JP2526698B2 - 窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法 - Google Patents
窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、切削工具，金型，磁気ヘッド等の機械・
機構部品の表面に硬質の窒化ホウ素薄膜を被覆すること
により、耐摩耗性の向上，焼き付き防止，摺動性等を向
上する窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法に関する
ものである。
機構部品の表面に硬質の窒化ホウ素薄膜を被覆すること
により、耐摩耗性の向上，焼き付き防止，摺動性等を向
上する窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法に関する
ものである。
窒化ホウ素（以下、BNと略す）は、結晶構造によって
立方晶系閃亜鉛鉱型窒化ホウ素（以下、ｃ−BNと略
す），六方晶系グラファイト型窒化ホウ素（以下、ｈ−
BNと略す），六方晶系ウルツ鉱型窒化ホウ素（以下、ｗ
−BNと略す）の３種類に大別できる。
立方晶系閃亜鉛鉱型窒化ホウ素（以下、ｃ−BNと略
す），六方晶系グラファイト型窒化ホウ素（以下、ｈ−
BNと略す），六方晶系ウルツ鉱型窒化ホウ素（以下、ｗ
−BNと略す）の３種類に大別できる。
ｃ−BNは、ダイヤモンドに次ぐ高硬度を有しており熱
的・光学的安定性にも優れていることから切削工具等の
耐摩耗性を必要とする分野に応用されている。また、絶
縁性や高熱伝導性を生かしたヒートシンク用材料等の用
途にも期待されている。さらに、ｗ−BNもｃ−BNと同様
に優れた化学的安定性，熱衝撃性または高硬度という特
徴を生かして、耐摩耗性を必要とする分野に応用されて
いる。
的・光学的安定性にも優れていることから切削工具等の
耐摩耗性を必要とする分野に応用されている。また、絶
縁性や高熱伝導性を生かしたヒートシンク用材料等の用
途にも期待されている。さらに、ｗ−BNもｃ−BNと同様
に優れた化学的安定性，熱衝撃性または高硬度という特
徴を生かして、耐摩耗性を必要とする分野に応用されて
いる。
しかし、現在のところｃ−BNやｗ−BNを得るために
は、共に高温度・高圧力の下で人工的に合成されなけれ
ばならず、従って、その製造コストは非常に高くなると
ともに、合成されるｃ−BNやｗ−BNの形態は、粒状，粉
状の固体のものしか得ることができないので、その応用
範囲も限定されている。そこで、ｃ−BNやｗ−BNを低温
度・低圧力の下で薄膜化する方法の研究が物理蒸着法
（PVD法）や化学蒸着法（CVD法）で盛んに行われてい
る。
は、共に高温度・高圧力の下で人工的に合成されなけれ
ばならず、従って、その製造コストは非常に高くなると
ともに、合成されるｃ−BNやｗ−BNの形態は、粒状，粉
状の固体のものしか得ることができないので、その応用
範囲も限定されている。そこで、ｃ−BNやｗ−BNを低温
度・低圧力の下で薄膜化する方法の研究が物理蒸着法
（PVD法）や化学蒸着法（CVD法）で盛んに行われてい
る。
たとえは、化学蒸着法（CVD法）では、薄膜を蒸着さ
せる基体を反応室に入れて1000℃近い温度に加熱した
後、ホウ素元素（Ｂ）を含むジボラン（Diborane:B
2H6）のガスや窒素元素（Ｎ）を含むアンモニウム（Amm
onia:NH3）のガス等の原料ガスを反応室に導入し、熱分
解反応させて基体の表面にBN薄膜を形成する。しかし、
この方法で基体としてたとえば高速度工具鋼を用いて、
その表面にBN薄膜を形成しようとしても、高速度工具鋼
は約600℃の温度で熱劣化するためにBN薄膜を形成する
ことができず、BN薄膜を形成する基体が限定されるとい
う欠点がある。また、この方法で形成されるBN薄膜は、
軟質のｈ−BNが主体の薄膜となり易く、ｃ−BNやｗ−BN
の持つ前述の特性が充分に生かされない。
せる基体を反応室に入れて1000℃近い温度に加熱した
後、ホウ素元素（Ｂ）を含むジボラン（Diborane:B
2H6）のガスや窒素元素（Ｎ）を含むアンモニウム（Amm
onia:NH3）のガス等の原料ガスを反応室に導入し、熱分
解反応させて基体の表面にBN薄膜を形成する。しかし、
この方法で基体としてたとえば高速度工具鋼を用いて、
その表面にBN薄膜を形成しようとしても、高速度工具鋼
