JPH029671B2 - - Google Patents

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JPH029671B2
JPH029671B2 JP59031362A JP3136284A JPH029671B2 JP H029671 B2 JPH029671 B2 JP H029671B2 JP 59031362 A JP59031362 A JP 59031362A JP 3136284 A JP3136284 A JP 3136284A JP H029671 B2 JPH029671 B2 JP H029671B2
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JP
Japan
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layer
decorative article
thermal stress
black
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JP59031362A
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JPS60177179A (ja
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Yasuhisa Shiraishi
Takashi Fujita
Hidetoshi Okabe
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕 本発明は黒色装飾品に関し、さらに詳しくは炭
化ケイ素(SiC)で被覆され、黒色光沢を有する
装飾品に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 黒色の表面光沢を有する部材は格調の高い装飾
品として賞用される。とくに、時計の側、メガネ
の枠には好適である。 しかしながら、このような黒色装飾品が工業的
に製造されたという例はいまだにない。例えば、
窒化ケイ素、炭化ケイ素などの焼結体セラミツク
スは黒色を呈しているが、それはくすぶつた黒色
であり光沢の鮮やかな黒色ではなく、到底装飾品
としての価値を有するものではない。また、ステ
ンレス鋼や超合金などの基体の表面に物理蒸着法
(PVD法)で薄膜コーテイングを施して黒色装飾
品を製造することが試みられているが光沢のある
黒色コーテイングを得ることはできていない。 それゆえ、黒色光沢を有する装飾品の工業的な
開発は強く望まれている。 〔発明の目的〕 本発明は、工業的規模で製造することが可能
で、かつ光沢に優れた黒色表面を有する装飾品の
提供を目的とする。 〔発明の概要〕 本発明は、基体の表面に周期律表のa、Va、
a族元素の窒化物、酸化物、ホウ化物およびケ
イ化物の化合物群から選ばれた1種または2種以
上からなる単層または複合層の熱応力緩衝層を介
して、表面にJIS Z 8105−2068で規定する
(CIE1976)L*、a*、b*色空間において、L*
a*、b*はそれぞれ30%≦L*≦50%、(a*2+(b*
2≦25の関係を満足する色調を有する炭化ケイ素
を主成分とする層を設けたことを特徴とする黒色
装飾品である。 この色調のとき、SiC薄膜は格調高い黒色光沢
をもつて輝いている。L*が小さすぎると、薄膜
表面の明度が低くなり、光沢が不満足であり、ま
た大きすぎると、明度が高くなりすぎて金属色
(金属光沢)となり黒色ではなくなる。したがつ
てL*は30%から50%の範囲が好ましく、さらに
は35〜45%が好ましい。また、(a*2+(b*2が大
きすぎると、薄膜表面が黒色から赤(若しくはそ
の補色の緑)又は黄(若しくはその補色の青)の
色相の彩度が強くなり良好な黒色とは言い難くな
るので、(a*2−(b*2は25以下が好ましく、更に
は16以下が好ましい。 この装飾品の基体としては例えば、ステンレス
鋼やニツケル基合金が用いられるが、これらの金
属の熱膨張係数との差が大きいため、炭化ケイ素
層形成後の冷却過程で炭化ケイ素が基体から剥離
を起こすことがある。そこで、本発明はこの剥離
を起こす熱応力を緩和するため、基体と表面層の
熱膨脹係数との間の熱膨張係数を有する緩衝層を
設けたものである。 この熱応力緩衝層で単層あるいは複合層組織の
材料としては、例えば、a、Va、a族元素
の窒化物、酸化物、ホウ化物又はケイ化物などが
ある。 また熱応力緩衝層の熱膨脹係数としては、5×
10-6/℃〜16×10-6/℃さらには6×10-6/℃〜
9×10-6/℃であることが好ましい。 この場合、さらに基体と炭化ケイ素との熱膨張
係数間の中心付近に係数を有する熱応力緩衝層を
用いると、その効果は一層顕著になる。 例えば基体がフエライト系ステンレス鋼である
と、熱膨張係数が6×10-6/℃〜9×10-6/℃好
ましくは7×10-6/℃〜8×10-6/℃を有する熱
応力緩衝層が望ましく、具体的には窒化チタン、
窒化ハフニウムがあり、また基体がクロム−アル
ミニウム合金であると、熱膨張係数が6×10-6
℃〜11×10-6/℃好ましくは、7×10-6/℃〜10
×10-6/℃を有する緩衝層が望ましく、具体的に
は窒化チタン、窒化バナジウム、酸化アルミニウ
