炭素(ta−C:H)からなる群から選択されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の基板。
- 前記四面体炭素層に、少なくとも一種の金属がドープされることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の基板。
- 前記非晶質炭素層が、非晶質水素化炭素(a−C:H)、およびSiおよびOをさらに含む非晶質水素化炭素(a−C:H)からなる群から選択されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の基板。
- SiおよびOをさらに含む前記非晶質炭素層が、2つの相互貫入ネットワーク、具体的には、水素によって安定化されたダイヤモンド状炭素ネットワーク内の主にsp3結合炭
素からなる第1のネットワークおよび酸素によって安定化された珪素からなる第2のネットワークを含むことを特徴とする請求項8に記載の基板。 - 前記非晶質炭素層に、少なくとも一種の金属がドープされることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の基板。
- 前記層状構造が、前記中間層の堆積の前に前記基板に堆積された付着促進層を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の基板。
- 前記付着促進層が、少なくとも1つの層を備え、前記少なくとも1つの層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項11に記載の基板。
- 前記中間層が、少なくとも1つの金属層を含み、前記金属層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項11あるいは12に記載の基板。
- 前記中間層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群の少なくとも1つの元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、および酸化炭窒化物からなる群から選択される少なくとも1つの層から構成されることを特徴とする請求項11あるいは12に記載の基板。
- 前記中間層が、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群から選択される金属の少なくとも1つの金属層と、珪素、および周期律表の第IV属Bの元素、第V属Bの元素、および第VI属Bの元素からなる群から選択される金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化炭化物、酸化窒化物、および酸化炭窒化物の少なくとも1つの層と、の組合せから構成されることを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載の基板。
- 前記層状構造が、上層をさらに備え、前記上層が、前記非晶質炭素層に堆積されることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の基板。
- 四面体炭素皮膜によって被覆された金属基板による被接触体の磨耗を低減させる方法であって、
−四面体炭素皮膜によって被覆された金属基板を設けるステップと、
−前記四面体炭素皮膜の上に非晶質炭素層を施すステップであって、前記非晶質炭素層が前記四面体炭素層の硬度よりも低い硬度を有するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記非晶質炭素層の硬度が、四面体炭素層の硬度と等しいかまたは近い硬度から前記四面体炭素層よりも低い硬度まで徐々に変化することを特徴とする請求項17に記載の方法。
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