JPH03141195A - ダイヤモンド膜の被覆方法 - 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】 〔概要〕 被処理基板へのダイヤモンド膜の被覆方法に関し、 優れた密着強度をもたせることを目的とし、耐熱性をも
つ被処理基板上に、該基板との接着性の優れた高融点金
属の粉末よりなる厚膜ペーストを塗布する工程と、該基
板を不活性ガス雰囲気中で焼成し、該基板上に多孔質の
高融点金属層を形成する工程と、該基板をＤＣプラズマ
ジェット気相成長装置に装着し、炭素化合物ガスを含む
水素ガスを供給し、前記金属層上にダイヤモンドの気相
成長を行わせる工程とを含むことを特徴としてダイヤモ
ンド膜の被覆方法を構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は優れた密着強度をもつダイヤモンド膜の被覆方
法に関する。

ダイヤモンドは炭素（Ｃ）の同素体であり、所謂るダイ
ヤモンド構造を示し、モース（Ｍｏｈｓ）硬度は１０と
大きく、また熱伝導度は２０００Ｗ／ｒｍＫと他の材料
に較べて格段に優れており、またバルクを伝播する音速
は１８，０００　ｔａ／ｓと他の材料に較べて格段に速
いなどの特徴をもっている。

そのため、この性質を利用して各種の用途が検討されて
いる。

すなわち、硬度の高いのを利用してドリルの刃やバイト
への使用が検討されているが、ダイヤモンド膜としては
硬度が高いのを利用して耐摩耗性コーティング、熱伝導
度の高いのを利用して半導体素子のヒートシンク（Ｈｅ
ａ　ｔ−ｓ　１ｎｋ）の構成材、また音速が速いことを
利用してスピーカーの振動板などへの実用化が進められ
ている。

〔従来の技術〕

ダイヤモンドの合成法としては高圧合成法と低圧合成法
とがある。

こ＼で、高圧合成法は比較的サイズの大きな単結晶を育
成するのに適した方法であるが、装置が大掛かりであり
、成長速度が著しく遅（、そのためコストが高くつくと
云う問題がある。

これに対し、低圧合成法にはマイクロ波プラズマ気相成
長法（略してマイクロ波プラズマＣＶＤ法）があり、被
処理基板上に微結晶の形で製膜できる点に特徴がある。

然し、気相成長法（ＣＶＤ法）で成長させたダイヤモン
ド膜はどの基板を用いた場合でも密着力は捲めて小さい
ことが問題がある。

そこで、この対策として、 ■　被処理基板の上にタングステン・カーバイト（ＷＣ
）やモリブデン・カーバイト（ＭｏＣ）などの炭化物か
らなる中間層を設け、物理化学的な方法により密着力を
向上する方法。

■　被処理基板面を凹凸にし、この窪みにダイヤモンド
膜を引っ掛けるアンカー効果により機械的に密着力を向
上する方法。

などが試みられている。

然し、■については良い結果が得られていない。

また■の方法についても、従来のマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法では核発生密度と製膜速度が共に低く、そのため
ダイヤモンド膜が被処理基板の凹凸を埋めて充分なアン
カー効果を発揮する程の厚さまでに成長させることは困
難であり、そのため成功していない。

一方、発明者等はＤＣプラズマジェッ）　ＣＶＤ法を開
発し、新しいダイヤモンドの合成方法を提供している。

（特願昭６２−０８３３１８．特開平１−３３０９６）
そして、この方法を使用すれば、製膜速度が２００μｔ
ａ　／Ｈと大きく、然も核発生密度が高いために微細な
凹凸を伴う表面上に均一なダイヤモンド膜を高速に被覆
することができる。

第３図はＤＣプラズマジェットＣＶＤ装置の構成を示す
もので、構成と操作を述べると次のようになる。

反応室１の上部にはプラズマジェット２を形成するため
の陽極３と陰極４があり、この間を通って原料ガス５が
供給されている。

また、陽極３と陰極４を繋いで直流電源７があり、反応
室１の下部には排気口８がある。

また、被処理基板９は冷却水１０によって水冷されてい
るｉｔ台１１の上にセットされている。

さて、ダイヤモンドのＣＶＤ成長を行うには、陽極３と
陰極４の間から水素（Ｈ２）と炭化水素、例えばメタン
（ＣＨ４）との混合ガスを原料ガスとして反応室１の中
に供給すると共に、排気系を動作して排気口８より排気
し、反応室ｌの中を低真空に保持した状態で陽陰極間に
アーク放電１２を生じさせ、この熱により原料ガス５を
分解させてプラズマ化させると、炭素プラズマを含むプ
ラズマジェット２は被処理基板９に当たり、微結晶から
なるダイヤモンド膜１３が被処理基板９の上に成長する
。