ムがあり、また基体がオーステナイト系ステンレ
ス鋼であると、熱膨張係数は、6×10-6/℃〜15
×10-6/℃好ましくは、8×10-6/℃〜13×
10-6/℃を有する緩衝層が望ましく、具体的には
窒化ニオブ、酸化ジルコニウムがある。以上述べ
た効果のほかに熱応力緩衝層は、表面層としての
炭化ケイ素の曇りを減少させる効果を有する。こ
の際、熱応力緩衝層としては状態図で示すところ
の単相状態組織の材料が好ましい。これにより、
炭化ケイ素をこの緩衝層にプラズマ化学蒸着した
際、炭化ケイ素蒸着層に一層曇りを生じにくくさ
せる。この理由は必ずしも明らかではないが、
SiCプラズマ化学蒸着を実施する際、その被着表
面では、スパツタ現象と蒸着現象が同時に起こ
る。そこで被着体表面が混合相状態であると、そ
れぞれの相でスパツタ速度や蒸着速度が異なり、
それが曇りの原因になるが、単相であると、その
曇りが生じにくいと考えられる。 以上述べた、熱応力緩衝層の厚さとしては、
0.01μm以上が望ましい。これは、厚さが増加す
ることにより、曇りや剥離を生じにくくなり、総
合的な効果を有するためである。しかし、あまり
厚くなりすぎると、剥離を生じやすくなるため、
100μm以下が好ましい。 また、熱応力緩衝層は、製造コストの観点から
単層が好ましいが、複合層でも良い。 本発明にかかる熱応力緩衝層(例えばTiN)
およびその上に形成されるSiC膜は、模式図とし
て例示した以下の処理装置を用いたプラズマ化学
蒸着法(PCVD法)によつて形成することができ
る。 図で、1は反応室で、室内にはヒータ用電源2
に接続したヒータ3、その上には麿電用直流電源
4に接続した負電極5、負電極5と対向して正電
極6が配置されている。負電極5は表面処理すべ
き基体7の支持台の機能も兼ねている。 反応室1には、原料である反応ガスの供給系
(図示した右側の系)が連結されていて、ここか
ら所定の流量で各原料が導入される。熱応力緩衝
層(TiN)を形成する反応ガスは水素(H2)と
四塩化チタン(TiCl4)と窒素(N2)の3種類の
混合ガスである。図で、8はN2の供給ボンベで
ある。9はTiCl4のバブラー恒温槽で、ここに収
納されているTiCl4は水素ボンベ10から送入さ
れるH2でバブリングされ、前記恒温槽の温度に
相当する蒸気圧のTiCl4がH2とともに反応室1内
に導入される。このとき槽9の温度はTiCl4の供
給量との関係から決められるが、通常20〜80℃の
範囲の温度である。 次に表面層SiC膜を形成する反応ガスは水素
(H2)と四塩化ケイ素(SiCl4)と炭化水素の3
種類の混合ガスである。図で、12は炭化水素の
供給ボンベである。用いる炭化水素としては、メ
タン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレ
ン、プロピレンなどが好適である。 11はSiCl4のバブラー恒温槽で、ここに収納
されているSiCl4は水素ボンベ20から送入され
る水素でバブリングされ、前記恒温槽11の温度
に相当する蒸気圧のSiCl4がH2とともに反応室1
内に導入される。このとき、槽11の温度は
SiCl4の供給量から決められるが、通常は−70〜
10℃の範囲にある。 またアルゴンボンベ13は基体7の表面を
TiN薄膜で被覆するに先立ち、前記基体表面を
清浄化するためのアルゴン(Ar)スパツタ用で
ある。さらに15は反応室1内を所定のガス圧に
するための真空ポンプの油逆流防止TiNおよび
SiC薄膜形成時に副生する塩化物を捕捉するため
のトラツプであり、これら全体で排気系が構成さ
れている。 図の装置を用いて、まず、供給系からArガス
を適当量導入しながら真空ポンプ15で排気し反
応室1内を約0.05TorrのAr雰囲気に圧力調整し
基体7の表面を電流密度約0.5mA/cm2でスパツタ
して清浄化する。 その後、反応ガス供給系を切替え反応ガス
(H2+TiCl4+N2)を反応室1内に導入しながら
排気し反応ガスの全体圧力を所定の値に調節し、
ヒータ3で基体7を加熱して両電極5,6間に電
圧を引加し、反応室1内にグロー放電を発生させ
る。 この際、室内のガス圧が0.05Torr未満の場合
にはグロー放電が発生せず、また5Torrを超える
とグロー放電が安定しないばかりでなくアーク放
電が発生し始める。好ましくは0.5〜2Torrであ
る。 また、基体の加熱温度は100〜1000℃、好まし
くは300〜700℃、最も好ましくは500℃である。 また、放電時基体の単位面積当りに流す電流の
電流密度は0.01〜1mA/cm2、好ましくは0.05〜0.5
mA/cm2である。 装置を運転するに当り必要な他のパラメータ、
例えば放電維持電圧、反応ガスの流量などは、反
応室の大きさ、基体の表面積が変動すると上記し
た3つの条件の変動に対応して変化させければな
らないので一義的には決められない。 その後、反応ガス供給系を切り替え、反応ガス
(H2+SiCl4+CH4)を反反応室1内に導入しな
がら排気し反応ガスの全体圧力を所定の値に調節
しながら、ヒータ3で基体7を加熱して両電極
5,6間に電圧を印加し、反応室1内にグロー放
電を発生させる。 この際、室内のガス圧が0.05Torr未満の場合
にはグロー放電が発生せず、また5Torrを超える
とグロー放電が安定しないばかりでなくアーク放
