JP3031719B2 - 無電解めっきニッケル層へのダイヤモンド膜蒸着法 - Google Patents

無電解めっきニッケル層へのダイヤモンド膜蒸着法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、一般的には、ダイヤモンド膜の蒸着法に関
し、一層詳しくは、無電解めっきニッケル層上にダイヤ
モンド膜を蒸着させる方法に関する。
従来技術の説明 ダイヤモンド膜は、天然ダイヤモンドと同様な優れた
物理特性を有するので、一般的に、保護被覆、エンジニ
アリング材料、電子材料等、種々の目的で使用される。
ダイヤモンド被覆を造る方法は、化学蒸着法（以下、
「CVD」という。）と物理蒸着法（以下、「PVD」とい
う。）とに大別される。CVD法には、マイクロ波CVD、熱
フィラメントCVD、高周波CVD、電子サイクロトロン共鳴
CVD、直流プラズマCVD等が含まれ、一方、PVD法には、
イオンめっき法、イオンビームスパッタリング法、イオ
ン蒸着法、イオンビーム蒸着法等が含まれる。
これらのダイヤモンド被覆法は、高温高圧を使用する
従来法と異なる。また、種々の形状を有する物体を被覆
することができ、そのために被覆面積を大きくすること
ができる。従って、ダイヤモンド被覆法は、経済面及び
応用性において世界的関心を呼び起こし、特に先進諸国
の間で活発に工業化されている。
しかし、全ての材料がダイヤモンドで被覆できる訳で
はない。ダイヤモンドは、非金属であり非鉱物質である
ため、ダイヤモンド膜は、金属、セラミックス等の材料
の上に容易には形成されない。また、形成されたとして
も、ベース層への密着性に問題がある。
シリコン等の金属、又はアルミナ、シリカ等の酸化物
材料の上にダイヤモンド被覆を形成する方法は周知であ
る。しかし、高速度工具鋼、超硬合金（Ｍ又はＰ型）、
粉体超硬合金又はステンレス鋼等の上にダイヤモンド被
覆を形成することは、上記の通りの密着性が悪いと言う
理由で、実用化し難い。
前記密着性の問題を解消すべく、多くの努力が成され
てきた。例えば、日本特開平３−232973号明細書は、CV
D法又はPVD法によってダイヤモンドチップへAl2O3、Ti
N、ZrN、BN等を被覆して、ダイヤモンドチップへの密着
性を改善し、それによって工具の寿命を延長することを
開示する。日本特開平１−104970号及び韓国公開特許92
−801号明細書では、金属蒸着法（真空蒸着法、イオン
めっき法、MOCVD又はスパッタリング法）を用いて、WC8
0重量％以上の超硬合金の表面に、Ti、Zr、Hf、Ｖ、N
b、Ta、Cr、Mo、Ｗ、Si及び同等物から選ばれる少なく
とも１種の金属で表面層を形成し、次いで、その金属表
面の上に、ダイヤモンド薄膜を蒸着させることによっ
て、ダイヤモンド薄膜の密着性を向上させている。
しかし、前記従来技術はいずれも、無電解めっき法を
採用していない。この無電解めっき法によると、表面層
又は中間層を形成する際、材料の種類に関係なく、密着
性に優れ、めっきが可能となる。
発明の要約 本発明者らは、密着性に優れた、ダイヤモンド膜の蒸
着法の必要性があると認識し、無電解ニッケルめっき層
上のダイヤモンド被覆は、従来技術の持つ上記問題を解
消するのに優れていることを見出した。
本発明の目的は、被めっき基体の材料に関係なく密着
性に優れたダイヤモンド膜の蒸着法を提供することにあ
る。
ダイヤモンド膜蒸着のための本発明は、還元剤を含有
する無電解ニッケルめっき浴中に金属材料又は非金属材
料を浸漬して、ニッケル層を形成し、次いで、前記無電
解めっき済み材料の上にダイヤモンド膜を蒸着させるこ
とから成る、連続工程から成る。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の例１によるダイヤモンド膜を示す走
査電子顕微鏡写真（500倍）である。
