JP3190090B2

JP3190090B2 - ダイヤモンド被覆部材の製造方法

Info

Publication number: JP3190090B2
Application number: JP03193892A
Authority: JP
Inventors: 敏夫磯崎
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH05230658A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド被覆部材の
製造方法に関し、さらに詳しく言うと、基材とこれを被
覆するダイヤモンド類膜との密着性に優れ、実用に際
し、高い性能および優れた耐久性を発揮し、使用寿命が
著しく改善されたダイヤモンド被覆部材を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、切
削工具、研磨工具、ダイスなど高い硬度や耐摩耗性が要
求される工具類や摺動部材、耐摩耗部材には超硬合金、
燒結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドなどが用いられ
ている。これらの中で、ダイヤモンドは、硬度、耐摩耗
性などに著しく優れていることから特に好まれている。

【０００３】こうしたダイヤモンド工具は、従来、超硬
合金や高硬度の金属等からなる基材の表面に燒結ダイヤ
モンドや単結晶ダイヤモンドをろう付け等により装着す
ることにより構成されていた。しかし、この種のダイヤ
モンド工具の場合、ダイヤモンド自体が高価であり、ま
た、ダイヤモンドの基材への装着などの面倒な製造工程
を必要とすることなどにより、量産性が悪く、製造コス
トが高いという問題があった。このほか、ダイヤモンド
が基材から脱落しやすいので耐久性が悪く、さらには、
ダイヤモンド面の面積を大きくすることは事実上制限が
あるなどの理由によって、その応用範囲が狭く限定され
るなど種々の欠点があった。

【０００４】このような情勢の中で、近年に至って、Ｃ
ＶＤ法やＰＶＤ法などの気相法ダイヤモンド合成技術を
用いて、超硬合金や高硬度の金属やセラミックス等から
なる基材の表面にダイヤモンド膜（ダイヤモンド類薄
膜）を析出形成させることによって、各種のダイヤモン
ド被覆部材を製造する技術が注目されてきた。この気相
合成法によるダイヤモンド被覆部材の場合、製造コスト
の低減及び量産化が容易であり、また、広い面積の基材
面に対してもダイヤモンド被覆を均一に行い得るので、
切削工具、研磨工具等の超硬工具のみならず各種の摺動
部材や耐摩耗性部材、さらにはダイヤモンド半導体デバ
イス等の電子・電気機器分野における各種の素材などへ
の広範囲の用途が期待される。

【０００５】このような種々の利点を現実化すべく、ダ
イヤモンド被覆部材について、極めて多様な技術が提案
されてきた。ところが、この種のダイヤモンド被覆部材
においては、一般に、超硬合金やセラミックス等の基材
とダイヤモンド膜との密着性が悪いという基本的な問題
があり、このため、特に切削工具、研磨工具等の超硬工
具類や摺動部材、耐摩耗性部材として用いた時にダイヤ
モンド被覆が剥離したり、損傷を起こしやすく、実用に
際して十分な性能及び耐久性が得られず、使用寿命が短
いという重大な問題が生じていた。

【０００６】そこで、従来、こうした基材とダイヤモン
ド膜の密着性の向上を図ることを課題とし、基材とダイ
ヤモンド膜との間に中間層を設けたり、あるいは、極め
て特殊な材質の基材を用いるなどのさまざまの工夫が行
われてきた。

【０００７】それにもかかわらず、これら従来の技術に
よるダイヤモンド被覆部材のうちの多くは、密着性の改
善が不十分であり、いまだ実用レベルに達していなかっ
た。また、最近、ダイヤモンド類被覆部材が工具や耐摩
耗部材として市販されるようになっては来たが、これら
の市販品においても、基材とダイヤモンド類薄膜との密
着性は、なお十分とは言い難く、使用寿命が短いと言う
問題点があった。

【０００８】すなわち、ダイヤモンド被覆部材は、すで
に実用化の段階に入ってはいるものの、さらに長寿命化
を図るためにも、基材とダイヤモンド類薄膜との密着性
をさらに大きく向上させることが要望されているのであ
る。

