JP4753489B2

JP4753489B2 - Ｄｌｃ被覆粉体の焼結体の製造方法

Info

Publication number: JP4753489B2
Application number: JP2001131488A
Authority: JP
Inventors: 祐二本多
Original assignee: Youtec Co Ltd
Current assignee: Youtec Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002321978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子にＤＬＣ(Diamond Like Carbon)膜を被覆した粉体及びそれを焼結した焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の粉体には種々の微粒子からなるものがあり、例えばＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＭｏＳ₂などの微粒子が用いられることがある。
また、粉体の他の例としては、ＢＮ等の微粒子を複数備えたものがある。この微粒子を有する粉体を圧縮成形した後、高温に加熱して焼き固めて焼結体を製造することが可能である。このような焼結体は耐磨耗性に優れており、例えばオイルレス・ベアリングに使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＢＮ等の微粒子を用いた焼結体は耐磨耗性に優れている。しかし、用途よっては更なる耐磨耗性が要求される場合もある。
【０００４】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、非常に高い耐磨耗性を有するＤＬＣ被覆粉体及びその焼結体を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＤＬＣ被覆粉体は、微粒子と、この微粒子に被覆されたＤＬＣ膜と、を具備することを特徴とする。また、上記微粒子の粒径は１０μｍ以下であり、上記ＤＬＣ膜の膜厚は３ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０００６】
上記ＤＬＣ被覆粉体によれば、微粒子にＤＬＣ膜を被覆しており、このＤＬＣ膜は非常に高い耐磨耗性を有する。従って、非常に高い耐磨耗性を有する粉体とすることが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係るＤＬＣ被覆粉体においては、上記ＤＬＣ膜の密着性を高めるために上記微粒子と該ＤＬＣ膜との間に形成された中間層をさらに含むことも可能である。なお、上記中間層は、Ｓｉ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＳｉＣ層、ヘキサメチルジシロキサン等を原料ガスとして用いて作製するＳｉ及び酸素を含有するアモルファスカーボン層等を用いることも可能である。
【０００８】
本発明に係るＤＬＣ被覆粉体の焼結体は、微粒子と、この微粒子に被覆されたＤＬＣ膜と、を有する粉体を焼結によって結合したことを特徴とする。すなわち、ＤＬＣ被覆粉体の焼結体は、この粉体を成形し加熱して焼き固めたものである。
【０００９】
上記ＤＬＣ被覆粉体の焼結体によれば、微粒子にＤＬＣ膜を被覆した粉体を用いており、このＤＬＣ膜は非常に高い耐磨耗性を有する。従って、非常に高い耐磨耗性を有する焼結体とすることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるＤＬＣ被覆粉体を示す断面図である。
【００１１】
ＤＬＣ膜被覆粉体は、図１に示すように非常に小さな粒である微粒子１にＤＬＣ膜２を被覆したものである。微粒子１を構成する母材は、金属でもセラミックでも良く、種々の材料を用いることが可能である。また、微粒子１は、単一の物質から構成されている必要は必ずしも無く、複数の物質を混合したものから構成されていることも可能である。また、微粒子１の形状は、種々の形状を用いることが可能であり、例えば球、球に近い形状、表面に凹凸を有する形状、表面がギザギザした形状などを用いることも可能である。つまり、微粒子の形状は特に限定されるものではない。