は約600℃の温度で熱劣化するためにBN薄膜を形成する
ことができず、BN薄膜を形成する基体が限定されるとい
う欠点がある。また、この方法で形成されるBN薄膜は、
軟質のｈ−BNが主体の薄膜となり易く、ｃ−BNやｗ−BN
の持つ前述の特性が充分に生かされない。
さらに、物理蒸着法（PVD法）においても、ホウ素を
窒素ガス雰囲気中でスパッタリングし、基体の表面にBN
薄膜を形成する反応性スパッタリング法等が試みられた
が、この方法においても化学蒸着法（CVD法）と同様に
ｈ−BNが主体の薄膜しか得られない。
窒素ガス雰囲気中でスパッタリングし、基体の表面にBN
薄膜を形成する反応性スパッタリング法等が試みられた
が、この方法においても化学蒸着法（CVD法）と同様に
ｈ−BNが主体の薄膜しか得られない。
そこで近年、イオンやプラズマを用いて低温度・低圧
力の条件の下でｃ−BNやｗ−BNの薄膜を形成しようとい
う試みが活発にも行われている。たとえば、ホウ素の真
空蒸着と同時に窒素のイオン照射を行い基体の表面にBN
薄膜を形成することが特開昭58−2022号公報に提案され
ている。この方法によれば、基体を特に加熱することな
く、ｃ−BNやｗ−BNの薄膜を形成することができる。そ
のうえ、イオンと蒸着原子との衝突，反跳により、イオ
ンとともに蒸着原子が基体表面層の内部に注入されて新
たな混合層が基体とBN薄膜との間に形成されBN薄膜の密
着性が大きく向上するという利点を有している。
力の条件の下でｃ−BNやｗ−BNの薄膜を形成しようとい
う試みが活発にも行われている。たとえば、ホウ素の真
空蒸着と同時に窒素のイオン照射を行い基体の表面にBN
薄膜を形成することが特開昭58−2022号公報に提案され
ている。この方法によれば、基体を特に加熱することな
く、ｃ−BNやｗ−BNの薄膜を形成することができる。そ
のうえ、イオンと蒸着原子との衝突，反跳により、イオ
ンとともに蒸着原子が基体表面層の内部に注入されて新
たな混合層が基体とBN薄膜との間に形成されBN薄膜の密
着性が大きく向上するという利点を有している。
しかしながら上記のような方法で得られたｃ−BNやｗ
−BNの薄膜は、特に金属との親和性（濡れ性）が悪いた
めに、基体に金属を用いた場合には薄膜の密着力が弱
く、実用上十分に耐えるものが得られ難い傾向がある。
また、BN薄膜で被覆された基体を高温度の下にさらした
場合、BN薄膜と基体との熱膨張係数の違いや薄膜中の内
部応力によりBN薄膜が剥離し易い。さらに、基体とBN薄
膜との格子定数の違いにより生じるBN薄膜内部の内部応
力の増加による薄膜の剥離やｃ−BNの結晶成長の妨げ等
という問題を有している。
−BNの薄膜は、特に金属との親和性（濡れ性）が悪いた
めに、基体に金属を用いた場合には薄膜の密着力が弱
く、実用上十分に耐えるものが得られ難い傾向がある。
また、BN薄膜で被覆された基体を高温度の下にさらした
場合、BN薄膜と基体との熱膨張係数の違いや薄膜中の内
部応力によりBN薄膜が剥離し易い。さらに、基体とBN薄
膜との格子定数の違いにより生じるBN薄膜内部の内部応
力の増加による薄膜の剥離やｃ−BNの結晶成長の妨げ等
という問題を有している。
この発明の目的は、形成されるBN薄膜の硬度が高いこ
とはもちろんのこと、基体との密着力が高く高温度の条
件の下でも剥離することがなく、ｃ−BN構造の窒化ホウ
素を多く含むBN薄膜を得るとともに、ｃ−BNの薄膜の結
晶成長を妨げない窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方
法を提供することである。
とはもちろんのこと、基体との密着力が高く高温度の条
件の下でも剥離することがなく、ｃ−BN構造の窒化ホウ
素を多く含むBN薄膜を得るとともに、ｃ−BNの薄膜の結
晶成長を妨げない窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方
法を提供することである。
この発明の請求項（１）の窒化ホウ素薄膜被覆基体
は、立方晶系の結晶構造を有する窒化ホウ素（BN）薄膜
を被覆した基体において、前記窒化ホウ素（BN）薄膜中
のホウ素原子と窒素原子との粒子数の比が前記窒化ホウ
素（BN）薄膜の表面から前記基体の表面に移行するに従
い断続的または連続的に増加していることを特徴とする
ものである。
は、立方晶系の結晶構造を有する窒化ホウ素（BN）薄膜
