JPH02175696A - ダイヤモンド・炭化硅素複合体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイヤモンド膜を利用する工業用資材に関す
るものであり、更に詳しくは、仮母材→ダイヤモンド膜
→本母材→仮母材除去の工程て形成するダイヤモンド膜
を利用する工業用資材に関するものである。

［従来の技術］ 超耐摩耗性を必要とする加工用工具及びガイドまたはノ
ズル等の機能部品の素材としては、古くより超硬、貴石
またはダイヤモンド等が用いられて来たが、特にダイヤ
モンドは超耐摩耗性の他にじん性、耐化学薬品性、熱伝
導性、非導電性等の特徴を有しており、近年に至ってそ
の合成、或は焼結等の技術が開発されるに伴って、工業
用資材としての用途が飛躍的に拡大されるに至った。

然し乍ら、合成または焼結によるダイヤモンドであって
も依然として高価であり、これを解決するために、ＣＶ
Ｄ法等によるダイヤモンドの薄膜を析出させる技術が開
発された。これによれば、母材としてシリコン、炭化硅
素、その他諸々の金属等が使用されるが、このダイヤモ
ンド薄膜とその母材との複合体に関する研究、開発の進
展次第によってダイヤモンド薄膜の用途は益々拡大され
ようとしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 然し乍ら、現時点においては、次のごとき問題点が依然
として存在している。

即ち、ダイヤモンド膜は、ダイヤモンド単結晶と同程度
或はそれ以上の硬度を有しているが、ダイヤモンド膜の
母材としての適切な物質が適切な厚みを以てして、ダイ
ヤモンド膜に対して密着し、支持しておらねば、使用の
際にダイヤモンド膜の破損や、剥離を生じてしまい、本
来ダイヤモンドが有する超硬度の特性を発揮し得ない。

これは、バイト等のごとく切削、研磨に使用する場合に
は超外圧を受けるし、線引きダイスや、ノズル等に使用
する場合には超摩擦を受けるからである。そこで、ダイ
ヤモンド膜を析出させる母材として、例えばダイヤモン
ドに近い結晶構造を有し、同程度の膨張係数を持ってい
る炭化硅素を使用して、その上にダイヤモンドをＣＶＤ
法等により析出させ、密着度及び支持度の強化を図る技
術が開発されるに至った。

ところが、このようにして析出されたダイヤモンドの表
面の粗度は、Ｒｍａｘ２．００μｍ程度であるので、使
用のためには当然これを研磨しなければならない。ダイ
ヤモンドは最も硬い物質である上に、結晶面や研磨の方
向によってその摩耗率が強い異方性を示す性質があるの
で、その研磨は非常に難しい工程である。

研磨方法としては、天然または合成のダイヤモンドを研
磨するのには、従来がら共摺り研磨方法や、スカイフ法
による高速回転鋳鉄盤の押付研磨方法等の機械的方法が
あるが、被研磨体と研磨材に高負荷がかかり、双方の消
耗が激しく、また上記のごときダイヤモンドの物質的特
性のために研磨（、こは特殊、熟練の技術を必要として
いた。これかダイヤモンドの薄膜となると、その研磨は
更に難しい工程であって、機械的研磨方法では事実上不
可能である。

そこで最近に至って、化学的研磨方法ととして「ダイヤ
モンド膜の平滑化法」　（特願昭６Ｏ−１７５６６５）
や「ダイヤモンドの研磨方法」　（特願昭６１−１９８
９００）等が開発されたが、これらの技術は、従来の機
械的研磨方法と同じく、何れも研磨されるべき面に対し
て適当な空間部が存在している場合のみに適用できる技
術である。

工業用資材として、複雑、異形酸は凹んだ形状の箇所、
またはガイドや線引きダイス、ノズル等、極度に狭い中
空部の内壁において起こる超摩擦に対して、ダイヤモン
ドの超摩耗性やその他のダイヤモンドの緒特性を活用し
たい場合が多数あり、単結晶ダイヤモンド或は焼結ダイ
ヤモンドを使用するには高価であるというので、ダイヤ
モンド膜で置換したいと考えても、ダイヤモンド膜を析
出させること自体は、公知の技術で可能であるけれども
、そのダイヤモンド膜の表面を研磨することは上記の技
術では不可能であり、従って、そのような箇所にダイヤ
モンド膜を使用することを断念せざるを得ないのが現状
である。

またこの化学的研磨方法が可能な箇所であっても種々の
環境条件を必要とし、コストの問題にも関係する次第で
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記の問題点を、ダイヤモンド膜の形成を、
仮置材の形成→ダイヤモンド膜の析出→本母材の結晶成
長→仮付材の除去というの工程をとるこによって解決せ
んとするものである。

即ち、工業用資材として超耐摩耗性を必要とする箇所の
形状に合わせな仮置材を先ず形成し、その仮置材の面を
研磨した上で、その上にダイヤモンドの薄膜を析出させ
、更にこの析出されたダイヤモンドの薄膜の上に、本母
材となるべき炭化硅素を結晶成長さぜな後に、この仮置
材を除去するという方法を開発した次第である。