【００１２】
また、微粒子の粒径１ａは１０μｍ以下であることが好ましく、ＤＬＣ膜２の膜厚は３ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が３ｎｍ未満であると耐食性が悪くなり、微粒子そのものが腐蝕してしまうおそれがあるからである。また、膜厚が２０００ｎｍより厚くなるとＤＬＣ膜の内部応力によって該ＤＬＣ膜が剥離してしまうからである。
【００１３】
ここでのＤＬＣ膜２は、炭素を主成分とする非晶質炭素系薄膜であって、種々の硬質炭素膜を含むものである。
【００１４】
なお、微粒子１にＤＬＣ膜２を直接被覆すると微粒子１とＤＬＣ膜２との密着性が悪い場合は、微粒子１とＤＬＣ膜２との間に、密着性を高めるための中間層を形成することが好ましい。微粒子がセラミックの場合はＤＬＣ膜の密着性は比較的に良いが、微粒子がＣｕやＦｅなどの金属の場合はＤＬＣ膜の密着性は比較的に悪い。従って、微粒子がＣｕの場合は、中間層として例えばＳｉ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＳｉＣ層、ヘキサメチルジシロキサン等を原料ガスとして用いて製作するＳｉ及び酸素を含有するアモルファスカーボン層等を用いることが好ましい。
【００１５】
次に、上記ＤＬＣ被覆粉体を製造する方法について説明する。
まず、複数の微粒子１を準備し、これらの微粒子１にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＤＬＣ膜２を成膜する。
【００１６】
このＤＬＣ膜２の成膜方法の一例としては、少なくとも炭素と水素を含む炭化水素系ガスを例えば０．５ｍＴｏｒｒ以上５００ｍＴｏｒｒ以下の圧力下で導入し、高周波電源に接続された電極上に被成膜対象物である複数の微粒子１を置き、この電極を回転させたり動かすことによって微粒子１を動かしながら、この電極に３０Ｗ以上３０００Ｗ以下の高周波電力を印加して成膜するものが挙げられる。
【００１７】
また、上記ＤＬＣ膜２を成膜する他の方法としては、イオン化蒸着法又はイオンプレーティング法と呼ばれる成膜方法を用いることも可能である。例えば、少なくとも炭素と水素を含む炭化水素系ガスを０．１ｍＴｏｒｒ以上１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力下で導入し、電源によって通電され高温に保持された熱フィラメントをカソードとして用いて、その近傍に配置した電極をアノードとして用いて、両電極間に１０Ｖ以上２００Ｖ以下の電圧を印加して１０ｍＡ以上２０００ｍＡ以下の電流を流しガスをイオン化させ、カソード・アノードから一定の距離に置いた基板電極に被成膜対象物である複数の微粒子１を設置して、この基板電極を回転させたり動かすことによって微粒子１を動かしながら、基板電極に２０Ｖ以上３０００Ｖ以下のバイアス電圧を印加して成膜するものである。
【００１８】
尚、炭化水素系ガスとしては、少なくとも炭素と水素を含むものであれば種々のガスを用いることが可能であり、例えば、炭素と水素のみを含む化合物ガス、炭素と水素と酸素を含むガス、炭素、水素、酸素、珪素、窒素、銅、銀などを含むガス、ベンゼン、トルエン、アセチレンなどを用いることも可能である。
【００１９】
また、上記成膜条件において炭化水素系ガスの流量としては、上記圧力を実現できるガス流量であれば、種々のガス流量を用いることが可能である。
【００２０】
なお、前述したように、微粒子１とＤＬＣ膜２との間に、密着性を高めるための中間層を形成する場合の製造方法は次の通りである。中間層として、Ｓｉ層、Ｔｉ層、Ｃｒ層、ＳｉＣ層を形成する場合はスパッタリング法を用いることが好ましく、中間層としてＳｉ及び酸素を含有するアモルファスカーボン層を形成する場合は、ヘキサメチルジシロキサン等を原料ガスとしてイオン化蒸着法または高周波プラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００２１】