を被覆した基体において、前記窒化ホウ素（BN）薄膜中
のホウ素原子と窒素原子との粒子数の比が前記窒化ホウ
素（BN）薄膜の表面から前記基体の表面に移行するに従
い断続的または連続的に増加していることを特徴とする
ものである。
請求項（２）の窒化ホウ素薄膜被覆基体の製造方法
は、基体の表面に、ホウ素（Ｂ）元素を含有する物質の
蒸着と同時，交互または蒸着後に窒素（Ｎ）元素を含有
するイオンを照射し、形成される立方晶系の結晶構造を
有する窒化ホウ素（BN）薄膜のホウ素原子と窒素原子と
の粒子数の比を断続的または連続的に減少させながら形
成することを特徴とするものである。
は、基体の表面に、ホウ素（Ｂ）元素を含有する物質の
蒸着と同時，交互または蒸着後に窒素（Ｎ）元素を含有
するイオンを照射し、形成される立方晶系の結晶構造を
有する窒化ホウ素（BN）薄膜のホウ素原子と窒素原子と
の粒子数の比を断続的または連続的に減少させながら形
成することを特徴とするものである。
この発明の窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法の
BN薄膜形成装置の一例を第１図に基づいて説明する。
BN薄膜形成装置の一例を第１図に基づいて説明する。
真空装置内（図示せず）において、ホルダ１に基体２
が固定されている。この基体２の下方には電子ビーム，
レーザ線または高周波等により高温度に加熱することの
できる蒸発源３が設けられている。この蒸発源３の中に
はホウ素単体，ホウ素酸化物，またはホウ素窒化物等よ
りなるホウ素（Ｂ）元素を含有する蒸発物質４が入れら
れている。また、基体２に正対する方向にはカウフマン
型やプラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場を用いたバ
ケット型等のイオン源５が設けられている。
が固定されている。この基体２の下方には電子ビーム，
レーザ線または高周波等により高温度に加熱することの
できる蒸発源３が設けられている。この蒸発源３の中に
はホウ素単体，ホウ素酸化物，またはホウ素窒化物等よ
りなるホウ素（Ｂ）元素を含有する蒸発物質４が入れら
れている。また、基体２に正対する方向にはカウフマン
型やプラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場を用いたバ
ケット型等のイオン源５が設けられている。
このイオン源５は、窒素元素よりなるガスまたは窒素
元素よりなるガスと不活性ガス元素よりなるガスとを混
合した気体等をイオン化し、窒素（Ｎ）元素を含有する
イオン６として基体２の表面に照射する装置である。さ
らに、真空装置内には、膜厚計７と電流測定器８とが配
置されている。
元素よりなるガスと不活性ガス元素よりなるガスとを混
合した気体等をイオン化し、窒素（Ｎ）元素を含有する
イオン６として基体２の表面に照射する装置である。さ
らに、真空装置内には、膜厚計７と電流測定器８とが配
置されている。
この膜厚計７は、基体２の表面に蒸着積層される蒸着
物質４の膜厚ならびにホウ素原子の粒子数を計測するた
めのものであり、例えば、水晶振動子を使用した振動型
膜厚計等である。また、電流測定器は、基体２に照射さ
れるイオン６の窒素イオンの量を計測するためのもので
あり、例べば、ファラデーカップのような２次電子抑制
電極を持つカップ型構造のイオンビーム電流量測定器等
である。
物質４の膜厚ならびにホウ素原子の粒子数を計測するた
めのものであり、例えば、水晶振動子を使用した振動型
膜厚計等である。また、電流測定器は、基体２に照射さ
れるイオン６の窒素イオンの量を計測するためのもので
あり、例べば、ファラデーカップのような２次電子抑制
電極を持つカップ型構造のイオンビーム電流量測定器等
である。
上記のような構成において、蒸発源３からホウ素元素
（Ｂ）を含有する物質を基体２の表面に蒸着すると同
時，交互または蒸着後にイオン源５から窒素元素（Ｎ）
を含有するイオン６を照射する。このとき、基体２の表
面に形成されるBN薄膜中のホウ素原子と窒素原子との粒
子数の日（以下、B/N比と略す）が、BN薄膜の表面から
基体２の表面側へ移行するに従い連続的または断続的に
増加するように膜厚計7,電流測定器８で蒸着物質４の蒸
着量とイオン６の照射量とを測定制御しながら形成す
る。具体的には、BN薄膜の形成し始めは、形成されるBN