【０００９】このような要望に応えるべく、前記中間層
を設ける技術の改良案として、たとえば、各種の材質の
基材の面上にその基材成分と炭素成分とからなる中間層
を形成させ、該中間層の面上に気相合成法によってダイ
ヤモンド膜（ダイヤモンド類薄膜）を形成させ、その中
間層によって基材とダイヤモンド膜の密着性を向上させ
ようとする試みが提案されている（特開昭６０−２０８
４７３号公報、特開昭６１−１０６４７８号公報、特開
昭６１−１０６４９３号公報、特開昭６１−１０６４９
４号公報など）。

【００１０】しかしながら、中間層を用いる技術におい
ては、中間層は基材とダイヤモンド類薄膜の双方に対
して高い密着性を保持することが求められ、しかも、
中間層自体の強度も十分に高くなければならない、とい
う厳しい要求を満たす必要があるので、その最適な材質
の選定は極めて難しい。実際、上記例示の従来法のよう
に中間層の材質の選定やその形成法等に種々の工夫がな
されてきているが、従来法によって得られるところの、
中間層を有するダイヤモンド被覆部材は、いずれの場合
も、上記およびを共に十分に満足するに至ってはお
らず、特に、切削工具や摺動部材等の過酷な条件で使用
に供する場合、十分な耐久性や使用寿命が得られないと
いう問題点があった。

【００１１】一方、基材とダイヤモンド類薄膜との密着
性を改善することとして、主として基材の材質の選定や
改質に着目する方法も種々検討されている。たとえば、
基材とダイヤモンド類薄膜との密着性の悪さがそれらの
熱膨張係数の違いにあることに注目して、基材の組成や
燒結条件を調整して熱膨張係数を制御する方法などがあ
る。

【００１２】こうした方法として、たとえば、ＷＣ−Ｃ
ｏ系の超硬合金基材の組成を調節する方法、窒化珪素等
のセラミックス基材の組成や燒結条件を調整する方法
（特開昭６１−１０９６２８号公報等）などが提案され
ている。しかしながら、超硬合金製基材の場合には、一
般に、超硬合金の組成や製造条件の調節によってその熱
膨張係数をダイヤモンド類薄膜のそれに十分に近い値に
すること自体が難しく、実際、密着性の改善効果は十分
になされていないのが現状であった。一方、セラミック
ス系基材の場合には、該基材自体の熱膨張係数の制御に
重点をおいているので、基材の材質や組成が極めて狭い
範囲に限定されてしまい、たとえ密着性を向上させるこ
とができたとしても、基材自体の硬度と耐破壊靭性等の
特性をも十分に満足させることが困難であるという問題
点があった。

【００１３】実際、このような従来法で得たダイヤモン
ド被覆部材も、切削工具や摺動部材等の過酷な条件で用
いる製品や部材としては耐久性や使用寿命等の点で問題
があり、その実用性能はなお不十分である。

【００１４】これらのほか、基材へのダイヤモンド類薄
膜の密着性の向上をはかるために、基材にたとえば酸処
理等の特殊な処理を施すという方法も提案されている。
しかしながら、従来のこの種の改善技術においても、ダ
イヤモンド類薄膜の密着性の向上効果は十分とは言い難
く、また、酸などの処理剤の作用等によって基材自身も
もろくなるなどの問題点が生じやすい。

【００１５】本発明は、前記事情を鑑みてなされたもの
である。本発明の目的は、超硬合金をベースとする基材
（すなわち、硬度、強度、耐破壊靭性といった機械的強
度等に優れた基材）を用い、これにダイヤモンド類薄膜
が密着性よくコーティングされてなり、たとえば切削工
具等の超硬工具や摺動部材、耐摩耗性部材等として十分
な実用性能及び耐久性を発揮して大幅な長寿命化を達成
することができる高性能のダイヤモンド被覆部材を簡単
な工程で効率よく製造する方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、基材として、たと
えば切削工具用等として十分な機械的強度を発揮するＷ
Ｃ系超硬合金をはじめとする各種の超硬合金の表面に各
種のチタンコート（金属チタン、窒化チタン、炭化チタ
ンおよび炭窒化チタンよりなる群から選択される少なく
とも一種の薄層）で被覆した基材を用い、該基材を特定
の雰囲気および温度範囲で熱処理した後に、そのチタン
コートの面上に気相合成法によってダイヤモンド類薄膜
を形成することによって、基材とダイヤモンド類薄膜と
の密着性に著しく優れ、しかも、基材自体の機械的強度
も高いなどの優れた特性を有する高性能のダイヤモンド
被覆部材を容易に得ることができることを見出した。ま
た、この方法で製造したダイヤモンド被覆部材は、切削
工具、摺動部材等の過酷な条件で使用しても、優れた性
能と十分な耐久性とを発揮し、使用寿命を大幅に改善す
ることができることが判明した。なお、上記基材として
用いるチタンコート超硬合金としては、市販品も好適に
用いることができるという点からも、この方法が実用上
著しく有利な方法であることが認識される。

