JP4264588B2 - 硬質物質の吹付接着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質物質の吹付方法に関するものであり、その一つの目的は、高い硬度が必要な研磨材、切削材、及び、摺動材を提供することである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドや等軸系窒化硼素（以下ｃ−ＢＮと記す）は極めて硬く、高性能の研磨剤や切削材として産業上不可欠の物質となっており、最近では、新たに、ヘテロ系の硬質物質である、立方晶Ｂ−Ｃ−Ｎ物質（特開平６−３１６４１１号）、β−Ｃ₃Ｎ₄及び立方晶Ｃ₃Ｎ₄（A. Y. Liu and M. L. Cohen, Science, 245,841 (1989) , A. Y. Liu and R. M. Wentzcovitch, Phys. Rev. B50, 10362 81994）、及び、E. E. Haller, M. L. Cohen and W. L. Hansen, U.S. Patent 5,110,679 (1992)）が報告されている。これらの硬質物質は非常に高価であるため、近年は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）などにより、これらの硬質物質の成膜研究が行われている。例えば、ダイヤモンドの成膜は、メタン−水素系を原料ガスに用いた高周波ＣＶＤによって達成されている。しかし、ダイヤモンド以外の硬質物質の成膜については、未だ達成されていないか、又は、β−Ｃ₃Ｎ₄のように基板上に析出した膜状物質の中に電子顕微鏡で観察できる程度の極微小な部分にしか生成が確認されていないのが現状である（K. M. Yu, M. L. Cohen, E. E. Haller, W. L. Hansen, A. Y. Liu and I. C. Wu, Phys. Rev., 49,5034, (1994)）。また、ＣＶＤ及びＰＶＤ法には、基板の大きさ及び形状の自由度が小さく、成膜速度がおそいという現実的な問題があるため、硬質物質の接着及び成膜には、簡単で確実な新しい方法が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑み、硬質物質の吹付接着方法を提供することを目的として成されたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、衝撃加速した硬質物質の粒子を、対象とする被着体へ噴射することを試みることによって、前記目的を達成することを見出し、こ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、硬質物質の粒子を流体中に浮遊させ、流体と共に衝撃加速し、被着体に噴射することを特徴とする硬質物質の吹付接着方法を提供するものである。
【０００５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００６】
本発明の硬質物質とは、ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、立方晶Ｂ−Ｃ−Ｎ物質、β−Ｃ₃Ｎ₄、立方晶Ｃ₃Ｎ₄などの高硬度物質が対象である。本発明は、これらの物質を衝撃加速して被着体に吹付接着するが、その方法は、例えば、衝撃圧縮接着装置によって行うことができる。図１はその衝撃圧縮接着装置の概略説明図である。該装置は、円筒型の二重管構造となっており、中心に硬質物質と流体を入れるための試料室（３）、その外周に空間（６）と飛翔板（７）を設け、さらにその外周に火薬充填部（８）を設け、装置下部に、衝撃圧縮された流体及び粒子を吹き出すための吹出口（１０）を設け、吹出口に面して、硬質物質を接着させるための被着体（１１）が設けられている。該装置には、他に、流体を供給するための流体供給部（９）が付帯している。流体としては、通常、窒素、アルゴン、ヘリウムなどのいわゆる不活性ガスが用いられるが、場合によっては、空気、炭酸ガス、液体窒素、水などを用いることもできる。試料室における硬質物質の状態は、試料室下部に沈降させた状態、流体中に浮游させた状態、流体と共に循環させた状態など、目的に応じて適宜、選択することができる。試料室における流体と硬質物質の割合は、目的に応じて任意に設定する。火薬の爆発によって飛翔板が試料室に与える衝撃圧は、通常、５〜５０ＧＰａが好ましいが、場合によっては、この範囲外でも良い。衝撃圧によって、試料室は、上部から下部に向かって円錐状に圧縮され、中心には強い衝撃波が生じ、衝撃波によって加速された硬質物質の粒子は、流体と共に、被着体に噴射される。この時の、粒子速度は、火薬の爆速に匹敵するほどの高速が得られるので、硬質物質は、被着体表面に強く接着される。被着体として用いる材料は、炭素材料、金属、セラミックなど、目的に応じて、適宜選択される。また、流体として例えば窒素ガスを用いた場合、衝撃圧縮によってプラズマ状に解離するので、被着体がが、シリコン、鋼材の場合には、その表面を硬質化するのに役立つ。被着体である物体の形状は、平板状、球体状、凹凸状、中空状など、目的に応じて自由度が高いのが本発明のもう一つの特徴である。さらに、本発明の方法を繰り返し行うことによって、硬質物質の接着層を任意に調整する事ができる。また、本発明により硬質物質を接着した物体は、ＣＶＤ及びＰＶＤの基板として用いると、硬質物質の成膜速度を促進することが期待できる。
【０００７】
【実施例】
以下に、実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【０００８】
（実施例）
硬質物質として立方晶ＢＣ_2.5Ｎを用い、図１の装置を用いて実験を行った。立方晶ＢＣ_2.5Ｎは、特開平６−３１６４１１号に記載の方法に従って作成した。流体としては、窒素ガスを用いた。硬質物質０．１ｇを試料室（３）に充填し、２気圧の圧縮窒素ガスを導入し、粉末状の硬質物質を試料室下部に浮游させた。装置上部の雷管及びブースター（１，２）によって、火薬充填部（８）の火薬（四硝酸ペンタエリスリット）を起爆させ、飛翔板（７）としての銅板をスチール製試料室円筒管（４）に衝突させ、内部の試料及び流体を衝撃圧縮し、試料室の下部に設けた被着体に噴射した。被着体（１１）として鋼板（縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を設けた。衝撃圧は約２０ＧＰａであった。実験終了後、鋼板を取出し、吹付表面を光学顕微鏡で観察した結果、吹出口に面した部分において、ほぼ均一に、硬質物質が接着していることが確認された。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の方法によって硬質物質を接着した材料は、研磨材、切削材、摺動材として利用でき、産業上大いに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いられた衝撃圧縮接着装置の概略説明図。
【符号の説明】
１．雷管
２．ブースター
３．試料室
４．試料円筒管
５．試料
６．空間
７．飛翔板
８．火薬充填部
９．流体供給ライン
１０．吹出口
１１．被着体

Claims (1)

1. 硬質物質の粒子を流体中に浮遊させ、流体と共に衝撃加速し、被着体に噴射することを特徴とする硬質物質の吹付接着方法。

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