薄膜のB/N比が４〜60の範囲になるように制御して基体
２の表面にBN薄膜を形成し始め、その後積層されるBN薄
膜のB/N比が連続的または断続的に減少していくように
制御し、最終的に形成されるBN薄膜の表面のB/N比が１
〜10になるようにする。このB/N比の値は、BN薄膜の形
成し始めでB/N比が４〜60の範囲を逸脱した場合、BN薄
膜中の内部応力が大きいものとなり、基体２との密着性
に寄与しなくなる。また、形成されるBN薄膜の表面付近
のB/N比が１〜10の範囲を逸脱した場合、BN薄膜中のｃ
−BNの含有量が少なくなり、目的とする高硬度，熱的・
化学的に安定したBN薄膜が得られないからである。
（Ｂ）を含有する物質を基体２の表面に蒸着すると同
時，交互または蒸着後にイオン源５から窒素元素（Ｎ）
を含有するイオン６を照射する。このとき、基体２の表
面に形成されるBN薄膜中のホウ素原子と窒素原子との粒
子数の日（以下、B/N比と略す）が、BN薄膜の表面から
基体２の表面側へ移行するに従い連続的または断続的に
増加するように膜厚計7,電流測定器８で蒸着物質４の蒸
着量とイオン６の照射量とを測定制御しながら形成す
る。具体的には、BN薄膜の形成し始めは、形成されるBN
薄膜のB/N比が４〜60の範囲になるように制御して基体
２の表面にBN薄膜を形成し始め、その後積層されるBN薄
膜のB/N比が連続的または断続的に減少していくように
制御し、最終的に形成されるBN薄膜の表面のB/N比が１
〜10になるようにする。このB/N比の値は、BN薄膜の形
成し始めでB/N比が４〜60の範囲を逸脱した場合、BN薄
膜中の内部応力が大きいものとなり、基体２との密着性
に寄与しなくなる。また、形成されるBN薄膜の表面付近
のB/N比が１〜10の範囲を逸脱した場合、BN薄膜中のｃ
−BNの含有量が少なくなり、目的とする高硬度，熱的・
化学的に安定したBN薄膜が得られないからである。
そして、イオン６の照射エネルギの値は特に限定する
ものではないが、イオン一個当たり100KeV以下にするの
が好ましい。このことは、照射エネルギの値が100KeVよ
り大きくなると、イオン６の照射によって基体２あるい
はBN薄膜内部の結晶構造に損傷や欠陥が多く形成される
からである。
ものではないが、イオン一個当たり100KeV以下にするの
が好ましい。このことは、照射エネルギの値が100KeVよ
り大きくなると、イオン６の照射によって基体２あるい
はBN薄膜内部の結晶構造に損傷や欠陥が多く形成される
からである。
さらに、BN薄膜の薄膜形成工程の途中でイオン６の照
射エネルギの値を随時変更しても良い。たとえば基体２
の表面近傍にBN薄膜を形成するときに、基体２との密着
性を高めるために２〜100KeVの照射エネルギでイオン６
を照射して一定の膜厚のBN薄膜を形成した後、BN薄膜内
部の欠陥等を少なくするためにイオン６の照射エネルギ
を2KeV以下に下げてBN薄膜を積層して形成する方法を用
いても良い。
射エネルギの値を随時変更しても良い。たとえば基体２
の表面近傍にBN薄膜を形成するときに、基体２との密着
性を高めるために２〜100KeVの照射エネルギでイオン６
を照射して一定の膜厚のBN薄膜を形成した後、BN薄膜内
部の欠陥等を少なくするためにイオン６の照射エネルギ
を2KeV以下に下げてBN薄膜を積層して形成する方法を用
いても良い。
実施例１ 第１図に示して説明した装置において、高速度工具鋼
よりなる基体２をホルダ１に固定した後、ホウ素（純度
99％）を蒸発物質４として蒸発源３に配置して真空装置
の内部を２×10-6Torr以下の高真空に保持した。そし
て、蒸発源３を電子ビームで加熱して蒸発物質４を基体
２の表面に蒸着させると同時に、バケット型のイオン源
５に窒素ガス（純度99.999％）を導入して窒素のイオン
６を基体２の表面に照射した。
よりなる基体２をホルダ１に固定した後、ホウ素（純度
99％）を蒸発物質４として蒸発源３に配置して真空装置
の内部を２×10-6Torr以下の高真空に保持した。そし
て、蒸発源３を電子ビームで加熱して蒸発物質４を基体
２の表面に蒸着させると同時に、バケット型のイオン源
５に窒素ガス（純度99.999％）を導入して窒素のイオン
６を基体２の表面に照射した。
このとき、イオン６の照射エネルギを10KeVとし、形
成されるBN薄膜のB/N比が15になるように基体２に到達
