JPH01162770A - ダイヤモンド被覆部材 - Google Patents
ダイヤモンド被覆部材Info
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- JPH01162770A JPH01162770A JP32173387A JP32173387A JPH01162770A JP H01162770 A JPH01162770 A JP H01162770A JP 32173387 A JP32173387 A JP 32173387A JP 32173387 A JP32173387 A JP 32173387A JP H01162770 A JPH01162770 A JP H01162770A
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5001—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with carbon or carbonisable materials
- C04B41/5002—Diamond
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はダイヤモンドを被覆した部材に関するもので、
特にダイヤモンド膜の剥離防止に有効なものである。
特にダイヤモンド膜の剥離防止に有効なものである。
近年、ダイヤモンドはその高硬度、高熱伝導性、耐薬品
性等の優れた性質をもつことから、各種の分野でその応
用が進められている。ダイヤモンドは天然品では高価で
あるため、最近に至っては超高温高圧法や気相成長法等
によって人工的に製造することが行われている。特に気
相成長法によれば、製造装置自体が小規模であり、しか
も大面積に効率的に合成することができることから、高
硬度や耐摩耗性が必要とされる工具、高熱伝導性等が要
求される基板等への応用が進められている。
性等の優れた性質をもつことから、各種の分野でその応
用が進められている。ダイヤモンドは天然品では高価で
あるため、最近に至っては超高温高圧法や気相成長法等
によって人工的に製造することが行われている。特に気
相成長法によれば、製造装置自体が小規模であり、しか
も大面積に効率的に合成することができることから、高
硬度や耐摩耗性が必要とされる工具、高熱伝導性等が要
求される基板等への応用が進められている。
これらの応用においては、いずれも所定の母材に対し、
その表面にダイヤモンド膜を被覆するものである。
その表面にダイヤモンド膜を被覆するものである。
しかし乍ら、このようなダイヤモンド被覆部材は実用化
ｄレベルにまでは至っていないのが現状である。
ｄレベルにまでは至っていないのが現状である。
この大きな原因の１つにダイヤモンド膜の母材からの剥
離が問題とされている。特に工具においてはこの傾向が
顕著である。
離が問題とされている。特に工具においてはこの傾向が
顕著である。
この膜剥離の原因としては母材と、ダイヤモンド膜との
熱膨張の違いによるものあるいはダイヤモンド膜が化学
的に安定であるため、母材との反応性が低いことに起因
すると考えられる。
熱膨張の違いによるものあるいはダイヤモンド膜が化学
的に安定であるため、母材との反応性が低いことに起因
すると考えられる。
このような問題に対して従来から各種の検討が行われて
いる。１つには母材の熱膨張係数をダイヤモンド膜のそ
れとほぼ同じになるように調整することが行われてい・
る。しかしこれのみでは膜剥離を防止するには不十分で
あるため、工具母材とダイヤモンド膜間に接着層を介在
させることも行われている。しかし、接着層の形成は量
産性においては不適であり、しかも層厚等を厳密に制御
する必要性があるために、量産化が難しく、剥離防止効
果においても今だ不十分である。
いる。１つには母材の熱膨張係数をダイヤモンド膜のそ
れとほぼ同じになるように調整することが行われてい・
る。しかしこれのみでは膜剥離を防止するには不十分で
あるため、工具母材とダイヤモンド膜間に接着層を介在
させることも行われている。しかし、接着層の形成は量
産性においては不適であり、しかも層厚等を厳密に制御
する必要性があるために、量産化が難しく、剥離防止効
