JP2840335B2 - 高機能性被膜の形成方法 - Google Patents
高機能性被膜の形成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は金属やその他の母材に、高強度、及び高熱伝
導性を有する被膜を密着して形成することを特徴とする
高機能性被膜の形成方法に関するものである。
導性を有する被膜を密着して形成することを特徴とする
高機能性被膜の形成方法に関するものである。
（ロ）従来の技術 例えば特開昭64−64703号公報には焼結炭化物の支持
体にPVD法又はCVD法によって生成されたTiNの耐熱材料
の中間結合層を介して多結晶ダイヤモンド層を形成した
工具が開示されている。この技術の場合多結晶ダイヤモ
ンド層と焼結炭化物とによって耐摩耗性及び耐衝撃性に
優れた工具ができるもののダイヤモンド層と炭化物支持
体との間に介在する中間結合層はダイヤモンド層、支持
体何れの成分も含まないため剥離の点で信頼性に欠ける
という問題点があった。
体にPVD法又はCVD法によって生成されたTiNの耐熱材料
の中間結合層を介して多結晶ダイヤモンド層を形成した
工具が開示されている。この技術の場合多結晶ダイヤモ
ンド層と焼結炭化物とによって耐摩耗性及び耐衝撃性に
優れた工具ができるもののダイヤモンド層と炭化物支持
体との間に介在する中間結合層はダイヤモンド層、支持
体何れの成分も含まないため剥離の点で信頼性に欠ける
という問題点があった。
（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、母材と表面被
膜との密着性を向上せしめ、同時に高硬度、且つ高熱伝
導性を有する被膜を形成することである。
膜との密着性を向上せしめ、同時に高硬度、且つ高熱伝
導性を有する被膜を形成することである。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、母材の表面に高機能性被膜を形成する高機
能性被膜の形成方法において、前記母材に対して、前記
母材を構成する少なくとも１つの原子と前記被膜を構成
する少なくとも１つの原子のうち何れか一方の原子のイ
オンを照射しながら、不活性ガスイオンを照射すると同
時に、前記母材を構成する少なくとも１つの原子と前記
被膜を構成する少なくとも１つの原子をそれぞれ蒸発さ
せることによって前記母材に前記母材を構成する少なく
とも１つの原子と前記被膜を構成する少なくとも１つの
原子からなる混合層を形成した後、該混合層上に前記被
膜を形成する高機能性被膜の形成方法であって、前記混
合層の組成比は前記母材に近い部分ほど該母材を構成す
る少なくとも１つの原子の比率が高く且つ前記被膜に近
いほど該被膜を構成する少なくとも１つの原子の比率が
高くなるように変化せしめられたことを特徴とする。
能性被膜の形成方法において、前記母材に対して、前記
母材を構成する少なくとも１つの原子と前記被膜を構成
する少なくとも１つの原子のうち何れか一方の原子のイ
オンを照射しながら、不活性ガスイオンを照射すると同
時に、前記母材を構成する少なくとも１つの原子と前記
被膜を構成する少なくとも１つの原子をそれぞれ蒸発さ
せることによって前記母材に前記母材を構成する少なく
とも１つの原子と前記被膜を構成する少なくとも１つの
原子からなる混合層を形成した後、該混合層上に前記被
膜を形成する高機能性被膜の形成方法であって、前記混
合層の組成比は前記母材に近い部分ほど該母材を構成す
る少なくとも１つの原子の比率が高く且つ前記被膜に近
いほど該被膜を構成する少なくとも１つの原子の比率が
高くなるように変化せしめられたことを特徴とする。
更に、本発明は、イオン源から不活性ガスイオンを母
材表面へ照射することによって該母材表面のクリーニン
グ処理を行う第１の工程と、該第１の工程で用いた不活
性ガスイオンのエネルギーより高いエネルギーの不活性
ガスイオンを前記イオン源から前記母材表面へ照射する
ことによって前記母材表面を荒くする第２の工程と、反
応性ガスイオンを前記母材表面へ照射しながら蒸発源か
らの蒸発原子を前記母材表面に向けて照射し、前記蒸発
原子と反応性ガスイオン原子との化合物からなる被膜を
前記母材に形成する第３の工程と、からなることを特徴
とする。
材表面へ照射することによって該母材表面のクリーニン
グ処理を行う第１の工程と、該第１の工程で用いた不活
性ガスイオンのエネルギーより高いエネルギーの不活性
ガスイオンを前記イオン源から前記母材表面へ照射する
ことによって前記母材表面を荒くする第２の工程と、反
応性ガスイオンを前記母材表面へ照射しながら蒸発源か
らの蒸発原子を前記母材表面に向けて照射し、前記蒸発
原子と反応性ガスイオン原子との化合物からなる被膜を
前記母材に形成する第３の工程と、からなることを特徴
とする。
（ホ）作用 母材と被膜との間に形成された混合層は母材の成分と