次に、上記ＤＬＣ被覆粉体の焼結体を製造する方法について説明する。
第１の方法としては、少なくとも上記ＤＬＣ被覆粉体を含む原料粉末を５００℃以下の温度でホットプレス（熱間焼成）して焼結体とするものが挙げられる。
ホットプレスに際しては、所望形状の内面形状を有するプレス型内に、上記原料粉末を充填し、そのままに面圧を付与して、所定時間、上記の焼結温度で加熱保持して焼結する。
【００２２】
第２の方法としては、少なくとも上記ＤＬＣ被覆粉体を含む原料粉末を、予め所望形状に成形した後、この成形体を不活性ガス中で５００℃以下の温度で常圧焼成して焼結体とするものである。
【００２３】
上記実施の形態によれば、微粒子１にＤＬＣ膜２を被覆しており、このＤＬＣ膜２は非常に高い耐磨耗性を有する。これにより、従来の粉体に比べて非常に高い耐磨耗性を有するＤＬＣ被覆粉体を形成することができ、非常に高い耐磨耗性を有する焼結体を形成することができる。
【００２４】
また、本実施の形態によるＤＬＣ被覆粉体の場合、粉体表面がＤＬＣであるので、最も摩耗しにくく揮発しない無機潤滑材などとして使用することが好ましく、例えば、真空中の駆動部又は摩耗部および宇宙空間で使用する機器の駆動部又は摩耗部の固体潤滑材として使用する事が可能である。すなわち、従来の湿式潤滑材では揮発したり化学変化してしまうような環境下においても、ＤＬＣ被覆粉体を用いれば、揮発したり化学変化することなく、潤滑材として使用することが可能である。真空中でＢＮ粉体、カーボン粉体を使用した場合、しばらくするとかじってしまうが、ＤＬＣ被覆粉体ではそのようなことがない。また、ＤＬＣ被覆粉体の場合、ＤＬＣ成膜が不可能な複雑な形状を有する成膜装置及びその他のもの、ＤＬＣ成膜により製作することが不可能な大型機械部品などに対しても固体潤滑材として応用する事が可能である。
【００２５】
また、ＤＬＣが成膜されたＤＬＣ被覆粉体を焼結して得られる本実施の形態による焼結体の場合、例えば、この焼結体を工具または機械部品に適用することも可能であり、特に、摩耗が激しく表面の膜や界面が消失してしまうような工具または機械部品に効果がある。つまり、形状が変わるほどの摩耗の激しい部品に適用した場合、表面の膜だけでなく、削られて形状までもが変化しても耐摩耗性の良い物質が表面に常に存在しているから摩擦係数が変化することない。また、ＤＬＣ被覆粉体と同様に、真空中の駆動部又は摩耗部および宇宙空間で使用される機器の駆動部又は摩耗部において焼結体を適用することも可能であり、その場合、摩耗を減少させる効果が期待できる。
【００２６】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、微粒子にＤＬＣ膜を被覆した粉体を用いており、このＤＬＣ膜は非常に高い耐磨耗性を有する。したがって、非常に高い耐磨耗性を有するＤＬＣ被覆粉体及びその焼結体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるＤＬＣ被覆粉体を示す断面図である。
【符号の説明】
１…微粒子
１ａ…微粒子の粒径
２…ＤＬＣ膜

Claims

少なくとも炭素と水素を含む炭化水素系ガスを導入し、高周波電源に接続された電極上に微粒子を置き、前記電極を回転させ又は動かすことによって前記微粒子を動かしながら、前記電極に前記高周波電源によって高周波電力を印加するプラズマＣＶＤ法により、前記微粒子にＤＬＣ膜を被覆して形成された粉体を焼結によって結合することを特徴とするＤＬＣ被覆粉体の焼結体の製造方法。
少なくとも炭素と水素を含む炭化水素系ガスを導入し、電源によって通電された熱フィラメントをカソードとして用い、前記カソードの近傍に配置した電極をアノードとして用いて前記炭化水素系ガスをイオン化し、基板電極に微粒子を設置し、前記基板電極を回転させ又は動かすことによって前記微粒子を動かしながら、前記基板電極にバイアス電圧を印加するイオン化蒸着法により、前記微粒子にＤＬＣ膜を被覆して形成された粉体を焼結によって結合することを特徴とするＤＬＣ被覆粉体の焼結体の製造方法。