果においても今だ不十分である。
本発明者はこのような問題点に対して研究を重ねた結果
、母材としてセラミック材を用い、該母材の表面にあ慝
程度の気孔が存在すると、気相成長により、該気孔中に
もダイヤモンドが生成され成長することにより、これが
アンカー効果を示すことにより、ダイヤモンド膜と母材
との密着性が向上し、ダイヤモンド膜の剥離が有効に防
止されしかも、これを工具に採用すると工具の耐摩耗性
も顕著に向上し、工具の長寿命化が図られるという知見
を得、本発明に至った。
、母材としてセラミック材を用い、該母材の表面にあ慝
程度の気孔が存在すると、気相成長により、該気孔中に
もダイヤモンドが生成され成長することにより、これが
アンカー効果を示すことにより、ダイヤモンド膜と母材
との密着性が向上し、ダイヤモンド膜の剥離が有効に防
止されしかも、これを工具に採用すると工具の耐摩耗性
も顕著に向上し、工具の長寿命化が図られるという知見
を得、本発明に至った。
即ち、本発明は母材となるセラミックスとして気孔率が
２乃至３０％のものを用い、この表面にダイヤモンド膜
を設けることを特徴とするものである。
２乃至３０％のものを用い、この表面にダイヤモンド膜
を設けることを特徴とするものである。
以下、本発明をさらに詳述する。
従来におけるダイヤモンド被覆部材用母材は、その殆ど
がセラミックスで構成されるが、母材自体の強度を保つ
必要があることから通常、はぼ１００％の理論密度比の
高緻密体が選択され、被膜面は気孔のない均一な平滑面
から構成される。
がセラミックスで構成されるが、母材自体の強度を保つ
必要があることから通常、はぼ１００％の理論密度比の
高緻密体が選択され、被膜面は気孔のない均一な平滑面
から構成される。
ところが、ダイヤモンドはそれ自体不活性状態であるこ
とから平滑面との反応はなく、単に母材表面に載ってい
るのみである。
とから平滑面との反応はなく、単に母材表面に載ってい
るのみである。
本発明の特徴は、支持体としての強度を失わない範囲で
母材被覆面に気孔を形成させる。このような母材表面に
ダイヤモンドを気相成長させるとダイヤモンドの生成は
気孔から派生し、膜化し最終的には第１図に示すような
構造となる。
母材被覆面に気孔を形成させる。このような母材表面に
ダイヤモンドを気相成長させるとダイヤモンドの生成は
気孔から派生し、膜化し最終的には第１図に示すような
構造となる。
即ち、ダイヤモンド膜ｌの母材２の気孔３に生成された
部分が母材２に対し、アンカー的作用を成し、ダイヤモ
ンド膜１の母材３への密着力を機械的に強めることがで
きるのである。
部分が母材２に対し、アンカー的作用を成し、ダイヤモ
ンド膜１の母材３への密着力を機械的に強めることがで
きるのである。
前述した見地から母材の気孔率を検討した結果２乃至３
０％、特に２乃至１５％の範囲が最もアンカー効果が顕
著であることがわかった。よって気孔率が２％を下回る
と、本発明の目的が得られず、３０％を越えると母材の
強度が低下し、好ましくない。なお、ここで述べる気孔
率とは、アルキメデス法によって測定された焼結体の開
気孔と閉気孔を含む総気孔の堆積百分率である。
０％、特に２乃至１５％の範囲が最もアンカー効果が顕
著であることがわかった。よって気孔率が２％を下回る
と、本発明の目的が得られず、３０％を越えると母材の
強度が低下し、好ましくない。なお、ここで述べる気孔
率とは、アルキメデス法によって測定された焼結体の開
気孔と閉気孔を含む総気孔の堆積百分率である。
本発明における母材の材質はセラミックを主体とするも
のであり、具体的にはＳｉＣ，５ｉＪ４＋ＡｈＯｓ＋Ｚ
ｒＯ２を主体とする焼結体や、超硬質合金が用いられる
が、これらのうち、ＳｉＣ，５ｉＪｎは熱膨張係数がダ
イアモンドと近似しており、また密着性の点から特に好
ましい。
のであり、具体的にはＳｉＣ，５ｉＪ４＋ＡｈＯｓ＋Ｚ
ｒＯ２を主体とする焼結体や、超硬質合金が用いられる
が、これらのうち、ＳｉＣ，５ｉＪｎは熱膨張係数がダ
イアモンドと近似しており、また密着性の点から特に好
ましい。
また、これらの母材はその熱膨張係数が近似しているこ
とが望ましく、特に、室温から８００℃における熱膨張
係数が２．８ Ｘｌ０−’乃至６．ＯＸｌ０−６／℃で
あり、また、ダイアンド膜と母材との熱膨張差が２．０