図２は、本発明の例２によるダイヤモンド膜を示す走
査電子顕微鏡写真（500倍）である。
好ましい具体例の説明 無電解めっきは、化学触媒反応を使用した金属めっき
法の一種であり、非通電手段によって被覆を形成すると
いう点で電気めっきと異なる。無電解めっき法は、プラ
スチック、紙、繊維、セラミックス、金属等ほぼ全ての
材料に膜を形成させることができる。無電解めっき法に
よって、複雑な形状のあらゆる構造物も被覆することが
できる。また、無電解めっきによる被覆は、耐食性、耐
アルカリ性、ロー付け性、密着性、耐熱性等、種々の用
法のための優れた物理特性を有し、自動車、航空機、機
械、電子部品、化学プラント等、種々の目的に適用され
る。
本発明によると、金属材料又は非金属材料に、先ず、
無電解めっき法によってめっきしてニッケル層を形成
し、次いで、ダイヤモンド膜を蒸着させる。
無電解めっきを利用した本発明によって提供される方
法は、基体材料へのダイヤモンド膜の密着性を改善し得
る。また、本発明によって採用する方法は、通常、めっ
きされるべき材料に関係なく実施し得る。
無電解Ni−Ｐめっき法、無電解Ni−Ｂめっき法は、還
元剤としてそれぞれ、次亜リン酸ナトリウム、アミンボ
ラン化合物を用いた一般的無電解めっき法として選ばれ
る。
ニッケル層上でのダイヤモンド膜の蒸着は、熱CVD
法、熱フィラメントCVD法、マイクロ波CVD法、ECRマイ
クロ波CVD法、熱プラズマCVD法（直流又は交流）等のCV
D法の一つによって実施することができる。
本発明におけるめっき用基体として、あらゆる種類の
材料（特に、鉄ベース超硬工具合金、Fe、Co、Ni、Cr等
を含有する超硬合金、又はセラミックス、プラスチック
ス等の非金属）を使用することができる。
本発明の好ましい具体例は、特別な例について更に説
明する。
例１ 超硬工具合金（WC＋10％Co）の試片を前処理して、そ
の表面を活性化し、次いで、洗浄して油、ダスト等の汚
染物質を除去した。その後、その試片は、ダイヤモンド
粉（30〜40μｍ）を含有するアルコール中で２時間、超
音波処理にかけた。超音波処理済み試片は、還元剤とし
てNaH2PO2を含む無電解Ni−Ｐめっき浴中に90℃で１時
間浸漬し、次いで、その試片は、窒素雰囲気で乾燥し
た。
このニッケル被覆済み試片は、反応性ガス（CH40.5
％、O2１％、及びH2残り）の室の中に置いた。次いで、
その試片の上に、基体温度900℃、減圧圧力40トールで
６時間の間、2.54GHz、1,100Wのマイクロ波電力を用い
たマイクロ波CVDを使用して、ダイヤモンド膜を蒸着
し、厚さ約５μｍを得た。
得られた蒸着済み試片は、ラマン分光分析によって分
析し、1,333cm-1のダイヤモンドピークを示した。その
表面は、走査電子顕微鏡を用いて観察し、図１に示すよ
うなダイヤモンド膜であることを確認した。
かくして得られたダイヤモンド被覆は、無電解めっき
済みニッケル層を用いないで得られたダイヤモンド被覆
と比べて、密着力は約10倍優れている。
例２ 無電解Ni−Ｂめっき浴に還元剤としてジメチルアミン
ボランを含有させ、50℃に維持したことを除き、例１と
同様の方法で、前処理済み超硬工具（WC＋15％Co）の上
に１時間、ニッケルを被覆した。その後、それは窒素雰
囲気中で乾燥した。
次いで、例１と同様の条件下、マイクロ波CVD法を用
いて、ニッケルめっき済み試片上にダイヤモンド膜を蒸
着させた。
ラマン分光分析によって、1,333cm-1のダイヤモンド
ピークを観察した。走査電子顕微鏡を用い、図２に示す
ようにダイヤモンド被覆表面を観察した。
例３ 例１と同様の方法によって、Si3N4のセラミック試片
を無電解Ni−Ｐめっきにかけた。
その後、ニッケルめっき済み試片は、反応性ガス（CH
4１％、H299％）の室の中に置いた。次いで、2,000℃の
フィラメント温度、850℃の基体温度及び−20Vのバイア
ス電圧の熱フィラメントCVD法を使用して、70トールの
減圧圧力下、200Vで６時間の間、前記試片の上にダイヤ
モンド膜を蒸着した。
蒸着済み試片は、ラマン分光分析によって分析し、1,
333cm-1のダイヤモンドピークを示した。試片表面は、
走査電子顕微鏡を用いて観察し、例１のダイヤモンド膜
に類似のダイヤモンド膜であることを確認した。
例４ 例２と同様の方法によって、Si3N4のセラミック試片
を無電解Ni−Ｂめっきにかけた。
次いで、例３と同様の方法によって、ニッケルめっき
済みセラミック試片の上に、ダイヤモンド被覆を蒸着し
た。
得られた蒸着済み試片について、ラマン分光分析及び
走査電子顕微鏡観察を行った。例３と類似の結果が得ら
れた。
例５ 超硬工具合金（WC＋10％Co）の試片を、例２のように
無電解Ni−Ｂめっきにかけた後、その試片に、プラズマ
発生ガスとしてAr及びH2を使用して、アノードから放電
した10kwの電力を加えた。次いで、そのアノードの下か
らCH4の原料ガスを導入した。Ar、H2及びCH4の流量は、
それぞれ、１リットル／分、１〜20リットル／分、0.5
〜５リットル／分であった。
直流の熱CVD法を使用して、前記試片の上に、50トー
ルの圧力下、1,000℃の基体温度で10分間、ダイヤモン
ド膜を蒸着した。
ラマン分光分析及び走査電子顕微鏡観察の結果は、例
１の結果と類似していた。
ニッケル層上に蒸着したダイヤモンド膜は、裸表面の
上に蒸着したダイヤモンド膜と比べて、密着力が少なく
とも10倍優れていた。
例６ シリコン・ウェーハ（Ｐ型）を無電解ニッケルめっき
し、例１と類似の方法によって、ダイヤモンド膜で被覆
した。
ラマン分光分析によって分析した蒸着済み試片は、例
１と同様の結果を示す。
走査電子顕微鏡により観察した、得られた膜の表面
は、例２と同様であった。
例７ 黄銅ベース試片は、無電解ニッケルめっきを行い、基
体温度が500℃であったことを除き例１と類似の方法に
よって、ダイヤモンド膜で被覆した。
ラマン分光分析及び走査電子顕微鏡観察の結果は、例
１の結果と類似していた。
ここで観察された、本発明の他の特徴、利点及び具体
例は、当業者が前記開示内容を読めば一層明らかになる
であろう。この点に関し、本発明の特定の具体例をかな
り詳細に述べてきたが、これらの具体例の変形及び変更
は、説明した通りの、及び特許請求した通りの発明の精
神及び範囲から逸脱しないで、実施することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パルク，クワング − ジャ 大韓民国 138−220 ソウル，ソングパ − ク，アパートメント 519−1004, ジャムシル − ドン，27

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】還元剤を含有する無電解ニッケルめっき浴
    中に金属材料又は非金属材料を浸漬して、ニッケル層を
    形成し、次いで、 前記無電解めっき済み材料の上にダイヤモンド膜を蒸着
    させる、 連続工程から成る、ダイヤモンド膜の蒸着法であって、 無電解ニッケルめっき浴の還元剤は、NaH2PO2又はジメ
    チルアミンボランから選ばれ；しかも、ダイヤモンド膜
    の蒸着は、熱化学蒸着法、マイクロ波化学蒸着法、電子
    サイクロトロン共鳴マイクロ波化学蒸着法又は熱プラズ
    マ化学蒸着法によって行う、上記蒸着法。
JP08507953A 1994-08-24 1994-08-24 無電解めっきニッケル層へのダイヤモンド膜蒸着法 Expired - Lifetime JP3031719B2 (ja)

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