電が発生し始める。好ましくは0.5〜2Torrであ
る。 また、基体の加熱温度は100〜1000℃、好まし
くは300〜700℃、最も好ましくは500℃である。 また、放電時基体の単位面積当りに流す電流の
電流密度は0.01〜1mA/cm2、好ましくは0.05〜0.5
mA/cm2である。 装置を運転するに当り必要な他のパラメータ、
例えば放電維持電圧、反応ガスの流量などは、反
応室の大きさや基体の表面積が変動すると上記し
た3つの条件の変動に対応して変化させければな
らないので一義的には決められない。本発明にか
かるSiC薄膜を形成する場合に重要な問題は、上
記した反応ガス中で、炭素の原子数とケイ素の原
子数を所定の割合で制御することである。 すなわち、反応ガス中の炭素の原子数をnと
し、反応ガス中のケイ素の原子数をn′としたと
き、反応ガス中にあつてはn/n+n′が75%以上と なるように各反応ガスの供給量が制御されるべき
である。 この比(モル%)が小さすぎると、形成された
SiC薄膜はその明度が大きくなりすぎて望ましい
色調が得られなくなる。好ましくは80〜90%であ
る。 また、本発明にかかるSiC薄膜の形成に当つて
は、形成される薄膜が半透明なのでその膜厚が
1μmより薄いときには干渉縞を伴つた干渉色と
なるので、格調高い黒色光沢を得るには膜厚は
1μm以上に形成しなければならない。好ましく
は1.5〜2.5μm程度である。 以上述べたように、PCVD法を用いて熱応力緩
衝層と表面層を連続形成すると、曇りが生じにく
い上に熱応力緩衝層と表面層を異なる方法で製造
する場合に比べて生産効率の点から好ましい。 〔発明の実施例〕 図に示した装置を用い、第2表に示した条件
で、第1表に示す装飾品を作成した。 この際、SiC膜の曇りや剥離の状態を観察し、
その結果を第1表に併記した。 第1表から明らかなように、本発明の実施品
は、曇りや剥離が少なく実用上好ましいことがわ
かる。 また、第1表に記載以外の窒化物、ホウ化物、
ケイ化物、および酸化物の熱応力緩衝層を形成し
て曇りや剥離状態を調べたが、TiNは、それら
に比較して良好な値を示した。
【表】
〔発明の効果〕
本発明は、炭化ケイ素の下に熱応力緩衝層を設
けることにより、炭化ケイ素被膜が曇りにくく、
かつ剥離しにくい黒色装飾品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図面は、熱応力緩衝層および炭化ケイ素層を形
成するPCVD装置の概念図である。 1…反応室、2…ヒータ用電源、3…ヒータ、
4…グロー放電用直流電源、5…負電極兼支持
台、6…正電極、7…基体、8…窒素ガスボン
ベ、9…四塩化チタンバブラー恒温槽、10,2
0…水素ガスボンベ、11…四塩化ケイ素バブラ
ー恒温槽、12…炭化水素ガスボンベ、13…ア
ルゴンガスボンベ、14…トラツプ、15…真空
ポンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基体の表面に周期律表のa、Va、a族
    元素の窒化物、酸化物、ホウ化物およびケイ化物
    の化合物群から選ばれた1種または2種以上から
    なる単層または複合層の熱応力緩衝層を介して、
    表面にJIS Z 8105−2068で規定する
    (CIE1976)L*、a*、b*色空間において、L*
    a*、b*はそれぞれ30%≦L*≦50%、(a*2+(b*
    2≦25の関係を満足する色調を有する炭化ケイ素
    を主成分とする層を設けたことを特徴とする黒色
    装飾品。 2 熱応力緩衝層は、5×10-6/℃以上15×
    10-6/℃以下の熱膨張係数を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の黒色装飾品。 3 熱応力緩衝層は、単相状態の組織を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
    項記載の黒色装飾品。 4 熱応力緩衝層は、0.01μm以上の厚さを有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
    3項のいずれかに記載の黒色装飾品。 5 熱応力緩衝層は、基体上にプラズマ化学蒸着
    法で形成されたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項から第4項のいずれかに記載の黒色装飾
    品。 6 炭化ケイ素は、プラズマ化学蒸着法で形成さ
    れた薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項から第5項のいずれかに記載の黒色装飾
    品。 7 炭化ケイ素の厚さは、1μm以上であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項から第6項の
    いずれかに記載の黒色装飾品。 8 プラズマ化学蒸着法において、反応ガス中の
    炭素の原子数をn、反応ガス中のケイ素の原子数
    をn′としたとき、n、n′が75%≦n/n+n′の関係 を満足する数であることを特徴とする特許請求の
    範囲第6項記載の黒色装飾品。
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