Ｘｌ０−ｂ以下であることが望ましい。
とが望ましく、特に、室温から８００℃における熱膨張
係数が２．８ Ｘｌ０−’乃至６．ＯＸｌ０−６／℃で
あり、また、ダイアンド膜と母材との熱膨張差が２．０
Ｘｌ０−ｂ以下であることが望ましい。
ダイヤモンド膜の形成にあたっては公知の気相成長法を
採用でき、高周波プラズマＣＶＯ法、マイクロ波プラズ
マＣｖＤ法、熱フイラメントＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ法やレーザーＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ法、ＤＣ
プラズマＣＶＤ法等が採用される。 なお、本発明のダ
イヤモンド被覆部材は特に膜の密着性が要求される工具
において有用である。ダイヤモンド膜の膜厚はその用途
によって適宜法められるが、例えば工具への応用の場合
は１乃至１００μｍ、特に１０乃至４０μｍに設定する
ことが望ましい。
採用でき、高周波プラズマＣＶＯ法、マイクロ波プラズ
マＣｖＤ法、熱フイラメントＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ法やレーザーＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ法、ＤＣ
プラズマＣＶＤ法等が採用される。 なお、本発明のダ
イヤモンド被覆部材は特に膜の密着性が要求される工具
において有用である。ダイヤモンド膜の膜厚はその用途
によって適宜法められるが、例えば工具への応用の場合
は１乃至１００μｍ、特に１０乃至４０μｍに設定する
ことが望ましい。
以下、本発明を次の例で説明する。
実施例
母材として、窒化珪素質焼結体を用い、焼結条件を変え
、熱膨張係数が２．８ Ｘｌ０−’乃至６．ＯＸｌ０−
６／℃で気孔率が異なる数種の母材を用意した。
、熱膨張係数が２．８ Ｘｌ０−’乃至６．ＯＸｌ０−
６／℃で気孔率が異なる数種の母材を用意した。
各母材の被覆表面を表面粗さ１μｍ以下に研庁後、マイ
クロ波プラズマＣｖＤ法により下記条件でダイヤモンド
膜を設けた。
クロ波プラズマＣｖＤ法により下記条件でダイヤモンド
膜を設けた。
基板温度 ９００°Ｃ
反応カス ＣＨ４：１．５ｃｃ／ｍｉｎ、 ｔｌｚ；１
００ｃｃ／ｍｉｎマイクロ波出力 ２５０誓 このようにして得られたダイヤモンド被覆部材を（形状
ＴＰＧ３２２）として用い、下記条件で切削試験を行っ
た。
００ｃｃ／ｍｉｎマイクロ波出力 ２５０誓 このようにして得られたダイヤモンド被覆部材を（形状
ＴＰＧ３２２）として用い、下記条件で切削試験を行っ
た。
被削材 へ１−８χＳｉ合金
速度 ５００ｍ／ｍｉｎ
切り込み ０．２ｍｍ
送り ０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間 ３０分
上記切削試験におけるダイヤモンド膜の剥離のを無およ
び工具先端の摩耗幅を測定し評価した。
び工具先端の摩耗幅を測定し評価した。
尚、母材の気孔率はアルキメデス法に従がって求めた。
結果は第１表に示す。
また比較例として気孔率０χの被覆表面をダイヤモンド
ペーストで傷付け、この表面に同様にしてダイヤモンド
膜を設けた。
ペーストで傷付け、この表面に同様にしてダイヤモンド
膜を設けた。
結果は第１表阻１０に示す。
第１表
本印は本発明の範囲外の試料を示す。
第１表の結果によれば、気孔率が２％を下回るＮＱｌは
試験後、剥離が生じ密着性が悪い。また、気孔率が３０
％を越える阻８および隘９のサンプルは母材の強度が小
さいことに起因して、母材自体からチッピングを生じた
。気孔率が２〜３０％の阻２乃至１１ｈ７の本発明の試
料は３０分間の切削後も膜剥離が発生せず、膜の密着性
が向上したことが確認された。なお、切削工具としての
耐辛耗性に関しては、気孔率が１５％を越える付近から
耐摩耗性が劣化する傾向にあり、またＩＩＷ厚が４０μ
ｍを超える付近から同様に摩耗が大きくなる傾向にある
。
試験後、剥離が生じ密着性が悪い。また、気孔率が３０
％を越える阻８および隘９のサンプルは母材の強度が小
さいことに起因して、母材自体からチッピングを生じた
。気孔率が２〜３０％の阻２乃至１１ｈ７の本発明の試