するホウ素からなる蒸発物質４の粒子と窒素イオンから
なるイオン６との粒子数を膜厚計７および電流測定器８
で測定しながら制御して2000ÅのBN薄膜を形成した。
成されるBN薄膜のB/N比が15になるように基体２に到達
するホウ素からなる蒸発物質４の粒子と窒素イオンから
なるイオン６との粒子数を膜厚計７および電流測定器８
で測定しながら制御して2000ÅのBN薄膜を形成した。
さらに、イオン６の照射エネルギを10KeVのままで、
形成される薄膜のB/N比を３に減少して、基体２に到達
する蒸発物質４の粒子とイオン６の粒子とを制御して30
00ÅのBN薄膜を積層して形成し、最終的に5000ÅのBN薄
膜を得た。
形成される薄膜のB/N比を３に減少して、基体２に到達
する蒸発物質４の粒子とイオン６の粒子とを制御して30
00ÅのBN薄膜を積層して形成し、最終的に5000ÅのBN薄
膜を得た。
実施例２ 実施例１と同じ材料の基体2,蒸発物質４およびイオン
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を10Ke
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
15になるように制御して基体２の表面に2000ÅのBN薄膜
を形成した。
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を10Ke
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
15になるように制御して基体２の表面に2000ÅのBN薄膜
を形成した。
さらに、イオン６の照射エネルギを2KeVとし、形成さ
れるBN薄膜のB/N比を２に減少するように制御して3000
ÅのBN薄膜を積層して形成し、最終的に5000ÅのBN薄膜
を得た。
れるBN薄膜のB/N比を２に減少するように制御して3000
ÅのBN薄膜を積層して形成し、最終的に5000ÅのBN薄膜
を得た。
実施例３ 実施例１と同じ材料の基体2,蒸発物質４およびイオン
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を500e
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
10になるように制御して基体２の表面にBN薄膜の形成を
開始し、BN薄膜が200Åの厚さ積層する毎にB/N比を連続
的に１ずつ減少させて最終的に形成されるBN薄膜表面の
B/N比が１になるようにして2000ÅのBN薄膜を得た。
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を500e
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
10になるように制御して基体２の表面にBN薄膜の形成を
開始し、BN薄膜が200Åの厚さ積層する毎にB/N比を連続
的に１ずつ減少させて最終的に形成されるBN薄膜表面の
B/N比が１になるようにして2000ÅのBN薄膜を得た。
比較例１ 実施例１と同じ材料の基体2,蒸発物質４およびイオン
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を10Ke
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
３になるようにして基体２の表面にBN薄膜を形成して50
00ÅのBN薄膜を得た。
６を用いて蒸発物質４の蒸着と同時に、イオン６を10Ke
Vの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜のB/N比が
３になるようにして基体２の表面にBN薄膜を形成して50
00ÅのBN薄膜を得た。
比較例２ 実施例１と同様に、蒸発物質４の蒸着と同時にイオン
６を500eVの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜
のB/N組成比が１になるようにして基体２の表面にBN薄
膜を形成して2000ÅのBN薄膜を得た。
６を500eVの照射エネルギで照射し、形成されるBN薄膜
のB/N組成比が１になるようにして基体２の表面にBN薄
膜を形成して2000ÅのBN薄膜を得た。
以上の条件で製造したBN薄膜の結晶構造を確認するた