［作用］ 上記のごとく、先ず、工業用資材として超耐摩耗性を必
要とする箇所の形状に合わせて仮置材を形成するのであ
るから、それがいかように狭い箇所、凹んだ箇所であっ
ても、仮置材の形成は可能であり、その表面を研磨する
ことは、（Ｆｉ、を材が凸の形状に形成されるのである
から問題なく可能である。その仮置材は、研磨した面の
上にダイヤモンドの薄膜を析出させることが可能であり
、且つ後で化学的に除去することが可能である物質、例
えばシリコン等を選んでおけばよい。次いでその析出さ
れたダイヤモンドの上に本母材となるべき物質を結晶成
長させるのであるが、この場合ダイヤモンドに近い結晶
構造を有し、同程度の膨張係数を持っている炭化硅素を
結晶成長させることにより、−ダイヤモンド薄膜との密
着度もよく、また＝　５ 母材としての支持度も強度であるから、ダイヤモンド薄
膜自体も破損や剥離をおこすことなく、本来の特性であ
る苛酷な摩耗によく耐えるという作用を発揮する。

［実施例］ 第１図は、第１の実施例である本発明によるダ、イヤモ
ンド・炭化硅素複合体を線引きダイスに応用する場合の
工程図並びに縦断面図である。ａはダイスの線引き孔で
ある空隙部の形状に合わせてシリコンで形成した仮付材
であり、１で示す面に研磨を施したものである。ｂはこ
の研磨した面上にダイヤモンドの薄膜を析出させたもの
を示す。

更にＣはこのダイヤモンドの薄膜の上に炭化硅素を結晶
成長させたものを示す。ｄはその後で前述のシリコンを
除去してダイスとして完成されたものを示す。ダイスに
は、従来超硬、単結晶ダイヤモンド、または焼結ダイヤ
モンド等が使用されているが、線引きによる超摩擦を受
ける部分をダイヤモンド薄膜で置換できれば、コスト削
減になるところであるが、線引き孔の内面を研磨するこ
とは極めて難しい工程てあり、孔径が極めて細い場合は
従来の研磨方法では不可能であった。

本実施例はこれを本発明による複合体て構成することに
よって可能としたものである。先ず、第１図におけるａ
に示すような形状の仮付材をシリコン等ダイヤモンドを
析出することか可能な物質γて形成し、その表面に超研
磨を施した上にＣＶＤ法等でダイヤモンド薄膜を析出さ
せた。線引きダイスの使用条件にもよるが、ダイヤモン
ドの摩耗が０．０１ｍｍ程度の発生が考えられるので、
ダイヤモンド薄膜の厚みは０．０５ｍｒｎ以上が必要で
ある。

次いで、このダイヤモンド薄膜上に、炭化硅素の膜を０
．２内至１０ｍｍ程度に結晶成長させ、その後に仮付材
であるシリコンをフッ酸または王水等で除去させれば、
ダイヤモンドと仮付材であるシリコンとの界面は極めて
平滑であるので、シリコンを除去したあとのダイヤモン
ドの面はあらためて研磨する必要がない。

炭化硅素とダイヤモンドとは、同質物質であり膨張係数
もほぼ同じであるので、密着度は極めて良く、且つ支持
母材としての必要な厚みを形成出来るので、ダイヤモン
ド膜が薄い場合でも、苛酷な線引きによる摩擦や圧力に
耐えて、ダイヤモンド本来の機能を発揮できることにな
る。

第２図は、第２の実施例である本発明によるダイヤモン
ド　炭化硅素複合体をメーター用軸受に応用した場合の
工程図並びに縦断面図である。ａは軸受の受皿部分の形
状に合わせて形成したシリコンであり、１で示す面を研
磨しである。ｂはこのシリコン上に析出させたダイヤモ
ンド薄膜を示す。Ｃは更にこの上に結晶成長させた炭化
硅素を示し、ｄはその後で上記のシリコンを除去し、完
成品となった軸受である。

軸受の受皿部分は特に耐摩耗性、且つ平滑度が要求され
る。従来より、主に貴石が素材として使用されて来てい
るが、用途によっては、ダイヤモンドの持つ超耐摩耗性
の他に、熱伝導性、非導電性、耐化学薬品性等が要求さ
れる上、外径が０１ｍｍ、厚みが０．１ｍｍという微細
な形状のものもあり、その受皿部分を研磨することは極
めて困難な工程である。本発明によれば、ダイヤモンド
薄膜の表面をあらためて研磨する必要がないので、かよ
うな微細な形状の箇所にダイヤモンド薄膜を活用できる
ことになった。先ず軸受の受皿部分の形状に合わせてシ
リコンで仮付材を形成し、このシリコンの表面を研磨し
た上で、ダイヤモンド薄膜を析出させ、その上に更に母
材としての炭化硅素を必要なだけ結晶成長させる。最後
に上記の仮付材であるシリコンをフッ酸または王水等で
除去すれば、シリコンとの界面であったダイヤモンド薄
膜の表面は極めて平滑であるのであらためて研磨する必
要はなく、且つダイヤモンド薄膜は炭化硅素の母材に充
分に密着且つ支持されているので、超精密を要するメー
ターの軸受としての機能を充分に発揮できることになる
。