【００１７】本発明者らは、主として上記の知見に基づ
いて本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
金属チタン、窒化チタン、炭化チタン及び炭窒化チタン
からなる群から選択される少なくとも一種の薄層を超硬
合金製部材の表面に被覆してなる基材を、不活性ガス雰
囲気中において、１，０００〜１，６００℃の温度で熱
処理した後に、該熱処理された基材の表面に気相合成法
によってダイヤモンド類薄膜を形成することを特徴とす
るダイヤモンド被覆部材の製造方法である。

【００１８】本発明の方法においては、前記超硬合金製
の部材の表面に、金属チタン、窒化チタン、炭化チタン
及び炭窒化チタンからなる群から選択される少なくとも
一種の薄層（以下、この薄層をチタンコートと呼ぶこと
がある。）で被覆した基材（以下、これをチタンコート
超硬合金基材もしくはチタンコート超硬合金と呼ぶこと
がある。）が使用される。このチタンコート超硬合金
（チタンコート超硬合金基材）は、市販品を用いてもよ
いし、新たに製造したものを用いてもよい。

【００１９】該超硬合金としては、特に制限はなく、一
般に知られているものなど各種の種類および組成ものが
使用可能であり、たとえば、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｂ、
Ｇａ、Ｓｉなどの一種または二種以上の金属からなる超
硬合金類、これらの金属一種または二種以上と、炭素、
窒素酸素および／またはホウ素等からなる各種の組成の
超硬合金類（具体的には、たとえば、ＷＣ、Ｗ−ＷＣ、
ＷＣ−Ｃ、Ｗ−ＷＣ−Ｃ等のＷ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｃ系、Ｃ
ｏ−ＷＣ、Ｃｏ−Ｗ−ＷＣ、Ｃｏ−ＷＣ−Ｃ、Ｃｏ−Ｗ
−ＷＣ−Ｃ等のＣｏ−Ｗ−Ｃ系、ＴａＣ_x 等のＴａ−Ｃ
系、ＴｉＣ等のＴｉ−Ｃ系、ＭｏＣ_x 、Ｍｏ−ＭｏＣ
_x 、ＭｏＣ_x −Ｃ系等のＭｏ−Ｃ系、ＳｉＣ等のＳｉ−
Ｃ系、Ｆｅ−ＦｅＣ_x 系等のＦｅ−Ｃ系、Ａｌ₂ Ｏ₃ −
Ｆｅ系等のＡｌ−Ｆｅ−Ｏ系、ＴｉＣ−Ｎｉ系等のＴｉ
−Ｎｉ−Ｃ系、ＴｉＣ−Ｃｏ系等のＴｉ−Ｃｏ−Ｃ系、
ＢＮ系、Ｂ₄ Ｃ−Ｆｅ系等のＦｅ−Ｂ−Ｃ系、ＴｉＮ系
等のＴｉ−Ｎ系、ＡｌＮ_x 系等のＡｌ−Ｎ系、ＴａＮ_x
系等のＴａ−Ｎ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ−Ｃ系等のＷ−
Ｔａ−Ｃｏ−Ｃ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ−Ｃ系等のＷ−
Ｔｉ−Ｃｏ−Ｃ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ−Ｃ系
等のＷ−Ｔｉ−Ｔａ−Ｃｏ−Ｃ系、Ｗ−Ｔｉ−Ｃ−Ｎ
系、Ｗ−Ｃｏ−Ｔｉ−Ｃ−Ｎ系など）など多種多様の超
硬合金を挙げることができる。これらの中でも、特に好
ましい例として、たとえば、切削工具用などに好適なＷ
Ｃ系超硬合金（具体的には、たとえば、ＪＩＳＢ４
１０４において使用分類記号Ｐ０１、Ｐ１０、Ｐ２
０、Ｐ３０、Ｐ４０、Ｐ５０等のＰシリーズ、Ｍ１０、
Ｍ２０、Ｍ３０、Ｍ４０等のＭシリーズ、Ｋ０１、Ｋ１
０、Ｋ２０、Ｋ３０、Ｋ４０等のＫシリーズなどの切削
工具用等の超硬合金チップ、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３等のＶシ
リーズなどの線引ダイス用、センタ用、切削工具用等の
超硬合金チップなどのＷＣ−Ｃｏ系等のＷ−Ｃｏ−Ｃ系
超硬合金、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系等のＷ−Ｔｉ
−Ｔａ−Ｃｏ−Ｃ系超硬合金、あるいはこれらのＴａの
一部をＮｂに変えたもの等々）などを挙げることができ
る。なお、これらには、上記以外の他の元素や添加成分
を含有しているものであってもよい。どのような材質お
よび形状の超硬合金を採用するかは、使用目的等に応じ
て適宜に選択すればよい。