めに、フーリエ変換型赤外分光分析装置（FT−IR）で各
BN薄膜の赤外吸収スペクトル測定し、その結果を次表に
示す。また、各BN薄膜の硬度を微小ビッカース硬度計
（荷重10g）で測定した数値と、密着性をAEセンサ付自
動スクラッチ試験機で測定した数値とを合わせ比較して
次表と示す。なお、AEセンサ付自動スクラッチ試験機に
よる密着性の試験条件は、連続荷重１〜60〔Ｎ〕（1N＝
0.10197kg）を一定速度でかけながらBN薄膜をスクラッ
チして、AE信号が急激に立ち上がる荷重を臨界荷重（L
c）とし、この臨界荷重（Lc）の大きさで密着性を比較
した。
めに、フーリエ変換型赤外分光分析装置（FT−IR）で各
BN薄膜の赤外吸収スペクトル測定し、その結果を次表に
示す。また、各BN薄膜の硬度を微小ビッカース硬度計
（荷重10g）で測定した数値と、密着性をAEセンサ付自
動スクラッチ試験機で測定した数値とを合わせ比較して
次表と示す。なお、AEセンサ付自動スクラッチ試験機に
よる密着性の試験条件は、連続荷重１〜60〔Ｎ〕（1N＝
0.10197kg）を一定速度でかけながらBN薄膜をスクラッ
チして、AE信号が急激に立ち上がる荷重を臨界荷重（L
c）とし、この臨界荷重（Lc）の大きさで密着性を比較
した。
このように、実施例１および実施例２においては、ホ
ウ素を蒸発物質４として蒸着すると同時に窒素ガスイオ
ンをイオン６として、その照射エネルギならびにB/N比
の値を各々10KeV,15としてBN薄膜を2000Å積層した後、
実施例１ではイオン６の照射エネルギの値は10KeVのま
まで、B/N比の値を断続して３に減少させて3000ÅのBN
薄膜を積層して形成し、実施例２ではイオン６の照射エ
ネルギの値を2KeV、B/N比の値を断続して２に減少させ
て3000ÅのBN薄膜を積層してそれぞれ厚さ5000ÅのBN薄
膜を形成した。また、実施例３においては、BN薄膜を形
成する条件として始めにホウ素を蒸発物質４として蒸着
すると同時に、窒素ガスのイオンをイオン６として、そ
の照射エネルギを500eV,B/N比を10としてBN薄膜を積層
させ始め、BN薄膜が200Å積層する毎にB/N比を１ずつ連
続して減少させながら最終的にBN薄膜の表面のB/N比が
１になるように2000ÅのBN薄膜を形成した。
ウ素を蒸発物質４として蒸着すると同時に窒素ガスイオ
ンをイオン６として、その照射エネルギならびにB/N比
の値を各々10KeV,15としてBN薄膜を2000Å積層した後、
実施例１ではイオン６の照射エネルギの値は10KeVのま
まで、B/N比の値を断続して３に減少させて3000ÅのBN
薄膜を積層して形成し、実施例２ではイオン６の照射エ
ネルギの値を2KeV、B/N比の値を断続して２に減少させ
て3000ÅのBN薄膜を積層してそれぞれ厚さ5000ÅのBN薄
膜を形成した。また、実施例３においては、BN薄膜を形
成する条件として始めにホウ素を蒸発物質４として蒸着
すると同時に、窒素ガスのイオンをイオン６として、そ
の照射エネルギを500eV,B/N比を10としてBN薄膜を積層
させ始め、BN薄膜が200Å積層する毎にB/N比を１ずつ連
続して減少させながら最終的にBN薄膜の表面のB/N比が
１になるように2000ÅのBN薄膜を形成した。
この場合、いずれの実施例で得られたBN薄膜の赤外吸
収スペクトルにも1080cm-1の波数が確認されることか
ら、ｃ−BN構造の窒化ホウ素を含み、硬度が5300（kg/m
m2）以上と高く、基体２との密着性においても32〔Ｎ〕
（1N＝0.10197kg）以上と高い値となる。
収スペクトルにも1080cm-1の波数が確認されることか
ら、ｃ−BN構造の窒化ホウ素を含み、硬度が5300（kg/m
m2）以上と高く、基体２との密着性においても32〔Ｎ〕
（1N＝0.10197kg）以上と高い値となる。
この実施例１〜３の結果に対し、各比較例は、BN薄膜
を積層して形成するときのB/N比の値を断続的または連
続的に減少させることなく、比較例１ではその値を3,比
較例２ではその値を１で一定としてBN薄膜を形成した。
を積層して形成するときのB/N比の値を断続的または連
続的に減少させることなく、比較例１ではその値を3,比
較例２ではその値を１で一定としてBN薄膜を形成した。
よって、比較例1,2で得られたBN薄膜の赤外吸収スペ
クトルには1380cm-1と780cm-1の吸収ピークしか確認さ