被膜の成分との両方の成分を含有したものであり、この
混合層の存在により母材と被膜との密着性が向上する。
被膜の成分との両方の成分を含有したものであり、この
混合層の存在により母材と被膜との密着性が向上する。
更に、母材表面を不活性ガスイオンによって予め粗く
しておけば母材と被膜間の密着性がより強固になる。
しておけば母材と被膜間の密着性がより強固になる。
（ヘ）実施例 以下本発明高機能性被膜の形成方法を図面に沿って詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は上記被膜を形成するための真空蒸着及びイオ
ン注入装置を示し、（１）は10-5〜10-7Torrに排気され
る真空チャンバ、（２）は該真空チャンバ（１）内に配
置され、図の矢印方向に10〜20rpmの速度で回転可能に
された基板ホルダ、（３）はSi（シリコン）母材、
（４）は電子ビームによってSi原子を蒸発させ前記母材
（３）に向けて放射する第１の蒸発源、（５）は同じく
電子ビームによってＣ（炭素）原子を蒸発させ前記母材
（３）に向けて放射する第２の蒸発源、（６）は前記母
材（３）へAr（アルゴン）イオンを照射する第１のイオ
ンガン、（７）は同じく前記母材（３）へＣイオンとＨ
（水素）イオンとを照射する第２のイオンガンである。
ン注入装置を示し、（１）は10-5〜10-7Torrに排気され
る真空チャンバ、（２）は該真空チャンバ（１）内に配
置され、図の矢印方向に10〜20rpmの速度で回転可能に
された基板ホルダ、（３）はSi（シリコン）母材、
（４）は電子ビームによってSi原子を蒸発させ前記母材
（３）に向けて放射する第１の蒸発源、（５）は同じく
電子ビームによってＣ（炭素）原子を蒸発させ前記母材
（３）に向けて放射する第２の蒸発源、（６）は前記母
材（３）へAr（アルゴン）イオンを照射する第１のイオ
ンガン、（７）は同じく前記母材（３）へＣイオンとＨ
（水素）イオンとを照射する第２のイオンガンである。
次に上記装置を用いて第２図に示すようなSi母材
（３）の表面にSi（シリコンカーバイド）とＣとの混合
層（34）を介してダイヤモンド被膜（35）を形成する方
法について説明する。
（３）の表面にSi（シリコンカーバイド）とＣとの混合
層（34）を介してダイヤモンド被膜（35）を形成する方
法について説明する。
先ず、真空チャンバ（１）内を10-5〜10-7Torrに排気
し、第２イオンガン（７）にCH4（メタン）ガスを供給
し、炭素イオンを取り出して、これをアシストイオンガ
ンとして用いて駆動し、そして母材（３）の表面に照射
する。この時の炭素イオンの加速電圧は、数keV〜数十k
eV程度が望ましい。
し、第２イオンガン（７）にCH4（メタン）ガスを供給
し、炭素イオンを取り出して、これをアシストイオンガ
ンとして用いて駆動し、そして母材（３）の表面に照射
する。この時の炭素イオンの加速電圧は、数keV〜数十k
eV程度が望ましい。
一方、炭素イオンの照射と同時に第１イオンガス
（６）を駆動してArイオンを照射しながら、第１、及び
第２蒸発源（４）（５）を駆動し、Si原子、及びＣ原子
を蒸発させて前記母材（３）表面に放射する。この時の
Si、及びＣの蒸発速度は500Å/min以下程度、又Arイオ
ンの加速電圧は１〜数keV程度が望ましい。
（６）を駆動してArイオンを照射しながら、第１、及び
第２蒸発源（４）（５）を駆動し、Si原子、及びＣ原子
を蒸発させて前記母材（３）表面に放射する。この時の
Si、及びＣの蒸発速度は500Å/min以下程度、又Arイオ
ンの加速電圧は１〜数keV程度が望ましい。
以上の工程により、母材（３）に到達したSi原子、Ｃ
原子、及びＣイオンはArイオンの助けを借りて、SiCと
Ｃの混合層（34）となる。この時混合層（34）は母材
（３）の表面に近いところほどSi原子の比率が高くなる
ように、逆に母材（３）表面から遠く離れるほどＣ原子
の比率が高くなるように第２イオンガン（７）の電流密
度を０〜0.6mA/cm2の範囲で可変することによりＣ原子
の混入量を制御する。
原子、及びＣイオンはArイオンの助けを借りて、SiCと
Ｃの混合層（34）となる。この時混合層（34）は母材
（３）の表面に近いところほどSi原子の比率が高くなる
ように、逆に母材（３）表面から遠く離れるほどＣ原子
の比率が高くなるように第２イオンガン（７）の電流密
度を０〜0.6mA/cm2の範囲で可変することによりＣ原子
の混入量を制御する。
このようにして母材表面（３）に、膜厚が1.5μｍ
で、且つSiとＣとの組成比が第３図に示すような傾斜特
性を有する混合層（34）が約３分で形成される。尚、上
記混合層（34）を均一に形成するため前記基板ホルダ
（２）を第１図の矢印の方向に10〜20rpmで回転させる
と共に、Si原子、及びＣ原子の蒸発速度を制御すること