【００２０】前記チタンコート超硬合金基材における該
チタンコートは、金属チタン、窒化チタン、炭化チタン
および炭窒化チタンよりなる群から選択される少なくと
も一種であれば良く、各種の組成をもって使用すること
ができる。

【００２１】前記窒化チタンとしては、たとえば、Ｔｉ
Ｎ、あるいは、ＴｉＮ_x 、ＴｉＮ−Ｔｉ、Ｔｉ−Ｎ等に
よって表されるものなどを挙げることができる。前記炭
化チタンとしては、たとえば、ＴｉＣ、あるいは、Ｔｉ
Ｃ_x 、ＴｉＣ−Ｃ、ＴｉＣ−Ｔｉ、ＴｉＣ−Ｔｉ−Ｃ、
Ｔｉ−Ｃ等によって表されるものを挙げることができ
る。前記炭窒化チタンとしては、たとえば、ＴｉＣＮ、
ＴｉＣ・ＴｉＮ、ＴｉＣ_X ・ＴｉＮ_x 、ＴｉＣ・ＴｉＮ
−Ｃ、ＴｉＣ・ＴｉＮ−Ｔｉ、ＴｉＣ・ＴｉＮ−Ｔｉ−
Ｃ、Ｔｉ−Ｎ−Ｃ等によって表されるものを挙げること
ができる。

【００２２】すなわち、前記チタンコートとしては、通
常Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣまたはＴｉＣＮで表されるもの
が好ましいが、これらの二種以上からなるものであって
もよく、さらには、これらの一種または二種以上に、Ｔ
ｉ、Ｃおよび／またはＮ成分が過剰に含有しているもの
であってもよい。また、このチタンコートには、本発明
の目的を阻害しない範囲で、Ｔｉ、ＣおよびＮ以外の他
の元素もしくは成分を含有してもよい。

【００２３】該チタンコートを前記超硬合金製基材の面
上に形成させる方法としては、一般に用いられている方
法等を採用することができる。

【００２４】前記チタンコートの膜厚としては、特に制
限はないが、通常、０．１〜３μｍ程度であることが好
ましい。この膜厚が、あまり薄すぎると該チタンコート
に基づくダイヤモンド類薄膜の密着性の向上効果が十分
に得られないことがあり、一方、あまり厚すぎるとダイ
ヤモンド類薄膜が、強度的に最も弱いチタンコートと共
に剥離しやすくなるなどの支障が生じることがある。

【００２５】本発明の方法においては、前記チタンコー
ト超硬合金基材を、不活性ガス雰囲気中において、１，
０００〜１，６００℃で、好ましくは１，２００〜１，
４５０℃で熱処理した後に、この熱処理した基材の少な
くともチタンコート表面に気相合成法によってダイヤモ
ンド類薄膜を形成させることが重要である。

【００２６】このような条件下に熱処理するとダイヤモ
ンドの合成を阻害するＣｏやＮｉが基材の表層部に熱拡
散されるのが、チタンコートによって抑止される。同時
に、チタンコート層のチタンやチタン化合物が、超硬合
金基材表面層に含浸して、チタンコート層と基材の間の
密着性が向上することになる。

【００２７】ここで、不活性ガスとしては、たとえば、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、あるいはＮ₂ 等のチタ
ンコートに対して実質的に不活性なガスを挙げることが
できる。なお、これらの不活性ガスは、一種単独で用い
てもよいし、二種以上を混合ガス等として併用してもよ
い。また、該不活性ガスには、本発明の目的を阻害しな
い範囲で、上記不活性ガス以外の他の成分を含有してい
てもよい。