れず、1080cm-1の波数が確認されないことから、ｈ−BN
構造の窒化ホウ素しか含まれず、硬度が2200（kg/mm2）
以下と低い。また、基体２との密着性においても8,12
〔Ｎ〕（1N＝0.10197kg）の低い値となる。
クトルには1380cm-1と780cm-1の吸収ピークしか確認さ
れず、1080cm-1の波数が確認されないことから、ｈ−BN
構造の窒化ホウ素しか含まれず、硬度が2200（kg/mm2）
以下と低い。また、基体２との密着性においても8,12
〔Ｎ〕（1N＝0.10197kg）の低い値となる。
また、各実施例および比較例でBN薄膜を形成した基体
２を温度120℃の大気雰囲気中に1000時間放置させた
後、前述と同様の方法で密着性を測定した結果、実施例
１〜３で形成したBN薄膜は、臨界荷重（Lc）の値が全く
変化しなかったのに対し、比較例1,2で形成したBN薄膜
は、臨界荷重（Lc）の値が０〔Ｎ〕となった。このよう
に、実施例１〜３で形成したBN薄膜は、経時変化（耐剥
離性）においても優れた密着性を示す。
２を温度120℃の大気雰囲気中に1000時間放置させた
後、前述と同様の方法で密着性を測定した結果、実施例
１〜３で形成したBN薄膜は、臨界荷重（Lc）の値が全く
変化しなかったのに対し、比較例1,2で形成したBN薄膜
は、臨界荷重（Lc）の値が０〔Ｎ〕となった。このよう
に、実施例１〜３で形成したBN薄膜は、経時変化（耐剥
離性）においても優れた密着性を示す。
この発明の請求項（１）の窒化ホウ素薄膜被覆基体
は、基体に被覆された窒化ホウ素（BN）薄膜中のホウ素
原子と窒素原子との粒子数の比が、窒化ホウ素（BN）薄
膜の表面から基体の表面に移行するに従い断続的または
連続的に増加しているので、硬度が高く、基体との密着
性に優れている。
は、基体に被覆された窒化ホウ素（BN）薄膜中のホウ素
原子と窒素原子との粒子数の比が、窒化ホウ素（BN）薄
膜の表面から基体の表面に移行するに従い断続的または
連続的に増加しているので、硬度が高く、基体との密着
性に優れている。
請求項（２）の窒化ホウ素薄膜被覆基体の製造方法
は、基体の表面にホウ素（Ｂ）元素を含有する物質を基
体の表面に蒸着すると同時，交互または蒸着後に窒素
（Ｎ）元素を含有するイオンを照射し、形成される窒化
ホウ素（BN）薄膜中のホウ素原子と窒素原子との粒子比
を断続的または連続的に減少させながら形成することに
より、ｃ−BN構造の窒化ホウ素を多く含み、硬度が高
く、基体と密着性においても良好な窒化ホウ素薄膜被覆
基体を得ることができる。
は、基体の表面にホウ素（Ｂ）元素を含有する物質を基
体の表面に蒸着すると同時，交互または蒸着後に窒素
（Ｎ）元素を含有するイオンを照射し、形成される窒化
ホウ素（BN）薄膜中のホウ素原子と窒素原子との粒子比
を断続的または連続的に減少させながら形成することに
より、ｃ−BN構造の窒化ホウ素を多く含み、硬度が高
く、基体と密着性においても良好な窒化ホウ素薄膜被覆
基体を得ることができる。
第１図はこの発明の窒素ホウ素薄膜被覆基体とその製造
方法の形成装置の概念図である。 ２……基体、３……蒸発源、４……蒸発物質、５……イ
オン源、６……イオン、７……膜厚計、８……電流測定
器
方法の形成装置の概念図である。 ２……基体、３……蒸発源、４……蒸発物質、５……イ
オン源、６……イオン、７……膜厚計、８……電流測定
器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 創 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−93366（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−161952（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−83968（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】立方晶系の結晶構造を有する窒化ホウ素
（BN）薄膜を被覆した基体において、前記窒化ホウ素
（BN）薄膜中のホウ素原子と窒素原子との粒子数の比が
前記窒化ホウ素（BN）薄膜の表面から前記基体の表面に
移行するに従い断続的または連続的に増加していること