が望ましい。
で、且つSiとＣとの組成比が第３図に示すような傾斜特
性を有する混合層（34）が約３分で形成される。尚、上
記混合層（34）を均一に形成するため前記基板ホルダ
（２）を第１図の矢印の方向に10〜20rpmで回転させる
と共に、Si原子、及びＣ原子の蒸発速度を制御すること
が望ましい。
次いで前記混合層（34）表面のダイヤモンド被膜（3
5）の形成方法について説明する。
5）の形成方法について説明する。
同じチャンバ（１）内で前記第２イオンガン（７）よ
り、Ｈイオンを照射しながら、同時に前記第２蒸発源
（５）のみを駆動し、ここからＣ原子を蒸発させ放出さ
せる。この時のＨイオンの電流密度、及び加速電圧は2m
A/cm2、200〜700eV程度が望ましい。又、この工程によ
って形成されるダイヤモンド被膜（35）の成膜速度は25
0Å/min.とし、膜厚は３μｍ程度が望ましい。
り、Ｈイオンを照射しながら、同時に前記第２蒸発源
（５）のみを駆動し、ここからＣ原子を蒸発させ放出さ
せる。この時のＨイオンの電流密度、及び加速電圧は2m
A/cm2、200〜700eV程度が望ましい。又、この工程によ
って形成されるダイヤモンド被膜（35）の成膜速度は25
0Å/min.とし、膜厚は３μｍ程度が望ましい。
以上のように母材（３）構成原子と被膜（35）構成原
子とを含む混合層（34）を介して該母材（３）に被膜
（35）を形成することにより、母材（３）の耐久性を向
上させることができ、且つ容易に剥離しない構造とな
る。
子とを含む混合層（34）を介して該母材（３）に被膜
（35）を形成することにより、母材（３）の耐久性を向
上させることができ、且つ容易に剥離しない構造とな
る。
第４図及び第５図は第１図〜第３図とは異なる実施例
を示し、SUSやNi等の金属母材（11）の表面浅くに、イ
オン注入により金属原子とＮ（窒素）イオンとの混合層
（12）を形成し、次いでTiN（窒化チタン）の被膜（1
3）を形成する方法を示したものである。
を示し、SUSやNi等の金属母材（11）の表面浅くに、イ
オン注入により金属原子とＮ（窒素）イオンとの混合層
（12）を形成し、次いでTiN（窒化チタン）の被膜（1
3）を形成する方法を示したものである。
同図において、先ず前記第４図の真空チャンバ（14）
内を、10-5〜10-7Torrに排気し、高エネルギイオンガン
（15）を駆動して、10〜20keVの加速電圧を有するＮイ
オンを母材（11）の表面浅く（0.5μｍ以下程度）に注
入して、母材（11）の表層を金属原子とＮイオンとの混
合層（12）とする。
内を、10-5〜10-7Torrに排気し、高エネルギイオンガン
（15）を駆動して、10〜20keVの加速電圧を有するＮイ
オンを母材（11）の表面浅く（0.5μｍ以下程度）に注
入して、母材（11）の表層を金属原子とＮイオンとの混
合層（12）とする。
次いで低エネルギイオンガン（16）を駆動して、100
〜200eVの加速電圧を有するＮイオンを前記混合層（1
2）に照射しながら、蒸発源（17）を駆動してTi（チタ
ン）原子を同じく混合層（12）表面に放射し、混合層
（12）の表面にTiN被膜（13）を形成する。この時のTi
原子の蒸発速度は、100〜500Å/min.が望ましい。又、
形成されるTiNの被膜（13）を均一なものとするため、
母材（11）を取付けた基板ホルダ（18）を10〜20rpmで
図の矢印方向に回転させるとよい。
〜200eVの加速電圧を有するＮイオンを前記混合層（1
2）に照射しながら、蒸発源（17）を駆動してTi（チタ
ン）原子を同じく混合層（12）表面に放射し、混合層
（12）の表面にTiN被膜（13）を形成する。この時のTi
原子の蒸発速度は、100〜500Å/min.が望ましい。又、
形成されるTiNの被膜（13）を均一なものとするため、
母材（11）を取付けた基板ホルダ（18）を10〜20rpmで
図の矢印方向に回転させるとよい。
以上のように金属母材（11）表面に該母材（11）と被
膜（13）との両方の成分原子を有する混合層（12）を介
して被膜（13）を形成することにより金属母材（11）を
耐摩耗性、耐食性、耐熱性に優れたものとすることがで
きる。
膜（13）との両方の成分原子を有する混合層（12）を介
して被膜（13）を形成することにより金属母材（11）を
耐摩耗性、耐食性、耐熱性に優れたものとすることがで
きる。
更に第６図は他の実施例を示し、Siやガラス等の鏡面
の母材（21）に対してｃ−BN（Ｃ型窒化ホウ素）膜を形
成するときの装置を示す。同図において、真空チャンバ
（22）を10-5〜10-7Torrに排気し、先ず第１イオンガン
（23）を駆動してArイオンを母材（21）表面に照射す
る。この時のArイオンの加速電圧は100〜300eV程度が望
ましい。この工程により、母材（21）の表面のクリーニ
ングが行われる。そしてこの後、前記Arイオンの加速電
圧を数keV程度に上昇させて前記母材（21）に再び照射
し、母材（21）の表面を粗くして、被膜を密着し易い様
に加工する。
の母材（21）に対してｃ−BN（Ｃ型窒化ホウ素）膜を形
成するときの装置を示す。同図において、真空チャンバ
（22）を10-5〜10-7Torrに排気し、先ず第１イオンガン
（23）を駆動してArイオンを母材（21）表面に照射す
る。この時のArイオンの加速電圧は100〜300eV程度が望
ましい。この工程により、母材（21）の表面のクリーニ
ングが行われる。そしてこの後、前記Arイオンの加速電
圧を数keV程度に上昇させて前記母材（21）に再び照射
し、母材（21）の表面を粗くして、被膜を密着し易い様
に加工する。
次いで電子銃等の蒸発源（24）を駆動し、第２イオン
ガン（25）を駆動して100〜200eV程度の加速電圧を有す
るＮイオンを前記母材（21）に照射しながらＢ（ホウ
素）原子を該母材（21）に放射する。この工程により、
50℃前後の低温でｃ−BNの被膜を母材（21）に密着させ
て形成することができ、しかもこの被膜の結晶性は高い
ものが得られる。
ガン（25）を駆動して100〜200eV程度の加速電圧を有す
るＮイオンを前記母材（21）に照射しながらＢ（ホウ
素）原子を該母材（21）に放射する。この工程により、
50℃前後の低温でｃ−BNの被膜を母材（21）に密着させ
て形成することができ、しかもこの被膜の結晶性は高い
ものが得られる。
（ト）発明の効果 本発明は以上の説明の如く、母材に被膜を形成するに
際し、該母材と被膜との両方の成分原子を混合した混合
層を母材〜被膜間に介挿することによって、母材と被膜
との密着性を向上すると共に形成する被膜の種類を問わ
ずに形成できるので耐摩耗性、耐食性、耐熱性等の種々
の性質に優れた機能を有する母材を形成することが可能
となる。
際し、該母材と被膜との両方の成分原子を混合した混合
層を母材〜被膜間に介挿することによって、母材と被膜
との密着性を向上すると共に形成する被膜の種類を問わ
ずに形成できるので耐摩耗性、耐食性、耐熱性等の種々
の性質に優れた機能を有する母材を形成することが可能
となる。
又、混合層の構成原子の組成比に傾斜を付けたものに
あっては、各母材、被膜との密着性が同種の原子の結合
が増加することによって強くなる効果がある。
あっては、各母材、被膜との密着性が同種の原子の結合
が増加することによって強くなる効果がある。
更に、被膜形成前に表面を粗くしたものにあっては被
膜の母材に対する密着性がさらに向上する。
膜の母材に対する密着性がさらに向上する。
第１図は本発明の被膜形成方法を行うための装置の１実
施例を示す平面略図、第２図は第１図の装置を用いて形
成された被膜付き母材の断面略図、第３図は第２図の混
合層を構成する成分原子の母材表面からの距離に対する
組成比の変化を示す図、第４図は第１図に相当する装置
の別の実施例を示す平面略図、第５図は第４図の装置を
用いた被膜形成の工程を示す図、第６図は第１図に相当
する更に別の実施例を示す平面略図である。 （１）（14）（22）……真空チャンバ、 （２）……基板ホルダ、 （３）（11）（21）……母材、 （４）（５）（17）（24）……蒸発源、 （６）（７）（15）（16）（23）（25）……イオンガ
ン、 （12）（34）……混合層、 （13）（35）……被膜
施例を示す平面略図、第２図は第１図の装置を用いて形
成された被膜付き母材の断面略図、第３図は第２図の混
合層を構成する成分原子の母材表面からの距離に対する
組成比の変化を示す図、第４図は第１図に相当する装置
の別の実施例を示す平面略図、第５図は第４図の装置を
用いた被膜形成の工程を示す図、第６図は第１図に相当
する更に別の実施例を示す平面略図である。 （１）（14）（22）……真空チャンバ、 （２）……基板ホルダ、 （３）（11）（21）……母材、 （４）（５）（17）（24）……蒸発源、 （６）（７）（15）（16）（23）（25）……イオンガ
ン、 （12）（34）……混合層、 （13）（35）……被膜
フロントページの続き (72)発明者 池上 和男 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 恩地 政夫 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−213369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−128262（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−162757（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−20446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−91483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−169372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−75179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−221565（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/49,14/06,14/24 C23C 14/22,14/32,14/02
Claims (2)
- 【請求項１】母材の表面に高機能性被膜を形成する高機
能性被膜の形成方法において、前記母材に対して、前記
母材を構成する少なくとも１つの原子と前記被膜を構成
する少なくとも１つの原子のうち何れか一方の原子のイ
オンを照射しながら、不活性ガスイオンを照射すると同
時に、前記母材を構成する少なくとも１つの原子と前記
被膜を構成する少なくとも１つの原子をそれぞれ蒸発さ
せることによって前記母材に前記母材を構成する少なく
とも１つの原子と前記被膜を構成する少なくとも１つの
原子からなる混合層を形成した後、該混合層上に前記被
膜を形成する高機能性被膜の形成方法であって、前記混
合層の組成比は前記母材に近い部分ほど該母材を構成す
る少なくとも１つの原子の比率が高く且つ前記被膜に近
いほど該被膜を構成する少なくとも１つの原子の比率が
高くなるように変化せしめられたことを特徴とする高機
能性被膜の形成方法。 - 【請求項２】イオン源から不活性ガスイオンを母材表面
へ照射することによって該母材表面のクリーニング処理
を行う第１の工程と、該第１の工程で用いた不活性ガス
イオンのエネルギーより高いエネルギーの不活性ガスイ
オンを前記イオン源から前記母材表面へ照射することに
よって前記母材表面を荒くする第２の工程と、反応性ガ
スイオンを前記母材表面へ照射しながら蒸発源からの蒸
発原子を前記母材表面に向けて照射し、前記蒸発原子と
反応性ガスイオン原子との化合物からなる被膜を前記母
材に形成する第３の工程と、からなることを特徴とする
高機能性被膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28921689A JP2840335B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 高機能性被膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28921689A JP2840335B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 高機能性被膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03150360A JPH03150360A (ja) | 1991-06-26 |
| JP2840335B2 true JP2840335B2 (ja) | 1998-12-24 |
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ID=17740286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28921689A Expired - Fee Related JP2840335B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 高機能性被膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2840335B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5526768A (en) * | 1994-02-03 | 1996-06-18 | Harris Corporation | Method for providing a silicon and diamond substrate having a carbon to silicon transition layer and apparatus thereof |
-
1989
- 1989-11-07 JP JP28921689A patent/JP2840335B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03150360A (ja) | 1991-06-26 |
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