【００２８】前記熱処理の温度が１，０００℃未満であ
ると、熱処理温度が低過ぎるので熱処理効果（熱処理に
よるチタンコートの熱変性に基づくダイヤモンド類薄膜
との密着性向上効果およびチタンコートの超硬合金製基
材の表面もしくは表面層への反応および含浸等によるチ
タンコートと超硬合金製基材との密着性向上効果）が不
十分になり、一方、熱処理温度を１，６００℃よりも高
くすると、チタンコート超硬合金基材に変形または損傷
が生じることがあり、いずれの場合も本発明の目的を十
分に達成することができない。

【００２９】前記熱処理を行う際の系の圧力としては、
特に制限はないが、該熱処理は、通常、数Ｔｏｒｒ〜
３，０００気圧の範囲の圧力下で行うのがよく、一般
に、高圧で行うほどよい。

【００３０】また、前記の不活性ガス雰囲気中および温
度範囲で行う前記熱処理の時間すなわち熱処理時間は、
通常、５分間以上とするのが好ましく、特に、３０分間
〜５時間の範囲に選定するのが好ましい。この熱処理時
間が、５分間未満であると、処理時間が短すぎて、十分
な熱処理効果が得られずダイヤモンド類薄膜の密着性の
向上効果が不十分となることがある。

【００３１】前記チタンコート超硬合金基材に、以上の
ようにして特定の条件で熱処理を行った後、ダイヤモン
ド類薄膜を気相合成法によって形成させる。このダイヤ
モンド類薄膜は、該熱処理した基材の少なくともそのチ
タンコートの面上に形成させるならば、基材の全面に形
成させてもよいし、所望の部分面に形成させてもよい。

【００３２】また、このダイヤモンド類薄膜の形成に先
駆けて、該基材の面（少なくとも該ダイヤモンド類薄膜
を形成させる面）に対して、必要に応じて適宜に、たと
えばダイヤモンド砥粒等による表面傷付け処理を施して
もよい。この表面傷付け処理は、公知の方法に準じて行
うことができる。このような表面傷付け処理（特にダイ
ヤモンド砥粒による表面傷付け処理）を行うことによっ
て、少なくともチタンコートのダイヤモンド類薄膜に対
するアンカー効果をより一層向上させることができ、そ
の結果、基材とダイヤモンド類薄膜の密着性をより一層
向上させることができるなどの好ましい効果がしばしば
得られるので、通常、表面傷付け処理を行うことが望ま
しい。

【００３３】前記ダイヤモンド類薄膜の形成は、従来の
気相合成法等の各種の気相合成法によって行うことがで
き、中でも、ＣＶＤ法による方法が好適に採用される。
こうしたダイヤモンド類薄膜の気相合成法としてのＣＶ
Ｄ法としては、たとえば、μ波プラズマＣＶＤ法、高周
波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＤＣア
ークプラズマＣＶＤ法等の多種多様の方法が知られてい
る。本発明の方法においては、これらのいずれの方法も
適用することができるが、中でも、特に、μ波プラズマ
ＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法や熱フィラメントＣ
ＶＤ法などが好適に適用される。

【００３４】また、こうしたプラズマＣＶＤ法によるダ
イヤモンド類薄膜の気相合成法においては、原料ガスと
して、少なくとも炭素源ガスを含む各種の種類および組
成の原料ガスを使用することのできることが、知られて
いる。原料ガスとして、たとえば、ＣＨ₄ とＨ₂ の混合
ガス等のように炭化水素を炭素源ガスとして含有する原
料ガス、ＣＯとＨ₂ の混合ガス等のように炭化水素以外
の炭素化合物を炭素源ガスとして含有する原料ガスな
ど、各種の原料ガスを挙げることができる。

【００３５】本発明の方法においては、ダイヤモンド類
薄膜の形成が可能であれば、上記の原料ガス等を初めと
する従来法で使用されている原料ガスなどの各種の原料
ガスを適宜に使用してダイヤモンド類薄膜を形成させる
ことができる。中でも、ＣＯとＨ₂ との混合ガス、ある
いはＣＨ₄ とＨ₂ との混合ガスが好ましい。特に、ＣＯ
とＨ₂ との混合ガスを原料ガスとして使用すると、炭化
水素を用いた場合に比べてダイヤモンド類の堆積速度が
速くて、効率よく製膜することができるなどの点で優れ
ている。