を特徴とする窒化ホウ素薄膜被覆基体。 - 【請求項２】基体の表面に、ホウ素（Ｂ）元素を含有す
る物質の蒸着と同時，交互または蒸着後に窒素（Ｎ）元
素を含有するイオンを照射し、形成される立方晶系の結
晶構造を有する窒化ホウ素（BN）薄膜のホウ素原子と窒
素原子との粒子数の比を断続的または連続的に減少させ
ながら形成することを特徴とする窒化ホウ素薄膜被覆基
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085919A JP2526698B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2085919A JP2526698B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03285062A JPH03285062A (ja) | 1991-12-16 |
| JP2526698B2 true JP2526698B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=13872198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2085919A Expired - Fee Related JP2526698B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 窒化ホウ素薄膜被覆基体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2526698B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004042407A1 (de) * | 2004-09-02 | 2006-03-23 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Schichtverbund mit kubischen Bornitrid |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS582022A (ja) * | 1981-06-27 | 1983-01-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜形成方法 |
| JPS5938442Y2 (ja) * | 1983-11-04 | 1984-10-26 | シチズン時計株式会社 | 金色携帯用外装部品 |
| JP2603919B2 (ja) * | 1985-10-18 | 1997-04-23 | 日新電機株式会社 | 立方晶系窒化ホウ素の結晶粒を含む窒化ホウ素膜の作製方法 |
| DD243514B1 (de) * | 1985-12-17 | 1989-04-26 | Karl Marx Stadt Tech Hochschul | Hartstoffschichten fuer mechanisch und korrosiv beanspruchte teile |
| JPS62161952A (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-17 | Kobe Steel Ltd | 立方晶窒化硼素薄膜の形成方法 |
| JPS6326349A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-03 | Kobe Steel Ltd | 立方晶窒化硼素被膜の形成方法 |
| JPH062938B2 (ja) * | 1987-01-12 | 1994-01-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 窒化硼素被覆層を有する複合材料 |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2085919A patent/JP2526698B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03285062A (ja) | 1991-12-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |