JP2766171B2 - 窒化硼素膜付部材の再生方法 - Google Patents
窒化硼素膜付部材の再生方法Info
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
- C04B41/5064—Boron nitride
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- C04B41/53—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone involving the removal of at least part of the materials of the treated article, e.g. etching, drying of hardened concrete
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、放電加工用の
ワイヤガイドや，ビデオ，プリンター，ハードディスク
の軸受等の摺動部材、孔あけ用パンチング金型等、母材
が最初から高付加価値の部材に好適に使用される窒化硼
素膜付部材の再生方法に関する。
ワイヤガイドや，ビデオ，プリンター，ハードディスク
の軸受等の摺動部材、孔あけ用パンチング金型等、母材
が最初から高付加価値の部材に好適に使用される窒化硼
素膜付部材の再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の電気機器の発達，小型化に伴い、
例えば、放電加工用のワイヤガイドや，ビデオ，プリン
ター，ハードディスクの軸受等の摺動部材、孔あけ用パ
ンチング金型等には、寸法精度が高く、しかも硬度が高
く摺動性に優れた部品が用いられるようになっている。
そのため、近年では、摺動部品等の母材を金属やセラミ
ックスにより形成し、その表面に種々のコーティングを
することが行われている。例えば、セラミックよりなる
基体の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）を被覆し、その表面に
窒化硼素等の窒化物を被覆してなる摺動部品が提案され
ている。また、摺動部品等の母材を金属やセラミックス
により形成し、その表面粗さＲａを数ｎｍ程度に仕上
げ、この母材の表面にｃＢＮ及びａＢＮの混在した薄膜
を形成することが提案されている。
例えば、放電加工用のワイヤガイドや，ビデオ，プリン
ター，ハードディスクの軸受等の摺動部材、孔あけ用パ
ンチング金型等には、寸法精度が高く、しかも硬度が高
く摺動性に優れた部品が用いられるようになっている。
そのため、近年では、摺動部品等の母材を金属やセラミ
ックスにより形成し、その表面に種々のコーティングを
することが行われている。例えば、セラミックよりなる
基体の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）を被覆し、その表面に
窒化硼素等の窒化物を被覆してなる摺動部品が提案され
ている。また、摺動部品等の母材を金属やセラミックス
により形成し、その表面粗さＲａを数ｎｍ程度に仕上
げ、この母材の表面にｃＢＮ及びａＢＮの混在した薄膜
を形成することが提案されている。
【０００３】一方、摺動部品の使用時間が長時間になる
と、表面が劣化し始めるが、このような高精度の部品で
は、その母材も高付加価値の材料が使用され、かつ、高
付加価値な加工が施されており、摺動性が劣化したもの
をその都度廃棄処分していたのでは、高価な部品となっ
てしまう。そこで、コーティング部分のみを剥離して再
生する方法が考えられている。このような方法として
は、炭素膜がコーティングされた摺動部品では炭素膜を
酸化処理で除去したり、また、コーティングと母材との
間にガラス層や水溶性無機化合物層からなる中間層を設
け、コーティング部分と中間層の剥離を容易にする方法
が提案されている。
と、表面が劣化し始めるが、このような高精度の部品で
は、その母材も高付加価値の材料が使用され、かつ、高
付加価値な加工が施されており、摺動性が劣化したもの
をその都度廃棄処分していたのでは、高価な部品となっ
てしまう。そこで、コーティング部分のみを剥離して再
生する方法が考えられている。このような方法として
は、炭素膜がコーティングされた摺動部品では炭素膜を
酸化処理で除去したり、また、コーティングと母材との
間にガラス層や水溶性無機化合物層からなる中間層を設
け、コーティング部分と中間層の剥離を容易にする方法
が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】密着力を向上させるた
め、ｃＢＮ及びａＢＮの混在した高硬度窒化硼素膜を、
コーティングした部材から研磨によって高硬度窒化硼素
膜のみを除去することは非常に困難で、もし仮に高硬度
窒化硼素膜を完全に除去できた場合でも、母材を傷つけ
るため、場合によっては母材も表面部分を除去した後、
再び精密加工して摺動部材として使用可能なように寸法
を調整する必要があるものの、このような寸法調整は困
難であるという問題があった。
め、ｃＢＮ及びａＢＮの混在した高硬度窒化硼素膜を、
コーティングした部材から研磨によって高硬度窒化硼素
膜のみを除去することは非常に困難で、もし仮に高硬度
窒化硼素膜を完全に除去できた場合でも、母材を傷つけ
るため、場合によっては母材も表面部分を除去した後、
再び精密加工して摺動部材として使用可能なように寸法
を調整する必要があるものの、このような寸法調整は困
難であるという問題があった。
【０００５】また、中間層としてガラス層や水溶性無機
化合物層を設けた場合、中間層にはほとんど耐熱性がな
いため、コーティング膜の耐久性が不足するという問題
があった。また一方、炭素膜をコーティングした場合、
再生が非常に容易であるが、熱的安定性及び化学的安定
性が窒化硼素に比べて劣るという問題があった。
化合物層を設けた場合、中間層にはほとんど耐熱性がな
いため、コーティング膜の耐久性が不足するという問題
があった。また一方、炭素膜をコーティングした場合、
再生が非常に容易であるが、熱的安定性及び化学的安定
性が窒化硼素に比べて劣るという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化硼素膜付部
材の再生方法は、炭化珪素、窒化珪素のうち少なくとも
１種を主成分とする焼結体より形成される基体の表面
に、窒化硼素膜を形成してなる窒化硼素膜付部材を、真
空度が５×１０4 〜１×１０-3Ｐａ、酸素分圧が５×１
０4 〜１×１０-3Ｐａの雰囲気において、１２００℃以
下の温度で熱処理し、前記窒化硼素膜を酸化蒸発させ除
去した後、前記基体表面に窒化硼素膜を形成することに
より行われる。
材の再生方法は、炭化珪素、窒化珪素のうち少なくとも
１種を主成分とする焼結体より形成される基体の表面
に、窒化硼素膜を形成してなる窒化硼素膜付部材を、真
空度が５×１０4 〜１×１０-3Ｐａ、酸素分圧が５×１
０4 〜１×１０-3Ｐａの雰囲気において、１２００℃以
下の温度で熱処理し、前記窒化硼素膜を酸化蒸発させ除
去した後、前記基体表面に窒化硼素膜を形成することに
より行われる。
【０００７】ここで、真空度を５×１０4 〜１×１０-3
Ｐａとしたのは、５×１０4 Ｐａよりも大きいと、酸化
により生成した酸化硼素が蒸発し難いからであり、１×
１０-3Ｐａよりも小さいと酸化が遅く酸化硼素膜の剥離
量が少なく実用的でないからである。真空度は、１×１
０4 Ｐａ〜１×１０-1Ｐａが好ましい。
Ｐａとしたのは、５×１０4 Ｐａよりも大きいと、酸化
により生成した酸化硼素が蒸発し難いからであり、１×
１０-3Ｐａよりも小さいと酸化が遅く酸化硼素膜の剥離
量が少なく実用的でないからである。真空度は、１×１
０4 Ｐａ〜１×１０-1Ｐａが好ましい。
【０００８】また、酸素分圧を５×１０4 〜１×１０-3
Ｐａとしたのは、５×１０4 Ｐａよりも大きいと、酸化
反応が大きく、酸化硼素が蒸発しないからであり、１×
１０-3Ｐａよりも小さいと酸化が遅く酸化硼素膜の剥離
量が少なく実用的でないからである。酸素分圧は１×１
０4 Ｐａ〜１×１０-1Ｐａであることが好ましい。
Ｐａとしたのは、５×１０4 Ｐａよりも大きいと、酸化
反応が大きく、酸化硼素が蒸発しないからであり、１×
１０-3Ｐａよりも小さいと酸化が遅く酸化硼素膜の剥離
量が少なく実用的でないからである。酸素分圧は１×１
０4 Ｐａ〜１×１０-1Ｐａであることが好ましい。
【０００９】さらに、１２００℃以下の温度で熱処理し
たのは、１２００℃よりも高い温度で熱処理すると、基
体と窒化硼素膜との反応が進行するからである。熱処理
温度は８００〜１２００℃であることが好ましい。
たのは、１２００℃よりも高い温度で熱処理すると、基
体と窒化硼素膜との反応が進行するからである。熱処理
温度は８００〜１２００℃であることが好ましい。
【００１０】また、基体を炭化珪素、窒化珪素のうち少
なくとも１種を主成分とする焼結体により形成すること
により、高密度で、耐熱性を上げることが可能となる。
なくとも１種を主成分とする焼結体により形成すること
により、高密度で、耐熱性を上げることが可能となる。
【００１１】さらに、基体と窒化硼素膜との間に中間膜
として硬質炭素膜または硬質硼素膜を形成することが望
ましい。これにより、基体表面にダメージを与えないで
膜を除去することが可能となる。
として硬質炭素膜または硬質硼素膜を形成することが望
ましい。これにより、基体表面にダメージを与えないで
膜を除去することが可能となる。
【００１２】
【作用】本発明の窒化硼素膜付部材の再生方法によれ
ば、高硬度の窒化硼素膜を基体から容易に除去でき、再
度基体に窒化硼素膜を形成することにより、窒化硼素膜
付部材を容易に再生できる。また、母材に使用される炭
化珪素と窒化珪素は１２００℃でも十分な耐熱性を有し
ているので、加熱により熱変形がない。
ば、高硬度の窒化硼素膜を基体から容易に除去でき、再
度基体に窒化硼素膜を形成することにより、窒化硼素膜
付部材を容易に再生できる。また、母材に使用される炭
化珪素と窒化珪素は１２００℃でも十分な耐熱性を有し
ているので、加熱により熱変形がない。
【００１３】また、基体と窒化硼素膜との間に中間膜と
して硬質炭素膜または硬質硼素膜を形成すると、上記の
ような特性がさらに向上する。即ち、放電加工用のワイ
ヤガイドや、ビデオ，プリンター，ハードディスク等の
軸受等の摺動部材、孔あけ用パンチング金型等として使
用される温度範囲では十分な耐熱性を有し、かつ高硬度
である。さらに、ワイヤガイドやビデオ，プリンター，
ハードディスク等の軸受等の摺動部材の使用に際して必
要とされる摺動性が良好である。
して硬質炭素膜または硬質硼素膜を形成すると、上記の
ような特性がさらに向上する。即ち、放電加工用のワイ
ヤガイドや、ビデオ，プリンター，ハードディスク等の
軸受等の摺動部材、孔あけ用パンチング金型等として使
用される温度範囲では十分な耐熱性を有し、かつ高硬度
である。さらに、ワイヤガイドやビデオ，プリンター，
ハードディスク等の軸受等の摺動部材の使用に際して必
要とされる摺動性が良好である。
【００１４】そして、窒化硼素膜と中間膜としての硬質
炭素膜，硬質硼素膜は酸化により次の反応が起きる。
(s) は固体状態を示し、(g) はガス状態を示す。
炭素膜，硬質硼素膜は酸化により次の反応が起きる。
(s) は固体状態を示し、(g) はガス状態を示す。
【００１５】 ２ＢＮ ＋ ３Ｏ2 → ２Ｂ2 Ｏ3 (s) ＋ Ｎ2 (g) ↑ ・・・(1) ２Ｂ ＋ Ｏ2 → Ｂ2 Ｏ3 (s) ・・・(2) ２Ｃ ＋ Ｏ2 → ２ＣＯ(g) ↑ ・・・・・・・・(3) この式より硬質炭素膜は(3)式により消滅することが判
る。中間膜としての硬質硼素膜と窒化硼素膜は(1)(2)式
のように固体のＢ2 Ｏ3 が表面に形成する。熱処理温度
を上昇させると、上記の反応は増大する。しかし、Ｂ2
Ｏ3 が基体の窒化珪素または炭化珪素と反応し、Ｂ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 の低融点のガラスを形成し、基体表面を侵
食する。Ｂ2 Ｏ3 の６００℃における蒸気圧は１０-2Ｐ
ａであるため、減圧状態にすることにより、表面に生成
したＢ2 Ｏ3 の蒸発を促進し、新しい表面の酸化反応を
促進することができる。従って、減圧下では次の反応に
より、Ｂ2 Ｏ3 が蒸発することになる。
る。中間膜としての硬質硼素膜と窒化硼素膜は(1)(2)式
のように固体のＢ2 Ｏ3 が表面に形成する。熱処理温度
を上昇させると、上記の反応は増大する。しかし、Ｂ2
Ｏ3 が基体の窒化珪素または炭化珪素と反応し、Ｂ2 Ｏ
3 −ＳｉＯ2 の低融点のガラスを形成し、基体表面を侵
食する。Ｂ2 Ｏ3 の６００℃における蒸気圧は１０-2Ｐ
ａであるため、減圧状態にすることにより、表面に生成
したＢ2 Ｏ3 の蒸発を促進し、新しい表面の酸化反応を
促進することができる。従って、減圧下では次の反応に
より、Ｂ2 Ｏ3 が蒸発することになる。
【００１６】 ２ＢＮ ＋ ３Ｏ2 → ２Ｂ2 Ｏ3 (g) ↑＋ Ｎ2 (g) ↑ ・・・(4) ２Ｂ ＋ Ｏ2 → Ｂ2 Ｏ3 (g) ↑ ・・・(5) この処理によって基体表面へのダメージを与えずに窒化
硼素膜と硬質硼素膜，硬質炭素膜を完全に除去すること
ができる。
硼素膜と硬質硼素膜，硬質炭素膜を完全に除去すること
ができる。
【００１７】尚、中間膜なしで窒化硼素膜のみを形成し
た窒化硼素膜付部材においては、前記（1),(4)の反応に