【００３６】以下に、この特に好ましいダイヤモンド類
薄膜の形成方法の例として、ＣＯとＨ₂ を原料ガスとし
て用いる方法について、その好適な方法の例を説明す
る。すなわち、本発明の方法においては、前記ダイヤモ
ンド類薄膜の形成は、下記の一酸化炭素と水素ガスとの
混合ガスを原料ガスとして用いる方法（以下、この方法
を、方法Ｉと称すことがある。）によって特に好適に行
うことができる。

【００３７】すなわち、この方法Ｉは、一酸化炭素と水
素とを、一酸化炭素ガスが１容量％以上となる割合で、
含有する混合ガスを励起して得られるガスを、チタンコ
ート超硬合金基板に接触させることを特長とする。

【００３８】この方法Ｉにおいて、使用に供する前記一
酸化炭素としては特に制限がなく、たとえば石炭、コー
クスなどと空気または水蒸気を熱時反応させて得られる
発生炉ガスや水性ガスを充分に精製したものを用いるこ
とができる。使用に供する前記水素について特に制限が
なく、たとえば石油類のガス化、天然ガス、水性ガスな
どの変成、水の電解、鉄と水蒸気との反応、石炭の完全
ガス化などにより得られるものを充分に精製したものを
用いることができる。

【００３９】この方法Ｉにおいては、原料ガスとして一
酸化炭素と前記水素とを、一酸化炭素ガスの含有量が１
容量％以上、好ましくは３容量％以上、さらに好ましく
は５容量％以上となる割合で、含有する混合ガスを励起
して得られるガスを、前記チタンコート超硬合金基材に
接触させることにより、その所定の面上にダイヤモンド
類を堆積させる。前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含
有量が１容量％よりも少ないとダイヤモンドが生成しな
かったり、ダイヤモンドがたとえ生成してもその堆積速
度が著しく小さい。

【００４０】前記原料ガスを励起して励起状態の炭素を
含有する前記原料ガスを得る手段としては、たとえばプ
ラズマＣＶＤ法、スパッタ法、イオン化蒸着法、イオン
ビーム蒸着法、熱フィラメント法、化学輸送法などの従
来より公知の方法を用いることができる。

【００４１】前記プラズマＣＶＤ法を用いる場合には、
前記水素は高周波またはマイクロ波の照射によってプラ
ズマを形成し、前記化学輸送法および熱フィラメント法
などのＣＶＤ法を用いる場合には、前記水素は熱または
放電により原子状水素を形成する。この原子状水素は、
ダイヤモンドの析出と同時に析出する黒鉛構造の炭素を
除去する作用を有する。

【００４２】この方法Ｉにおいては、前記原料ガスのキ
ャリヤーとして、不活性ガスを用いることもできる。不
活性ガスの具体例としては、アルゴンガス、ネオンガ
ス、ヘリウムガス、キセノンガス、窒素ガスなどが挙げ
られる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以
上を組合わせて用いてもよい。

【００４３】この方法Ｉにおいては、以下の条件下に反
応が進行して、チタンコート超硬合金基材上にダイヤモ
ンド類が析出する。すなわち、前記チタンコート超硬合
金基材の表面の温度は、前記原料ガスの励起手段によっ
て異なるので、一概に決定することはできないが、たと
えばプラズマＣＶＤ法を用いる場合には、通常、４００
℃〜１，０００℃、好ましくは４５０℃〜９５０℃であ
る。この温度が４００℃より低い場合には、ダイヤモン
ドの堆積速度が遅くなったり、励起状態の炭素が生成し
ないことがある。一方、１，０００℃より高い場合に
は、チタンコート超硬合金基材上に堆積したダイヤモン
ドがエッチングにより削られてしまい、堆積速度の向上
が見られないことがある。反応圧力は、通常、１０^-3〜
１０³ ｔｏｒｒ、好ましくは１〜８００ｔｏｒｒであ
る。反応圧力が１０^-3ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダ
イヤモンドの堆積速度が遅くなったり、ダイヤモンドが
析出しなくなったりする。一方、１０³ ｔｏｒｒより高
くしてもそれに相当する効果は得られない。

【００４４】以上のようにして、前記チタンコート超硬
合金基材の所定の面上に、ダイヤモンド類薄膜を好適に
形成することができる。本発明の方法においては、前記
ダイヤモンド類薄膜の形成は、もちろん、上記の方法Ｉ
以外の方法を適用して行ってもよい。

【００４５】形成させる前記ダイヤモンド類薄膜の膜厚
は、使用目的等に応じて適宜に適当な膜厚にすればよ
く、この意味で特に制限はないが、通常は、１〜１００
μｍの範囲に選定するのがよい。この膜厚が、あまり薄
すぎると、ダイヤモンド類薄膜による被覆効果が十分に
得られないことがあり、一方、あまり厚すぎると、使用
条件によっては、ダイヤモンド類薄膜の剥離等の離脱が
生じることがある。なお、切削工具等の過酷な条件で使
用する場合には、通常、この厚みを、５〜５０μｍの範
囲に選定するのが好適である。

【００４６】以上のように前記各種のチタンコート超硬
合金製基材を前記所定の条件で熱処理した後、ダイヤモ
ンド類薄膜を形成することによって、チタンコートとダ
イヤモンド類薄膜との密着性およびチタンコートと超硬
合金部材との密着性を共に著しく向上させることがで
き、結果として、チタンコート超硬合金基材とダイヤモ
ンド類薄膜との密着性が著しく改善された高性能のダイ
ヤモンド被覆部材を得ることができる。また、本発明の
方法によれば、基材のベースとして各種の超硬合金を使
用することができ、特に、たとえば切削工具用等として
適切なＷＣ系超硬合金等の機械的強度等に優れた超硬合
金も好適に使用することができ、その面上に設けられて
られているチタンコート層自体の機械的強度も十分に高
いので、この点からもダイヤモンド被覆部材全体に高い
機械的強度および高い耐久性を与えることができる。さ
らに、この方法は、製造が著しく簡単であるなどの製造
上の利点も有している。

【００４７】すなわち、本発明の方法によって製造され
た各種のダイヤモンド被覆部材は、その基材とダイヤモ
ンド類薄膜の特性を生かした広範囲の用途に有利に利用
することができ、中でも基材の高い機械的強度および基
材とダイヤモンド類薄膜の高い密着性が要求される切削
工具、研磨工具等の超硬工具部材、摺動部材、耐摩耗性
部材をはじめとする各種の製品または部材として特に有
利に使用することができる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例およびその比較例によ
って本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれ
らの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実
施例および比較例におけるダイヤモンド類薄膜の基材と
の密着性の評価は、次のようにして行った。

【００４９】ダイヤモンド類薄膜の密着性の評価法（イ
ンデンテーション法）ピラミッド型のダイヤモンドビッカース圧子を、荷重３
０ｋｇ・ｆ、保持時間３０秒間の条件で、試験片（ダイ
ヤモンド類薄膜被覆基材）のダイヤモンド類薄膜面から
基材に押し込み、該圧子によるそのダイヤモンド類薄膜
の剥離面積を求め、この測定値の大小によってダイヤモ
ンド類薄膜の基材に対する密着性の良否（大小）を評価
した。

【００５０】（実施例１〜１０）表１に示すように、基
材として、それぞれ、切削工具用チップであるサイズ１
２．７ｍｍｘ１２．７ｍｍ角の超硬合金製の部材（Ｋ１
０、Ｍ１０またはＰ１０）にチタンコート（ＴｉＮ、Ｔ
ｉＣＮまたはＴｉＣからなる薄層）を被覆した基材を用
い、これを表１に示す各々の熱処理条件で熱処理した。
ここで、それぞれの超硬合金製基材について、Ｋ１０、
Ｍ１０およびＰ１０は、それぞれ、ＪＩＳＢ４１０４
に基づく、超硬合金チップの使用分類記号を示し、これ
らの超硬合金は、それぞれ、以下に示す組成を有してい
る。

【００５１】超硬合金製基材の組成Ｋ１０：ＷＣ−Ｃｏ系（Ｗ：８７重量％，Ｃｏ：７重量
％，Ｃ：６重量％）の超硬合金Ｍ１０：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系（Ｗ：７０重量
％，Ｔｉ：７重量％，Ｔａ：７重量％，Ｃｏ：８重量
％，Ｃ：８重量％）の超硬合金Ｐ１０：ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系（Ｗ：５０重量
％，Ｔｉ：２３重量％，Ｔａ：１７重量％，Ｃｏ：９重
量％，Ｃ：１１重量％）の超硬合金上記熱処理後、それぞれの熱処理したチタンコート超硬
合金基材の面上（少なくともチタンコートの面上）を平
均粒径１０μｍのダイヤモンド砥粒で傷付け処理し、次
いで、該面上に下記の条件でダイヤモンド類薄膜を形成
させ、各ダイヤモンド被覆部材を得た。なお、形成した
ダイヤモンド類薄膜の膜厚は、いずれの場合もほぼ２５
μｍであった。

