JPH02236268A - 窒化ホウ素膜の形成方法 - Google Patents
窒化ホウ素膜の形成方法Info
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- JPH02236268A JPH02236268A JP5667589A JP5667589A JPH02236268A JP H02236268 A JPH02236268 A JP H02236268A JP 5667589 A JP5667589 A JP 5667589A JP 5667589 A JP5667589 A JP 5667589A JP H02236268 A JPH02236268 A JP H02236268A
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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〕
この発明は、たとえば切削工具や研磨工具などの被覆の
ためなどに用いられる窒化ホウ素膜およびその形成方法
に関するものである． 〔従来の技術〕 窒化ホウ素は、結晶構造によって主に３種類に分けられ
る．それらは、六方晶窒化ホウ素（以下ｒｈ−ＢＮＪと
いう．），大方最密充填窒化ホウ素，および立方晶窒化
ホウ素（以下ｒｃ−ＢＮＪという．）である．このなか
で、ｃ−ＢＮは、硬度および耐摩耗性に優れており、難
削材切削用基材および高速切削用基材に対する被覆材料
として注目されている． 基材表面を窒化ホウ素膜で被覆させる方法としては、化
学莫着（ＣＶＤ）法および物理蒸着ＣＰＶＤ）法がよく
知られている．しかしながら、ＣＶＤ法では、作製した
膜はｈ−ＢＮが主体となり、ｃ−ＢＮ主体の膜を形成す
るのが困難であるとともに、膜と基材との間の密着性が
悪いという問題がある． ＰＶＤ法には、たとえばイオン化された原子を加速，減
速して基材表面に堆積させるイオンビーム・デボジシタ
ン法、クラスターイオンを加速して基材上に堆積させる
クラスターイオンブレーティング法、その他イオンビー
ムスパッタリング法などがあるが、これらの方法によっ
てもやはりＣ−ＢＮ主体の膜を形成するのは困難である
．しかも、これらのＰＶＤ法では、基材に照射されるイ
オンの運動エネルギーが数ｅＶ〜数百ｅＶの比較的低い
範囲にあり、このためイオン種の基村内部への注入は期
待し得す、したがって膜と基材との密着性が悪いという
問題がある． そこで、近年ではエネルギーを数十〜数百ｋｅＶとした
イオン種を用いて成膜を行うイオン注入法やイオンミキ
シング法が注目されている．とくに、ホウ素系の物質の
蒸着と同時または交互に数十〜数百ｋｅＶに加速したイ
オン種を基材に照射するようにして、基材表面に基材と
ホウ素とイオンとの混合層を形成するようにしたイオン
ミキシング法では、ｃ−ＢＮを多く含む膜を基材に対し
て強固に密着させて形成できるという報告がなされてい
る． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記イオンミキシング法では、前記混合
層を形成して膜と基材との間の密着強度を高めるために
は、一般に数ｋｅＶ以上の高エネルギーのイオン種を照
射して、このイオン種を基材内部に侵入させなければな
らず、前記高エネルギーのイオンの照射によって、形成
された膜に損傷が生じることになる．すなわち、結晶性
が劣化したりなどして膜質が劣化する．このため、形成
された膜は、ｃ−ＢＮを多く含むものであるにもかかわ
らず、硬度および耐摩耗性に関して所期の特性を得るこ
とができない． また、充分に高いエネルギーのイオンを照射して、基材
と膜との間に前記混合層を形成しても、この混合層の働
きのみによっては、切削工具や研磨工具などの使用に耐
え得る程の高い密着強度を望み得ない．また、工具の使
用中に、この工具が高温になると、その基材とホウ素と
の反応により基材の劣化を招いたり、膜と基材との熱膨
張率の差によって膜の剥離が生じたりなどの事態が生じ
る． この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基材に
強固に密着するとともに、硬度および耐摩耗性に優れた
窒化ホウ素膜およびその形成方法を提供することである
． 〔課題を解決するための手段〕 この発明の窒化ホウ素膜は、基材表面に形成され、ＩＶ
ａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素．およびＩＶｂ族
元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む中間層
と、 この中間層上に形成した窒化ホウ素層とを備えたもので
ある． この窒化ホウ素膜において、前記基材と前記中間層との
界面に、前記基材の材料と前記中間層の材料とからなる
第１の混合層を形成し、また前記中間層と前記窒化ホウ
素層との界面に、前記中間層の材料と窒素とホウ素とを
含む第２の混合層が形成されていることを特徴とする． また、この発明の窒化ホウ素膜の形成方法は、基材表面
に、ｒＶａ族元素，Ｖａ族元素，■ａ族元素，およびＩ
Ｖｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む
物質の薄着と、不活性ガスイオン照射とを併用して中間
層を形成し、 この中間層上にホウ素を含む物質の蒸着と、窒素イオン
照射とを併用して窒化ホウ素層を形成することを特徴と
する。
ためなどに用いられる窒化ホウ素膜およびその形成方法
に関するものである． 〔従来の技術〕 窒化ホウ素は、結晶構造によって主に３種類に分けられ
る．それらは、六方晶窒化ホウ素（以下ｒｈ−ＢＮＪと
いう．），大方最密充填窒化ホウ素，および立方晶窒化
ホウ素（以下ｒｃ−ＢＮＪという．）である．このなか
で、ｃ−ＢＮは、硬度および耐摩耗性に優れており、難
削材切削用基材および高速切削用基材に対する被覆材料
として注目されている． 基材表面を窒化ホウ素膜で被覆させる方法としては、化
学莫着（ＣＶＤ）法および物理蒸着ＣＰＶＤ）法がよく
知られている．しかしながら、ＣＶＤ法では、作製した
膜はｈ−ＢＮが主体となり、ｃ−ＢＮ主体の膜を形成す
るのが困難であるとともに、膜と基材との間の密着性が
悪いという問題がある． ＰＶＤ法には、たとえばイオン化された原子を加速，減
速して基材表面に堆積させるイオンビーム・デボジシタ
ン法、クラスターイオンを加速して基材上に堆積させる
クラスターイオンブレーティング法、その他イオンビー
ムスパッタリング法などがあるが、これらの方法によっ
てもやはりＣ−ＢＮ主体の膜を形成するのは困難である
．しかも、これらのＰＶＤ法では、基材に照射されるイ
オンの運動エネルギーが数ｅＶ〜数百ｅＶの比較的低い
範囲にあり、このためイオン種の基村内部への注入は期
待し得す、したがって膜と基材との密着性が悪いという
問題がある． そこで、近年ではエネルギーを数十〜数百ｋｅＶとした
イオン種を用いて成膜を行うイオン注入法やイオンミキ
シング法が注目されている．とくに、ホウ素系の物質の
蒸着と同時または交互に数十〜数百ｋｅＶに加速したイ
オン種を基材に照射するようにして、基材表面に基材と
ホウ素とイオンとの混合層を形成するようにしたイオン
ミキシング法では、ｃ−ＢＮを多く含む膜を基材に対し
て強固に密着させて形成できるという報告がなされてい
る． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記イオンミキシング法では、前記混合
層を形成して膜と基材との間の密着強度を高めるために
は、一般に数ｋｅＶ以上の高エネルギーのイオン種を照
射して、このイオン種を基材内部に侵入させなければな
らず、前記高エネルギーのイオンの照射によって、形成
された膜に損傷が生じることになる．すなわち、結晶性
が劣化したりなどして膜質が劣化する．このため、形成
された膜は、ｃ−ＢＮを多く含むものであるにもかかわ
らず、硬度および耐摩耗性に関して所期の特性を得るこ
とができない． また、充分に高いエネルギーのイオンを照射して、基材
と膜との間に前記混合層を形成しても、この混合層の働
きのみによっては、切削工具や研磨工具などの使用に耐
え得る程の高い密着強度を望み得ない．また、工具の使
用中に、この工具が高温になると、その基材とホウ素と
の反応により基材の劣化を招いたり、膜と基材との熱膨
張率の差によって膜の剥離が生じたりなどの事態が生じ
る． この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基材に
強固に密着するとともに、硬度および耐摩耗性に優れた
窒化ホウ素膜およびその形成方法を提供することである
． 〔課題を解決するための手段〕 この発明の窒化ホウ素膜は、基材表面に形成され、ＩＶ
ａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素．およびＩＶｂ族
元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む中間層
と、 この中間層上に形成した窒化ホウ素層とを備えたもので
ある． この窒化ホウ素膜において、前記基材と前記中間層との
界面に、前記基材の材料と前記中間層の材料とからなる
第１の混合層を形成し、また前記中間層と前記窒化ホウ
素層との界面に、前記中間層の材料と窒素とホウ素とを
含む第２の混合層が形成されていることを特徴とする． また、この発明の窒化ホウ素膜の形成方法は、基材表面
に、ｒＶａ族元素，Ｖａ族元素，■ａ族元素，およびＩ
Ｖｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む
物質の薄着と、不活性ガスイオン照射とを併用して中間
層を形成し、 この中間層上にホウ素を含む物質の蒸着と、窒素イオン
照射とを併用して窒化ホウ素層を形成することを特徴と
する。
第１図はこの発明の実施のために用いられる薄膜形成装
置の構成例を示す概念図である。窒化ホウ素膜を形成す
べき基材１はホルダ２表面に固定して配置され、この基
材１に対向して蒸発源３およびイオン−ａ４が配１され
る。ホルダ２，蒸発源３．およびイオン源４などは図示
しない真空槽内に収められており、この真空槽内は成膜
に適した圧力に保たれる． このような薄膜形成装置によって、先ず蒸発源３からは
、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素およびＩＶ
ｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む物
質が蒸発させられる．この物質はたとえば、ＩＶａ族元
素，Ｖａ族元素．ＶＩａ族元素，およびＩＶｂ族元素の
なかの１種の元素のみを含むものであってもよく、ｌＶ
ａ族元素，Ｖａ族元素Ｖｌａ族元素．およびＩＶｂ族元
素のなかの複数種の元素を混合したものであってもよい
．そしてこのとき、イオン源４からは不活性ガスイオン
が基材ｌに向けて照射される． 渾発源３からの蒸発物の基材１への蒸着と、イオン源４
からのイオンの基材１への照射とは同時にまたは交互に
行われる．すなわち両者は併用される．これによって、
基材ｌ表面には蒸発源３からの蒸発物とイオン源４から
のイオンとを含む中間層が形成される． この中間層の形成の後には、蒸発Ｂ３からは、ホウ素ま
たはホウ素を含む化合物が蒸発させられる．そしてイオ
ン源４からは窒素イオンが照射される．蒸発源３からの
蒸発物の基材１への蒸着と、イオン源４からの窒素イオ
ンの照射とは同時にまたは交互に行われる．このように
して、前記中間層上に窒化ホウ素層が形成される． 〔作用］ 上述のようにして、基材１の表面に中間屡と窒化ホウ素
層とを備えた窒化ホウ素層が形成されることになるが、
たとえばＮａ族元素であるＴｉやＺｎは活性度が高く、
金属とセラミックスとの接合などを強固にさせる働きを
有しており、このＴｉやＺｎを用いて前記中間層を形成
すれば、基材１と前記窒化ホウ素層との間の密着強度を
高めることができる． また、上述のように中間層形成の際には、不活性ガスイ
オンの照射が併用されるので、この不活性ガスイオンが
蒸着源からの蒸発物（ＴｉやＺｎを含むもの．）を基材
ｌ内に押し込み、また不活性ガスイオンが基材１内に注
入されたりなどして、基材ｌの表面では、この基材１の
材料と蒸着源からの蒸発物と不活性ガスイオンとが混合
された第１の混合層が形成されることになる．この第１
の混合層の働きによって、前記中間層の基材１表面への
密着がさらに強固なものとなる． そして、窒化ホウ素層の形成の際には、ホウ素を含む物
質を蒸発源３から蒸発させ、イオン源４からは窒素イオ
ンを照射するようにしているので、この窒化ホウ素層と
前記中間層のとの界面には、前記中間層の材料と窒素と
ホウ素とを含む第２の混合層が形成され、この第２の混
合層の働きにより、両者を強固に密着させることができ
る．このようにして、中間層および窒化ホウ素層を備え
た窒化ホウ素膜は全体として基材１の表面に強固に密着
することになり、たとえばこのような窒化ホウ素膜を被
覆膜として用いた切削工具などでは、基材と被覆膜との
間の熱膨張率の差があっても、使用時の温度上昇によっ
て前記被覆膜が剥離などすることはない．このような効
果はｌＶａ族元素に関して確認されているとともに、Ｖ
ａ族元素、ＶＩａ族元素，またはＩＶｂ族元素を上記中
間層の形成のために用いた場合にも同様であることが確
認されている． また、たとえば基材の表面に直接に窒化ホウ素を堆積さ
せる場合には、形成される窒化ホウ素膜は、基材との結
晶の格子サイズの違いによる影響を受け、窒化ホウ素膜
がアモルファス化したり、剥離が生じたり、または立方
晶の窒化ホウ素が形成されなかったりする．たとえば、
Ｔｉ（ｒＶａ族）Ｎｂ （Ｖａ族），Ｍｏ （Ｖｌａ族
）．およびＳｔ（ＩＶｂ族）元素などでは、これらと窒
素元素との化合物を形成すると、その結晶は立方晶型結
晶構造となる．この発明では、基材と窒化ホウ素層との
間にＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素，および
ＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含
む中間層を介在させるようにしており、しかもこの中間
層と窒化ホウ素層との間には前記第２の混合層が形成さ
れるので、この第２の混合層は立方晶型結晶構造を有す
ることができ、したがってこの第２の混合層上に堆積さ
れる窒化ホウ素層は立方晶の結晶構造となりやすい．な
お、前記中間層の形成の際に、イオン源４から窒素ガス
イオンや酸素ガスイオンを照射することも考えられるが
、窒素ガスや酸素ガスを用いると中間層が窒化物や酸化
物となり、たとえば中間層の形成にＴｉを用いるときに
はこの中間層が窒化チタンや酸化チタンで構成されるこ
とになって、Ｔｉの活性度が低下し、これによってこの
中間層と窒化ホウ素層との濡れ性の劣化を招き、結果と
して窒化ホウ素層と中間層との間で充分な密着強度を得
られなくなるおそれがある． Ｔｉ以外の他の元素を中間層に用いるときも同様であっ
て、中間層の基材および窒化ホウ素層への拡散作用によ
って密着強度の向上を図るためには、中間層は化合物で
ないことが好ましい．そのためには、中間層の形成時に
、イオンａ４からは不活性ガスイオンを照射させること
が最適であり、また蒸発源３からの渾発物も窒化物や酸
化物でないことが好ましい． また窒化ホウ素層の形成時に、イオン源４から照射され
る窒素イオンの加速エネルギーは５ ｋｅＶ未溝の範囲
であることが好ましく、これ以上の加速エネルギーでは
、形成された膜の結晶性が悪くなったり、窒素イオンに
よる膜のスバンタ作用が大きくなったりして良質の膜が
得られなくなる可能性がある．なお窒化ホウ素層と中間
層との間の密着強度は上記の加速エネルギー（５ ｋｅ
Ｖ）で充分大きくすることができる．このように、比較
的低エネルギーの窒素イオンの照射によって、膜質の良
好な窒化ホウ素層を中間層上に強固に密着して形成する
ことができる． また窒化ホウ素層の形成時に、中間層上に著着されるホ
ウ素と照射される窒素イオンとの組成比（ホウ素／窒素
イオン粒子比）は、たとえば０．２〜２０程度の範囲に
選ぶのが好ましい．〔実施例１〕 基材としてタングステン・カーバイドを主成分とする超
硬合合材料を用い、この基材に対してＴｉの蒸着と不活
性ガスイオンであるＡｒイオン照射とを同時に行うで約
５００人の中間層を形成した．この中間層上にホウ素の
蒸着と窒素イオン照射とを同時に行って窒化ホウ素層を
約１ｕｍ堆積させた．このようにして形成した窒化ホウ
素膜の５ｇ荷重ヌープ硬度は４０００ｋｇ／■２であっ
た．中間層の形成の際のＡｒイオンの加速エネルギーは
２０ｋｅＶとした．一般には０． １ 〜４ ０ ｋｅ
Ｖの範囲に選ばれ、好ましくは５〜２０ｋｅＶの範囲に
選ぶとよい．このときのＴ１の蒸着速度は、Ａｒの加速
エネルギーに対してそのスバッタ率を考慮して適宜選ぶ
ことができ、上述の例では約４人／秒とした．また、中
間層の膜厚は１０〜１０００人の範囲で適宜選ばれる。
置の構成例を示す概念図である。窒化ホウ素膜を形成す
べき基材１はホルダ２表面に固定して配置され、この基
材１に対向して蒸発源３およびイオン−ａ４が配１され
る。ホルダ２，蒸発源３．およびイオン源４などは図示
しない真空槽内に収められており、この真空槽内は成膜
に適した圧力に保たれる． このような薄膜形成装置によって、先ず蒸発源３からは
、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素およびＩＶ
ｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む物
質が蒸発させられる．この物質はたとえば、ＩＶａ族元
素，Ｖａ族元素．ＶＩａ族元素，およびＩＶｂ族元素の
なかの１種の元素のみを含むものであってもよく、ｌＶ
ａ族元素，Ｖａ族元素Ｖｌａ族元素．およびＩＶｂ族元
素のなかの複数種の元素を混合したものであってもよい
．そしてこのとき、イオン源４からは不活性ガスイオン
が基材ｌに向けて照射される． 渾発源３からの蒸発物の基材１への蒸着と、イオン源４
からのイオンの基材１への照射とは同時にまたは交互に
行われる．すなわち両者は併用される．これによって、
基材ｌ表面には蒸発源３からの蒸発物とイオン源４から
のイオンとを含む中間層が形成される． この中間層の形成の後には、蒸発Ｂ３からは、ホウ素ま
たはホウ素を含む化合物が蒸発させられる．そしてイオ
ン源４からは窒素イオンが照射される．蒸発源３からの
蒸発物の基材１への蒸着と、イオン源４からの窒素イオ
ンの照射とは同時にまたは交互に行われる．このように
して、前記中間層上に窒化ホウ素層が形成される． 〔作用］ 上述のようにして、基材１の表面に中間屡と窒化ホウ素
層とを備えた窒化ホウ素層が形成されることになるが、
たとえばＮａ族元素であるＴｉやＺｎは活性度が高く、
金属とセラミックスとの接合などを強固にさせる働きを
有しており、このＴｉやＺｎを用いて前記中間層を形成
すれば、基材１と前記窒化ホウ素層との間の密着強度を
高めることができる． また、上述のように中間層形成の際には、不活性ガスイ
オンの照射が併用されるので、この不活性ガスイオンが
蒸着源からの蒸発物（ＴｉやＺｎを含むもの．）を基材
ｌ内に押し込み、また不活性ガスイオンが基材１内に注
入されたりなどして、基材ｌの表面では、この基材１の
材料と蒸着源からの蒸発物と不活性ガスイオンとが混合
された第１の混合層が形成されることになる．この第１
の混合層の働きによって、前記中間層の基材１表面への
密着がさらに強固なものとなる． そして、窒化ホウ素層の形成の際には、ホウ素を含む物
質を蒸発源３から蒸発させ、イオン源４からは窒素イオ
ンを照射するようにしているので、この窒化ホウ素層と
前記中間層のとの界面には、前記中間層の材料と窒素と
ホウ素とを含む第２の混合層が形成され、この第２の混
合層の働きにより、両者を強固に密着させることができ
る．このようにして、中間層および窒化ホウ素層を備え
た窒化ホウ素膜は全体として基材１の表面に強固に密着
することになり、たとえばこのような窒化ホウ素膜を被
覆膜として用いた切削工具などでは、基材と被覆膜との
間の熱膨張率の差があっても、使用時の温度上昇によっ
て前記被覆膜が剥離などすることはない．このような効
果はｌＶａ族元素に関して確認されているとともに、Ｖ
ａ族元素、ＶＩａ族元素，またはＩＶｂ族元素を上記中
間層の形成のために用いた場合にも同様であることが確
認されている． また、たとえば基材の表面に直接に窒化ホウ素を堆積さ
せる場合には、形成される窒化ホウ素膜は、基材との結
晶の格子サイズの違いによる影響を受け、窒化ホウ素膜
がアモルファス化したり、剥離が生じたり、または立方
晶の窒化ホウ素が形成されなかったりする．たとえば、
Ｔｉ（ｒＶａ族）Ｎｂ （Ｖａ族），Ｍｏ （Ｖｌａ族
）．およびＳｔ（ＩＶｂ族）元素などでは、これらと窒
素元素との化合物を形成すると、その結晶は立方晶型結
晶構造となる．この発明では、基材と窒化ホウ素層との
間にＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素，および
ＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含
む中間層を介在させるようにしており、しかもこの中間
層と窒化ホウ素層との間には前記第２の混合層が形成さ
れるので、この第２の混合層は立方晶型結晶構造を有す
ることができ、したがってこの第２の混合層上に堆積さ
れる窒化ホウ素層は立方晶の結晶構造となりやすい．な
お、前記中間層の形成の際に、イオン源４から窒素ガス
イオンや酸素ガスイオンを照射することも考えられるが
、窒素ガスや酸素ガスを用いると中間層が窒化物や酸化
物となり、たとえば中間層の形成にＴｉを用いるときに
はこの中間層が窒化チタンや酸化チタンで構成されるこ
とになって、Ｔｉの活性度が低下し、これによってこの
中間層と窒化ホウ素層との濡れ性の劣化を招き、結果と
して窒化ホウ素層と中間層との間で充分な密着強度を得
られなくなるおそれがある． Ｔｉ以外の他の元素を中間層に用いるときも同様であっ
て、中間層の基材および窒化ホウ素層への拡散作用によ
って密着強度の向上を図るためには、中間層は化合物で
ないことが好ましい．そのためには、中間層の形成時に
、イオンａ４からは不活性ガスイオンを照射させること
が最適であり、また蒸発源３からの渾発物も窒化物や酸
化物でないことが好ましい． また窒化ホウ素層の形成時に、イオン源４から照射され
る窒素イオンの加速エネルギーは５ ｋｅＶ未溝の範囲
であることが好ましく、これ以上の加速エネルギーでは
、形成された膜の結晶性が悪くなったり、窒素イオンに
よる膜のスバンタ作用が大きくなったりして良質の膜が
得られなくなる可能性がある．なお窒化ホウ素層と中間
層との間の密着強度は上記の加速エネルギー（５ ｋｅ
Ｖ）で充分大きくすることができる．このように、比較
的低エネルギーの窒素イオンの照射によって、膜質の良
好な窒化ホウ素層を中間層上に強固に密着して形成する
ことができる． また窒化ホウ素層の形成時に、中間層上に著着されるホ
ウ素と照射される窒素イオンとの組成比（ホウ素／窒素
イオン粒子比）は、たとえば０．２〜２０程度の範囲に
選ぶのが好ましい．〔実施例１〕 基材としてタングステン・カーバイドを主成分とする超
硬合合材料を用い、この基材に対してＴｉの蒸着と不活
性ガスイオンであるＡｒイオン照射とを同時に行うで約
５００人の中間層を形成した．この中間層上にホウ素の
蒸着と窒素イオン照射とを同時に行って窒化ホウ素層を
約１ｕｍ堆積させた．このようにして形成した窒化ホウ
素膜の５ｇ荷重ヌープ硬度は４０００ｋｇ／■２であっ
た．中間層の形成の際のＡｒイオンの加速エネルギーは
２０ｋｅＶとした．一般には０． １ 〜４ ０ ｋｅ
Ｖの範囲に選ばれ、好ましくは５〜２０ｋｅＶの範囲に
選ぶとよい．このときのＴ１の蒸着速度は、Ａｒの加速
エネルギーに対してそのスバッタ率を考慮して適宜選ぶ
ことができ、上述の例では約４人／秒とした．また、中
間層の膜厚は１０〜１０００人の範囲で適宜選ばれる。
上記中間層の形成に関する各パラメータは、成膜中に注
入されるＡｒイオンの個数が、ＩＸＩＯ’ｅ個ＩＣが〜
ＩＸＩＯ”個／ａｓ” となるように調整されることが
望ましく、より好ましくは上記注入されるＡｒイオンの
個数がＩＸＩＯ”個／ｃｖａ”〜１×１０′１個／１１
となるように上記各パラメータが調整されるとよい． またこの実施例において窒化ホウ素層の形成の際には、
窒素イオンの加速エネルギーは０．２ｋａＶとし、組成
比（ホウ素／窒素粒子比）は１とした．本件発明者らは
、この実施例に従って作成された試料と、同樺な条件で
中間層を設けずに窒化ホウ素膜を基材上に形成した試料
とに関して、各窒化ホウ素膜と基材との間の密着強度の
比較のための引張試験を行っている．この結果、中間層
を設けない試料では密着強度がＩｋｇ／ｍｅ”であった
のに対し、この実施例に従って作成した試料では窒化ホ
ウ素膜の密着強度は６ｋｇ／ａｍ”であった．この結果
から、この実施例によれば、窒化ホウ素膜の基材に対す
る密着強度を格段に向上することができることが理解さ
れる． 〔実施例２〕 サーメット工具表面に、Ｃｒ（Ｖｌａ族元素）の蒸着と
、不活性ガスイオン照射とを同時に行って上記サーメッ
ト工臭表面に中間層を形成し、この中間層上に上記実施
例１の場合と同様にして窒化ホウ素層を形成して、サー
メシト工具を窒化ホウ素膜で被覆した． また、比較のために、上記中間層をＣｒｆＩ着のみによ
って形成した第１の試料と、上記中間層をＣｒの蒸着と
同時に窒素イオンを照射して形成した第２の試料とを作
製した． そして、各サーメット工具に関して、窒化ホウ素膜の密
着強度の測定のための引張試験を行った．この結果、こ
の実施例に従って窒化ホウ素膜を形成したサーメット工
具では、前記窒化ホウ素膜の密着強度は６ｋｇ／ｍ＋＊
２であったのに対し、上記第１の試料では２ｋｇ／ａｍ
”であり、第２の試料ではｌｋｇ ／ 難”であった．
これにより、中間層の形成には不活性ガスイオンの照射
の併用が効果的であることが判る． またこの実施例に従って形成した窒化ホウ素膜を被覆膜
とした工具では、その使用時の発熱にもかかわらず、ホ
ウ素の基材中への拡散による基材の脆化が観測されず、
さらに無被覆品に比較して数倍の切削性能の向上が観測
された． 〔発明の効果〕 この発明の窒化ホウ素膜によれば、窒化ホウ素層と基材
との間には、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素
，およびＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の
元素を含む中間層が形成され、この中間層は基材および
窒化ホウ素層に対して活性であって、この両者を強固に
密着させるとともに、発熱によりホウ素が基社中に拡散
することを防いで、基材が詭化することを防いでいる．
このようにして、密着強度に優れ、基材の脆化を防ぐこ
とができる窒化ホウ素膜が実現され、このような窒化ホ
ウ素膜は切削工具などの被覆材として極めて脊用である
． また、前記窒化ホウ素膜において、前記基材と前記中間
層との界面に、前記基材の材料と前記中間層の材料とか
らなる第１の混合眉を形成し、また前記中間層と前記窒
化ホウ素層との界面に、前記中間層の材料と窒素とホウ
素とを含む第２の混合層を形成するようにすれば、基材
と中間層との間および中間層と窒化ホウ素層との間の各
密着強度をさらに向上することができるとともに、窒化
ホウ素層の結晶性を良好なものとして、窒化ホウ素層の
硬度の向上をも図ることができる．また、この発明の窒
化ホウ素膜の形成方法によれば、上記中間層はｌＶａ族
元素， Ｖ ａ族元素．ＶＩａ族元素，およびＩＶｂ族
元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む物質の
蒸着と、不活性ガスイオンの照射とを併用するようにし
て基材表面に形成されるので、その形成の際には基材表
面において上記第１の混合層が形成され、この第１の混
合層の働きにより前記中間層は基材に対して強固に密着
することになる． そして、この中間層上に窒化ホウ素層を形成するときに
は、ホウ素を含む物質の蒸着と窒素イオンの照射と併用
されるので、中間層表面では上記第２の混合層が形成さ
れ、この第２の混合層の働きによって前記窒化ホウ素層
は中間層に対して強固に密着することになる。このよう
にして、中間層と窒化ホウ素層とで横成した窒化ホウ素
膜は基材に対して強固に密着する． さらに、前記中間層上に形成される第２の混合層には、
窒素元素と、ｒＶａ族元素，Ｖａ族元素，ＶＴａ族元素
．およびＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の
元素との化合吻が含まれており、この化合物は立方晶結
晶構造となるので、前記第２の混合層上に形成される窒
化ホウ素層には立方晶の窒化ホウ素を多く含ませること
ができるようになる．しかも、窒化ホウ素層の形成の際
に照射される窒素イオンが比較的低エネルギーであって
も、・活性な中間層の働きにより、この中間層と窒化ホ
ウ素層との間を強固に密着させることができ、したがっ
て窒化ホウ素層は良好な結晶性を有することができる．
このようにして、前記窒化ホウ素層は硬度および耐摩耗
性において極めて優れたものとなる．
入されるＡｒイオンの個数が、ＩＸＩＯ’ｅ個ＩＣが〜
ＩＸＩＯ”個／ａｓ” となるように調整されることが
望ましく、より好ましくは上記注入されるＡｒイオンの
個数がＩＸＩＯ”個／ｃｖａ”〜１×１０′１個／１１
となるように上記各パラメータが調整されるとよい． またこの実施例において窒化ホウ素層の形成の際には、
窒素イオンの加速エネルギーは０．２ｋａＶとし、組成
比（ホウ素／窒素粒子比）は１とした．本件発明者らは
、この実施例に従って作成された試料と、同樺な条件で
中間層を設けずに窒化ホウ素膜を基材上に形成した試料
とに関して、各窒化ホウ素膜と基材との間の密着強度の
比較のための引張試験を行っている．この結果、中間層
を設けない試料では密着強度がＩｋｇ／ｍｅ”であった
のに対し、この実施例に従って作成した試料では窒化ホ
ウ素膜の密着強度は６ｋｇ／ａｍ”であった．この結果
から、この実施例によれば、窒化ホウ素膜の基材に対す
る密着強度を格段に向上することができることが理解さ
れる． 〔実施例２〕 サーメット工具表面に、Ｃｒ（Ｖｌａ族元素）の蒸着と
、不活性ガスイオン照射とを同時に行って上記サーメッ
ト工臭表面に中間層を形成し、この中間層上に上記実施
例１の場合と同様にして窒化ホウ素層を形成して、サー
メシト工具を窒化ホウ素膜で被覆した． また、比較のために、上記中間層をＣｒｆＩ着のみによ
って形成した第１の試料と、上記中間層をＣｒの蒸着と
同時に窒素イオンを照射して形成した第２の試料とを作
製した． そして、各サーメット工具に関して、窒化ホウ素膜の密
着強度の測定のための引張試験を行った．この結果、こ
の実施例に従って窒化ホウ素膜を形成したサーメット工
具では、前記窒化ホウ素膜の密着強度は６ｋｇ／ｍ＋＊
２であったのに対し、上記第１の試料では２ｋｇ／ａｍ
”であり、第２の試料ではｌｋｇ ／ 難”であった．
これにより、中間層の形成には不活性ガスイオンの照射
の併用が効果的であることが判る． またこの実施例に従って形成した窒化ホウ素膜を被覆膜
とした工具では、その使用時の発熱にもかかわらず、ホ