第３図は、第３の実施例である本発明によるダイヤモン
ド・炭化硅素複合体をインナーリードボンダーに応用し
た場合の工程図並びに縦断面図を示す。最近、ＩＣチッ
プの高集積化に伴う多ピン化と、微細化技術の進歩によ
るチップ面積の縮小化が急速に進められて来た結果、イ
ンナーリートをボンディングする技術が開発されている
。このボンディング方式では、高温における超摩擦に耐
えねばならないので、ボンディングツールの先端部には
ダイヤモンドを使用するのが望ましい。当初はダイヤモ
ンド単面を使用していたが高価であり、代替としての焼
結ダイヤモンドは加工特性が悪く、現在は炭化硅素の上
にダイヤモンド薄膜を析出させ、その表面を研磨して使
用することが検討されている。その場合の研磨方法とし
て前述のごとき化学的研磨方法が開発されたので、ダイ
ヤモンド薄膜の使用が可能となった。併し、これに本発
明によるダイヤモンド・炭化硅素複合体を使用すれば、
仮母材の表面を研磨するだけでよく、あらためてダイヤ
モンドの表面を研磨する必要がないので、前者より経済
的である。この工程を第３図のａ、ｂ、ｃ及びｄで示す
が、第１及び第２の実施例と同様であるから説明は省略
する。

［効果］ 以上に述べたごとく、本発明によるダイヤモンド　炭化
硅素複合体を工業用資材として使用することにより、次
のごとき種々の効果を有する。

■従来からの天然または合成のダイヤモンドを工業用資
材として使用する場合には、ダイヤモンドの表面を研磨
するの必要があり、その研磨工程は難しく且つコス１へ
を要するものであったが、本発明によれば、使用するダ
イヤモンドは薄膜を以て足りるので、コストにおいて格
段の有利さがありしかも仮母材の表面こそ研磨する必要
があるものの、難易度及びコストにおいて、後者は遥か
に有利である。

■最近開発されたダイヤモンド薄膜製造方法によるもの
を工業用資材として使用する場合にも、ダイヤモンド薄
膜の表面を従来からの機械的方法或は掻く最近開発され
た化学的方法によって研磨する必要があるが、薄膜の研
磨は■の場合以上に難しく、且つコストを要するもので
あるので、本発明による仮母材の研磨だけで済むという
ことは、工程の手間及びコス１へにおいて充分有利であ
る。

■またダイヤモンド薄膜を工業用資材として使用する場
合におこる問題として、ダイヤモンド薄膜の母材が適切
な物質であり、適切な厚みを持ったものでないと、ダイ
ヤモンド薄膜の研磨時のみならず、使用の際の外圧及び
摩擦によって膜の破損や剥離を生じる。本発明によれば
、母材としてダイヤモンドと同質の物質であり、膨張係
数も同程度である炭化硅素を使用しており、その厚みも
自由に形成できるので、ダイヤモンド薄膜と母材との密
着性も良好であり、且つ母材としての支持度も良好であ
るので、使用の際の外圧及び摩擦による破損や剥離を充
分防げることになる。上述のごとくダイヤモンド薄膜の
研磨が必要でないので、当然研磨の際のダイヤモンド薄
膜の破損や剥離という問題がないという効果が得られる
。

■更に、従来からの天然または合成のダイヤモンド並び
に近年開発されたダイヤモンド薄膜を工業用資材として
利用しようとしても、ダイヤモンドの表面の研磨が不可
能な箇所の場合には、ダイヤモンドの使用を断念せざる
を得ないが、本発明による方法によれば可能となる。即
ち、その箇所の形状（一般にその形状は微小に凹んだ形
状、極端に狭い或は細い）を埋める形状の仮母材を形成
することは当然可能である、またその形成した仮母材の
形状は一般に凸の・形状であるので、その表面を研磨す
ることは当然可能であり、しがも材質的にダイヤモンド
の研磨より遥かに容易である。これにより、従来不可能
であった箇所に、しがもより低コストで本来のダイヤモ
ンドの機能を充分にもった工業用資材を提供できるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による第１の実施例である線引きダイ
スの工程図並びに縦断面図である。　第２図は、本発明
による第２の実施例であるメーター用軸受の工程図並び
に拡大断面図を示す。第３図は、本発明による第３の実
施例であるインナーリードボンダーの工程図並びに縦断
面図を示す。 ａ−一必要な形状に形成された仮母材、１−一阪母材の
上に施した研磨面、 仮置材の上に析出させたダイヤモンド膜、ダイヤモンド
膜の上に結晶成長させた炭化硅素複合体、 仮置材を除去して完成されたダイヤモンド炭化硅素複合
体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）仮母材の表面に析出させたダイヤモンド膜に炭化
   硅素を結晶成長させた後に、該仮母材を除去することを
   特徴とするダイヤモンド・炭化硅素複合体。