【００５２】ダイヤモンド類薄膜の合成条件原料ガス：ＣＯ（１５ｖｏｌ％）とＨ₂ （８５ｖｏｌ
％）の混合ガス合成条件：反応圧力４０Ｔｏｒｒ，基板温度９００℃，
合成時間１０時間合成法（原料ガス励起法）：μ波プラズマＣＶＤ法。

【００５３】次に、上記で得た、各ダイヤモンド被覆部
材（試験片）に対して、前記のインデンテーション法に
よって、ダイヤモンド類薄膜と基材との密着性を評価し
た。その結果を、表１に示す。

【００５４】（比較例１〜９）表１に示すように、上記
実施例１〜９で用いたものと同じそれぞれのチタンコー
ト超硬合金製基材を用い、これらを熱処理することなし
に、それぞれ、実施例１〜１０と同様にして表面傷付け
処理およびダイヤモンド類薄膜の形成を行い、比較例と
してのそれぞれのダイヤモンド被覆部材を得た。なお、
これらのダイヤモンド被覆部材におけるダイヤモンド類
薄膜の膜厚は、いずれの場合もほぼ２５μｍであった。

【００５５】次に、上記で得た、各ダイヤモンド被覆部
材（比較試験片）に対して、実施例１〜１０と同様にし
て前記のインデンテーション法によって、ダイヤモンド
類薄膜と基材との密着性を評価した。その結果を、表１
に示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】

【発明の効果】本発明の方法によると、基材として、た
とえば切削工具用等として十分な機械的強度を発揮する
ＷＣ系超硬合金をはじめとする各種の超硬合金の面上に
各種のチタンコート（窒化チタン、炭化チタンまたは炭
窒化チタンからなる薄層）で被覆した基材という特定の
材質および構成の基材を用い、該基材を特定の雰囲気お
よび温度範囲で熱処理するという特定の前処理を施した
後に、少なくともそのチタンコートの面上に気相合成法
によってダイヤモンド類薄膜を形成させているので、基
材とダイヤモンド類薄膜との密着性に著しく優れ、しか
も、基材自体の機械的強度も高いなど優れた特性を有す
る高性能のダイヤモンド被覆部材を容易に得ることがで
きる。

【００５８】したがって、本発明の方法によると、特
に、切削工具、摺動部材等が遭遇する過酷な条件で使用
しても、優れた性能と十分な耐久性とを発揮し、使用寿
命を大幅に改善することができるなどの利点を有する各
種のダイヤモンド被覆部材を得ることができる。

【００５９】さらに、本発明の方法は、上記基材として
用いるチタンコート超硬合金として、新たに製造したも
のはもとより、市販品も好適に用いることができるとい
う点からも、実用上著しく有利である。

【００６０】すなわち、本発明によると、基材とダイヤ
モンド類薄膜との密着性に優れ、しかも、基材自体の機
械的強度をも十分に高くすることができるなどの優れた
性能を有するダイヤモンド被覆部材であって、たとえば
切削工具等の超硬工具や摺動部材、耐摩耗性部材等とし
て実用に供した際にも十分な実用性能及び耐久性を発揮
して大幅な長寿命化を達成することができる高性能のダ
イヤモンド被覆部材を簡単な工程で効率よく製造するこ
とができる実用上著しく有用なダイヤモンド被覆部材の
製造方法を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 B23P 15/28 C30B 29/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属チタン、窒化チタン、炭化チタン及
び炭窒化チタンからなる群から選択される少なくとも一
種の薄層を超硬合金製部材の表面に被覆してなる基材
を、不活性ガス雰囲気中において、１，０００〜１，６
００℃の温度で熱処理した後に、該熱処理された基材の
表面に気相合成法によってダイヤモンド類薄膜を形成す
ることを特徴とするダイヤモンド被覆部材の製造方法。