より、基体表面へのダメージを与えずに窒化硼素膜を完
全に除去できる。
た窒化硼素膜付部材においては、前記（1),(4)の反応に
より、基体表面へのダメージを与えずに窒化硼素膜を完
全に除去できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明の
窒化硼素膜付部材を放電加工用のワイヤガイドに適用し
た。先ず、基体１としてＳｉＣ（炭化ケイ素）焼結体を
用い、その表面にＣＶＤ法により下地層としてＳｉＣ膜
を厚さ数１００μｍ蒸着した。次にＳｉＣ膜の表面を表
面粗さＲａ＝１０ｎｍ以下になるように鏡面仕上げし
た。そして、イオンアシスト真空蒸着装置により厚さ
０．２μｍの硬質炭素膜２と厚さ１μｍの窒化硼素膜３
を順次形成した。中間層としての硬質炭素膜２は、黒鉛
を電子ビームにより真空蒸着させるとともに、Ａｒイオ
ンを基体表面に同時照射することにより作成した。ま
た、窒化硼素膜３は、金属硼素を電子ビームにより真空
蒸着するとともに、Ｂ／Ｎ組成比が約１となるように窒
素イオンとＡｒイオンを基体表面に同時照射することに
より作成した。
窒化硼素膜付部材を放電加工用のワイヤガイドに適用し
た。先ず、基体１としてＳｉＣ（炭化ケイ素）焼結体を
用い、その表面にＣＶＤ法により下地層としてＳｉＣ膜
を厚さ数１００μｍ蒸着した。次にＳｉＣ膜の表面を表
面粗さＲａ＝１０ｎｍ以下になるように鏡面仕上げし
た。そして、イオンアシスト真空蒸着装置により厚さ
０．２μｍの硬質炭素膜２と厚さ１μｍの窒化硼素膜３
を順次形成した。中間層としての硬質炭素膜２は、黒鉛
を電子ビームにより真空蒸着させるとともに、Ａｒイオ
ンを基体表面に同時照射することにより作成した。ま
た、窒化硼素膜３は、金属硼素を電子ビームにより真空
蒸着するとともに、Ｂ／Ｎ組成比が約１となるように窒
素イオンとＡｒイオンを基体表面に同時照射することに
より作成した。
【００１９】以上のように構成されたワイヤガイドの表
面粗さＲａは５μｍであり、またヌープ硬度は３８００
ｋｇ／ｍｍ2 であった。また、５ｋｍの黄銅線を、ワイ
ヤガイド内をワイヤ送り速度１００ｍｍ／ｓ，ワイヤテ
ンション１０Ｎで摺動させる摩耗摩擦試験を行った結
果、摩耗粉が発生しないという優れた摺動特性を有する
ことを確認した。
面粗さＲａは５μｍであり、またヌープ硬度は３８００
ｋｇ／ｍｍ2 であった。また、５ｋｍの黄銅線を、ワイ
ヤガイド内をワイヤ送り速度１００ｍｍ／ｓ，ワイヤテ
ンション１０Ｎで摺動させる摩耗摩擦試験を行った結
果、摩耗粉が発生しないという優れた摺動特性を有する
ことを確認した。
【００２０】さらに、１０ｋｍの黄銅線を上記と同様な
条件でワイヤガイド内を摺動させたところ、ワイヤガイ
ドの内面の表面粗さＲａが１０μｍに劣化したので、ワ
イヤガイドの窒化硼素膜の再生を次のように行った。先
ず、窒化硼素膜付部材を雰囲気制御の熱処理炉にセット
し、酸素ガスを流しながらロータリポンプで真空排気し
た。この時の真空度，酸素分圧，酸素ガス流量，窒素ガ
ス流量，熱処理温度，熱処理時間を表１に示すように変
化させた。この結果を表１に示す。尚、窒化硼素膜の除
去のし易さを仕上げ研磨に要する加工時間により評価し
た。
条件でワイヤガイド内を摺動させたところ、ワイヤガイ
ドの内面の表面粗さＲａが１０μｍに劣化したので、ワ
イヤガイドの窒化硼素膜の再生を次のように行った。先
ず、窒化硼素膜付部材を雰囲気制御の熱処理炉にセット
し、酸素ガスを流しながらロータリポンプで真空排気し
た。この時の真空度，酸素分圧，酸素ガス流量，窒素ガ
ス流量，熱処理温度，熱処理時間を表１に示すように変
化させた。この結果を表１に示す。尚、窒化硼素膜の除
去のし易さを仕上げ研磨に要する加工時間により評価し
た。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１より、本発明の窒化硼素膜付部材の再
生方法では、熱処理時間も短く、仕上げ研磨に要する加
工時間が６０分以内であり、基体表面のダメージも殆ど
なく、窒化硼素膜を容易に除去することができることが
判る。
生方法では、熱処理時間も短く、仕上げ研磨に要する加
工時間が６０分以内であり、基体表面のダメージも殆ど
なく、窒化硼素膜を容易に除去することができることが
判る。
【００２３】また、酸素分圧が小さい場合、熱処理時間
を長くしなければ加工時間が長くなり、熱処理温度が低
くなると熱処理時間を長くしなければ加工時間が長くな
ることが判る。本発明では、なるべく基体近傍まで熱処
理にて窒化硼素膜を除去し、僅かな厚みの窒化硼素膜を
仕上げ研磨により除去し、基体表面を表出させることが
最も好ましい。
を長くしなければ加工時間が長くなり、熱処理温度が低
くなると熱処理時間を長くしなければ加工時間が長くな
ることが判る。本発明では、なるべく基体近傍まで熱処
理にて窒化硼素膜を除去し、僅かな厚みの窒化硼素膜を
仕上げ研磨により除去し、基体表面を表出させることが
最も好ましい。
【００２４】尚、上記実施例では、中間膜として硬質炭
素膜を形成した例について説明したが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、中間膜として硬質硼素
膜を形成した窒化硼素膜付部材であっても、中間膜を形
成しない窒化硼素膜付部材であっても、同様な結果が得
られることを確認した。
素膜を形成した例について説明したが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、中間膜として硬質硼素
膜を形成した窒化硼素膜付部材であっても、中間膜を形
成しない窒化硼素膜付部材であっても、同様な結果が得
られることを確認した。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、基体表面に殆どダメー
ジを与えることなく、窒化硼素膜を容易に除去すること
ができ、高価な窒化硼素膜付部材を容易に再生すること
ができるので、生産の採算向上に貢献できる。
ジを与えることなく、窒化硼素膜を容易に除去すること
ができ、高価な窒化硼素膜付部材を容易に再生すること
ができるので、生産の採算向上に貢献できる。
Claims (1)
- 【請求項１】炭化珪素、窒化珪素のうち少なくとも１種
を主成分とする焼結体より形成される基体の表面に、窒
化硼素膜を形成してなる窒化硼素膜付部材を、真空度が
５×１０4 〜１×１０-3Ｐａ、酸素分圧が５×１０4 〜
１×１０-3Ｐａの雰囲気において、１２００℃以下の温
度で熱処理し、前記窒化硼素膜を酸化蒸発させ除去した
後、前記基体表面に窒化硼素膜を形成することを特徴と
する窒化硼素膜付部材の再生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5271883A JP2766171B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒化硼素膜付部材の再生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5271883A JP2766171B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒化硼素膜付部材の再生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07126087A JPH07126087A (ja) | 1995-05-16 |
| JP2766171B2 true JP2766171B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=17506238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5271883A Expired - Lifetime JP2766171B2 (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 窒化硼素膜付部材の再生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2766171B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7614505B2 (en) * | 2006-11-08 | 2009-11-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic filter and regenerating method thereof |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP5271883A patent/JP2766171B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07126087A (ja) | 1995-05-16 |
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