〔発明が解決しようとする課題〕

先に記したようにダイヤモンド膜には各種の用途が考え
られているが、基板との密着性が不充分なため、実用化
が進んでいない。

そこで、密着性を向上することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕 上記の課題は耐熱性をもつ被処理基板上に、基板との接
着性の優れた高融点金属の粉末よりなる厚膜ペーストを
塗布する工程と、この基板を不活性ガス雰囲気中で焼成
し、基板上に多孔質の高融点金属層を形成する工程と、
この基板をＤＣプラズマジェットＣνＤ装置に装着し、
炭素化合物ガスを含有するＨｔガスを供給し、金属層上
にダイヤモンドの気相成長を行わせる工程とを含むこと
を特徴としてダイヤモンド膜の被覆方法を構成すること
により解決することができる。

〔作用〕

本発明は発明者らが提案しているＤＣプラズマジェッ！
−ＣＶＤ装置を用いればダイヤモンド膜を厚く成長する
ことができることから、従来不可能であったアンカー効
果を発揮させ、これにより被処理基板との密着性を向上
するものである。

こ−で、アンカー効果を発揮させるには被処理基板の表
面に多数の引っ掛かりを設けることが必要であるが、本
発明はこれを多孔質体により実現するものである。

そして、この多孔質体を被処理基板と密着性のよい金属
からなる焼結体で構成するものである。

第１図は本発明の原理図であって、被処理基板１５の上
に、接着性のよい金属の焼結体からなる多孔質の金属層
１６を設け、この上にＤＣプラズマジェットＣＶＯ法に
よりダイヤモンド膜１７を形成するもので、アンカー効
果により密着性のよいダイヤモンド膜を作るものである
。

〔実施例］ 被処理基板１５として２０ｍｍ角で厚さが５ｆｆＩＩｎ
のタングステン（Ｗ）板を用いた。

次に、平均粒径が４μｍのＷ粉末を有機バインダとして
ポリビニルブチラール（略称ＰＶＢ）を、また溶剤とし
てアセトンを用いて混練してペーストを作り、このペー
ストを被処理基板１５の上にスクリーン印刷して厚さが
２０μｍのＷ厚膜層１８を形成した。（以上第２図Ａ） 次に、乾燥処理後、この被処理基板１５を加熱炉中に置
き、窒素（Ｎ２）雰囲気中で２０００”Ｃで１時間に亙
って焼成することにより、Ｗの焼結体からなる多孔質層
１９を形成した。（以上同図Ｂ）次に、この被処理基板
１５をＤＣプラズマジェットＣＶＤ装置の載置台の上に
位置決めし、原料ガスとしてＣＩ＋４濃度が３％のＨ２
ガスを用い、反応室内の真空度を５０　ｔｏｒｒとし、
出力Ｉ　ＫＷでアーク放電を行わせ、多孔質層１９の上
に厚さが５０μｍのダイヤモンド膜１７を形成した。（
以上同図Ｃ）次に、この試料についてダイヤモンド膜１
７の密着強度の測定を行ったところ、約１００ｋｇ＃＋
ｍ”以上でダイヤモンド膜の表面につけた測定治具が！
１１がれてしまい、正しい値を得が得られなかった。

一方、Ｗ板に直接にダイヤモンド膜杏被覆した試料の密
着力は０．１ｋｇ／ｍｍ”以下であった。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により充分な密着力をも
つダイヤモンド膜を作ることができ、これによりドリル
の刃やバイトなどのコーティングや各種の耐摩耗性コー
ティングなどの実用化が可能となる。 ネギ９月の原エヱ図 第　１　図 ’Ｃ） ネギ帆の芙柘遣を示す？面回 ＤＣプラズマジェ、７トＧＶＤ鏝１のｔ２　’月図第　
３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 耐熱性を有する被処理基板上に、該基板との接着性の優
   れた高融点金属の粉末よりなる厚膜ペーストを塗布する
   工程と、 該基板を不活性ガス雰囲気中で焼成し、該基板上に多孔
   質の高融点金属層を形成する工程と、該基板をＤＣプラ
   ズマジェット気相成長装置に装着し、炭化化合物ガスを
   含む水素ガスを供給して前記金属層上にダイヤモンドの
   気相成長を行わせる工程と、 を含むことを特徴とするダイヤモンド膜の被覆方法。