ウ素の基材中への拡散による基材の脆化が観測されず、
さらに無被覆品に比較して数倍の切削性能の向上が観測
された． 〔発明の効果〕 この発明の窒化ホウ素膜によれば、窒化ホウ素層と基材
との間には、ＩＶａ族元素，Ｖａ族元素、ＶＩａ族元素
，およびＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の
元素を含む中間層が形成され、この中間層は基材および
窒化ホウ素層に対して活性であって、この両者を強固に
密着させるとともに、発熱によりホウ素が基社中に拡散
することを防いで、基材が詭化することを防いでいる．
このようにして、密着強度に優れ、基材の脆化を防ぐこ
とができる窒化ホウ素膜が実現され、このような窒化ホ
ウ素膜は切削工具などの被覆材として極めて脊用である
． また、前記窒化ホウ素膜において、前記基材と前記中間
層との界面に、前記基材の材料と前記中間層の材料とか
らなる第１の混合眉を形成し、また前記中間層と前記窒
化ホウ素層との界面に、前記中間層の材料と窒素とホウ
素とを含む第２の混合層を形成するようにすれば、基材
と中間層との間および中間層と窒化ホウ素層との間の各
密着強度をさらに向上することができるとともに、窒化
ホウ素層の結晶性を良好なものとして、窒化ホウ素層の
硬度の向上をも図ることができる．また、この発明の窒
化ホウ素膜の形成方法によれば、上記中間層はｌＶａ族
元素， Ｖ ａ族元素．ＶＩａ族元素，およびＩＶｂ族
元素のなかの少なくとも何れか一種の元素を含む物質の
蒸着と、不活性ガスイオンの照射とを併用するようにし
て基材表面に形成されるので、その形成の際には基材表
面において上記第１の混合層が形成され、この第１の混
合層の働きにより前記中間層は基材に対して強固に密着
することになる． そして、この中間層上に窒化ホウ素層を形成するときに
は、ホウ素を含む物質の蒸着と窒素イオンの照射と併用
されるので、中間層表面では上記第２の混合層が形成さ
れ、この第２の混合層の働きによって前記窒化ホウ素層
は中間層に対して強固に密着することになる。このよう
にして、中間層と窒化ホウ素層とで横成した窒化ホウ素
膜は基材に対して強固に密着する． さらに、前記中間層上に形成される第２の混合層には、
窒素元素と、ｒＶａ族元素，Ｖａ族元素，ＶＴａ族元素
．およびＩＶｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の
元素との化合吻が含まれており、この化合物は立方晶結
晶構造となるので、前記第２の混合層上に形成される窒
化ホウ素層には立方晶の窒化ホウ素を多く含ませること
ができるようになる．しかも、窒化ホウ素層の形成の際
に照射される窒素イオンが比較的低エネルギーであって
も、・活性な中間層の働きにより、この中間層と窒化ホ
ウ素層との間を強固に密着させることができ、したがっ
て窒化ホウ素層は良好な結晶性を有することができる．
このようにして、前記窒化ホウ素層は硬度および耐摩耗
性において極めて優れたものとなる．
Claims (3)
- （１）基材表面に形成され、IVａ族元素、Ｖａ族元素、
VIａ族元素、およびIVｂ族元素のなかの少なくとも何れ
か一種の元素を含む中間層と、この中間層上に形成した
窒化ホウ素層とを備えた窒化ホウ素膜。 - （２）前記基材と前記中間層との界面に形成され、前記
基材の材料と前記中間層の材料とからなる第１の混合層
と、 前記中間層と前記窒化ホウ素層との界面に形成され、前
記中間層の材料と窒素とホウ素とを含む第２の混合層と
を備えた請求項（１）記載の窒化ホウ素膜。 - （３）基材表面に、IVａ族元素、Ｖａ族元素、VIａ族元
素、およびIVｂ族元素のなかの少なくとも何れか一種の
元素を含む物質の蒸着と、不活性ガスイオン照射とを併
用して中間層を形成し、 この中間層上にホウ素を含む物質の蒸着と、窒素イオン
照射とを併用して窒化ホウ素層を形成することを特徴と
する窒化ホウ素膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056675A JP2789651B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 窒化ホウ素膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1056675A JP2789651B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 窒化ホウ素膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02236268A true JPH02236268A (ja) | 1990-09-19 |