料は３０分間の切削後も膜剥離が発生せず、膜の密着性
が向上したことが確認された。なお、切削工具としての
耐辛耗性に関しては、気孔率が１５％を越える付近から
耐摩耗性が劣化する傾向にあり、またＩＩＷ厚が４０μ
ｍを超える付近から同様に摩耗が大きくなる傾向にある
。
よって、工具の場合、好ましくは気孔率２〜１５％、膜
厚１０〜４０ｐｍに設定される。
厚１０〜４０ｐｍに設定される。
以上詳述した通り、本発明のダイヤモンド被覆部材は、
母材の表面の気孔に生成されるダイヤモンドのアンカー
効果によって、ダイヤモンド膜の母材との密着性を向上
させることができ、被覆部材としての長寿命化を図るこ
とができる。なお、この被覆部材は母材とダイヤモンド
膜との間に何ら中間層を設けるものでなく、それゆえ、
量産時の工程の短縮等に伴い安価な製品の安定供給が可
能となる。
母材の表面の気孔に生成されるダイヤモンドのアンカー
効果によって、ダイヤモンド膜の母材との密着性を向上
させることができ、被覆部材としての長寿命化を図るこ
とができる。なお、この被覆部材は母材とダイヤモンド
膜との間に何ら中間層を設けるものでなく、それゆえ、
量産時の工程の短縮等に伴い安価な製品の安定供給が可
能となる。
また、このダイヤモンド被覆部材は特に工具に任用であ
り、本発明の構成により耐彦耗性、耐欠損性と共に長寿
命化が達成でき、また、これらの特性からヒートシンク
など基板への応用、軸受等摺動部品への応用も可能であ
る。
り、本発明の構成により耐彦耗性、耐欠損性と共に長寿
命化が達成でき、また、これらの特性からヒートシンク
など基板への応用、軸受等摺動部品への応用も可能であ
る。
第１図は本発明のダイヤモンド被覆部材の構成を説明す
るための概略断面図である。 １：ダイヤモンド膜 ２；母材 ３：気孔
るための概略断面図である。 １：ダイヤモンド膜 ２；母材 ３：気孔
Claims (1)
- セラミックスを主体として成る母材表面にダイヤモンド
膜を被覆したダイヤモンド被覆部材において、前記セラ
ミックスの気孔率が２乃至３０％であることを特徴とす
るダイヤモンド被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32173387A JPH01162770A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | ダイヤモンド被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32173387A JPH01162770A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | ダイヤモンド被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01162770A true JPH01162770A (ja) | 1989-06-27 |
Family
ID=18135837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32173387A Pending JPH01162770A (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | ダイヤモンド被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01162770A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5858539A (en) * | 1995-12-22 | 1999-01-12 | Sandvik Ab | Diamond coated body and method of its production |
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-
1987
- 1987-12-18 JP JP32173387A patent/JPH01162770A/ja active Pending
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