| JP2789651B2 JP2789651B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=13033998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1056675A Expired - Fee Related JP2789651B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 窒化ホウ素膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789651B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996010658A1 (fr) * | 1994-10-04 | 1996-04-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Alliage dur revetu |
| US9675745B2 (en) | 2003-11-05 | 2017-06-13 | Baxter International Inc. | Dialysis systems including therapy prescription entries |
| US9884144B2 (en) | 2003-11-05 | 2018-02-06 | Baxter International Inc. | Hemodialysis system with cassette-based blood and dialysate pumping |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140088243A (ko) * | 2012-12-28 | 2014-07-09 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 고밀착력 박막을 포함하는 사출금형 및 그 제조방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6176662A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成方法および装置 |
| JPS62164869A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-21 | Nissin Electric Co Ltd | 高硬度被覆材料とその製造方法 |
-
1989
- 1989-03-07 JP JP1056675A patent/JP2789651B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6176662A (ja) * | 1984-09-21 | 1986-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成方法および装置 |
| JPS62164869A (ja) * | 1986-01-16 | 1987-07-21 | Nissin Electric Co Ltd | 高硬度被覆材料とその製造方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996010658A1 (fr) * | 1994-10-04 | 1996-04-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Alliage dur revetu |
| US5871850A (en) * | 1994-10-04 | 1999-02-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Coated hard metal material |
| US6183846B1 (en) | 1994-10-04 | 2001-02-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Coated hard metal material |
| US9675745B2 (en) | 2003-11-05 | 2017-06-13 | Baxter International Inc. | Dialysis systems including therapy prescription entries |
| US9884144B2 (en) | 2003-11-05 | 2018-02-06 | Baxter International Inc. | Hemodialysis system with cassette-based blood and dialysate pumping |
| US9889243B2 (en) | 2003-11-05 | 2018-02-13 | Baxter International Inc. | Dialysis system including automatic priming |
| US10293096B2 (en) | 2003-11-05 | 2019-05-21 | Baxter International Inc. | Dialysis system including cassette with pumping tubes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2789651B2 (ja) | 1998-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |