JPH0328373A - ダイヤモンド被覆部材およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイヤモンド被覆部材およびその製造方法に
関し、さらに詳細には、改良された表面粗度を有し、切
削工具として有用なダイヤモンド被覆部材およびその製
造方法に関する．［従来の技術と発明が解決しようとす
る課Ｂ］従来、一般に切削工具、ダイスおよび耐摩耗性
部材などに、ダイヤモンド膜を被覆してなる部材が知ら
れている． しか・し、前記切削工具や前記耐摩耗性部材等の、ダイ
ヤモンドを作用面に被覆してなるダイヤモンド被覆部材
は硬くて摩耗が小さいという特長はあるが、現在のダイ
ヤモンド被覆技術では形成されたダイヤモンド層の表面
粗度が大きい．したがって、従来のダイヤモンド被覆部
材では、その用途によっては，潤滑性に欠けたり、ある
いは被切削面の仕上精度が悪いと言う問題点がある．こ
の発明は、前記問題点を解決することを目的にするもの
である． すなわち、この発明の目的は、潤滑性に優れた表面を有
し、特に切削工具に使用されたときには高い表面精度で
仕上げることのできる切削面を有するダイヤモンド被覆
部材およびその製造方法を提供することにある． ［課題を解決するための千段〕 前記課題を達或するためのこの発明は、基体の表面に、
ダイヤモンド層を介して、ダイヤモンド状カーボン層が
形成されてなることを特徴とするダイヤモンド被覆部材
であり、 また、基体の表面にダイヤモンド層を形成し、次いで、
このダイヤモンド層表面にダイヤモンド状カーボン層を
形成させることを特徴とするダイヤモンド被覆部材の製
造方法である． 前記基体の形成材料としては、たとえばｗＣ系、ＴｉＣ
系、胃Ｃ−Ｇｏ系．　ＷＣ−Ｔｉｅ−Ｇｏ系、ＷＣ−Ｔ
ｉＣ　−ＴａＣ−Ｇｏ系等の超硬合金；銅、クロム、マ
ンガン、モリブデン、二オブ、パラジウム，白金、バナ
ジウム、タングステン、イットリウム、ジルコニウム等
の金属；およびこれらの酸化物、窒化物および炭化物、
これらの合金；　　ＡＪ１２０３　−Ｆｅ系、ＴｉＣ−
Ｎｉ系、Ｔｉｅ−Ｃｏ系、Ｔｉｅ−ＴｉＮ系、Ｂ４Ｃ−
Ｆｅ系等のサーメット；炭化ケイ素（Ｓｉｎ）、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３ｅｓ　）　．酸窒化ケイ素（Ｓｉ２０Ｎ２
）．コーデイエライト（　２ＭｇＯ●２Ａｉ２（ｈ●５
Ｓｉ０２）　、リチウム●アルミノケイ酸塩、チタン酸
アルミニウム（ＡＪｌｚＯ３・ＴｆＯｚ）　、リン酸ジ
ルコ＝ル（２Ｚｒ０２・ＰｚＯｓ）　．　ＮａＺｒ２（
ＰＯｉ）３型化合物、サイアロン（Ｓｉ６−ｚ　Ａｎｙ
　ＯｚＮａ−ｚ）等のセラミックスなどを挙げることが
できる． また、基体の形状については、特に制限はなく、たとえ
ば板状、棒状、錐状、チップ状（三角，四角等）、ドリ
ル等の特殊形状などの任意の形状のものを、用途に応じ
て採用することができる． 本発明のダイヤモンド被覆部材においては、前記基体の
表面にダイヤモンド層が形成され、このダイヤモンド層
の表面にさらにダイヤモンド状カーボン層が形成されて
いる． このダイヤモンド層として、ダイヤモンド多結晶膜を挙
げることができる． このダイヤモンド層の厚みは、このダイヤモンド被覆部
材の用途によって一概に規定することができないのであ
るが、通常０．５〜１００１Ｌｍ、特に０．５〜５０μ
ｍである．なお、ダイヤモンド層の表面素度（Ｒａ）は
、その形成方法にもよるが、通常０．１〜ｌμｍである
． ダイヤモンド層の厚みが前記０．５ｇｍ未満であると基
体にダイヤモンド層を設けることの技術的意味のないこ
とがあり、また、前記厚みが前記１００Ｂｍを超えると
その密着性が問題となり剥離が起こる場合がある． ダイヤモンド状カーボン層の厚みは、前記ダイヤモンド
層の表面凹凸を隠蔽するに十分な厚みであれば良く、し
たがって，ダイヤモンド層の表面状態によりその厚みが
相違して一概に規定することができないのであるが、通
常０．０１〜ＩＯＪＬｍ、特に０．１　〜５ｐｍである
． ダイヤモンド状カーボン層の厚みが前記０．０ｌｇｍ未
満であるとダイヤモンド層の表面凹凸を十分に隠蔽する
ことができないことがあり，また，ダイヤモンド状カー
ボン層の厚みが前記１０ｇｍを超えると厚みを大きくす
るに見合った技術的効果が得られないことがある． このようなダイヤモンド層は以下のようにして形或する
ことができる． すなわち，炭素源ガスを励起して得られるガスを前記基
体の表面に接触させる気相法により、ダイヤモンド層を
形成することができる．前記炭素源ガスとしては、各種
炭化水素化合物，含ハロゲン化合物，含酸素化合物、含
窒素化合物等のガスを使用することができる．７前記炭
化水素化合物としては，オレフィン系炭化水素、アセチ
レン系炭化水素、ジオレフィン系炭化水素、脂環式炭化
水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素等を挙げる
ことができる．含ハロゲン化合物としては、たとえば、
含ハロゲン化炭化水素等を挙げることができる．含酸素
化合物としては、例えばケトン類、アルコール類、エー
テル類、アルデヒド類、有機酸類、酸エステル類、二価
アルコール類、一酸化炭素，二酸化炭素等を挙げること
ができる．含窒素化合物としては、例えばアミン類等を
挙げることができる． また、前記炭素源ガスとして、単体ではないが、消防法
に規定された第４類危険物、第１石油類、第２石油類、
第３石油類、第４石油類などのガスをも使用することが
できる． また前記各種の炭素化合物を混合して使用することもで
きる． これらの炭素源ガスの中でも、常温で気体または蒸気圧
の高いメタン、エタン，プロパン等のパラフィン系炭化
水素、あるいはアセトン、ペンゾフェノン等のケトン類
、メタノール、エタノール等のアルコール類、一酸化炭
素、二酸化炭素ガネ等の含酸素化合物が好ましく、一酸
化炭素は特に好ましい． 前記ダイヤモンド層の形成にあたっては、前記炭素源ガ
スとともに稀釈用ガスを用いることもできる．この稀釈
用ガスとしては，水素ガス，あるいはヘリウムガス，ア
ルゴンガス、ネオンガス，キセノンガス、窒素ガスなど
の不活性ガスが挙げられる． これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組合
わせて用いてもよい． これらの中でも、水素ガスを用いた場合には，プラズマ
ＣＶＤ法においては直流または高周波もしくはマイクロ
波によってプラズマを形成し、ＣＶＤ法においては熱ま
たは放電により原子状水素を形或する． この原子状水素は、ダイヤモンドの析出と同時に析出す
る黒鉛構造の炭素を除去する作用を有する． 前記不活性ガスは、特にスパッタリング法、イオン化蒸
着法、イオンビーム蒸着法を使用する場合に前記バラフ
ィン系炭化水素化合物、前記含酸素均機化合物および／
または含窒素有機化合物からなる炭素源ガスと混合して
用いるものであり、アーク放電空間中でイオン化するこ
とにより炭素原子をたたき出して炭素をイオン化する作
用を有する． 前記炭素源ガスを励起する手段としては、たとえば熱フ
ィラメント法、（ＥＡＣＶＤ法も含む．）直流プラズマ
ＣＶＤ法（熱プラズマ法も含む．）高周波プラズマＣＶ
Ｄ法（熱プラズマ法も含む．）マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法（有磁場ＣＶＤ法も含む．）、燃焼炎法、光ＣＶＤ
法などを用いることができる． 前記ダイヤモンド層の形成においては、炭素源ガスの濃
度は、通常０．１〜８０容量％である．前記ダイヤモン
ド層の形成において，前記基体の表面の温度は、前記炭
素源ガスの励起手段によって異なるが，通常、３００〜
１，２００℃である．たとえば、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法を用いる場合には、通常，５００〜１，１００℃
である．前記ダイヤモンド層の形成における反応圧力は
、通常、１０−’　〜１０”ｔｏｒｒ好ましくは１０−
５　〜８００ｔｏｒｒである．反応圧力が１０−’ｔｏ
ｒｒよりも低い場合には、ダイヤモンドの析出速度が遅
くなったり、ダイヤモンドが析出しなくなったりする．
一方１０３ｔｏｒｒより高くしてもそれに応じた効果が
ない． 反応時間は、前記基体の種類，用途等に応じて必要な膜
厚が得られるまでの時間を適宜に設定すればよい． かくして得られるダイヤモンド層の表面には、次ざのよ
うにしてダイヤモンド状カーボン層が形成される． すなわち、前記ダイヤモンド状カーボン層は，たとえば
、前記基体を設置した反応室内に、炭素源ガスを導入し
，前記炭素源ガスを励起して得られるガスを前記基体表
面上のダイヤモンド層に接触させることにより得ること
ができる．前記炭素源ガスとしては、各種炭化水素化合
物、含ハロゲン化合物，含酸素化合物、含窒素化合物等
前記ダイヤモンド層形成時に用いる時に例示したガスを
使用することができる． この炭Ｊｌ源ガスの励起手段は前記ダイヤモンド層を形
成する際に採用される励起手段として例示したものを挙
げることができる．しかし、この励起手段は、それぞれ
のダイヤモンド（状）層の形成に好ましいものを採用す
ればよい． 前記原料ガスを励起して得られたガスを基体のダイヤモ
ンド層上に接触させる際の前記ダイヤモンド層の表面温
度は、励起条件などにより異なるので，一概に決定する
ことはできないが、通常，室温〜５００℃、好ましくは
室温〜３５０℃である．反応圧力は、通常、１０−６〜
７８０　ｔｏｒｒ、好ましくは１０−’　ｔｏｒｒ　〜
１０ｔｏｒｒである．反応圧力が１０−６ｔｏｒｒより
も低いと、ダイヤモンド状カーボン層の析出速度が遅く
なったり、ダイヤモンド状カーボン層が析出しなくなっ
たりすることがある． 一方、７８０　ｔｏｒｒより高〈してもそれに見合った
効果は奏されないことがある． 反応時間は、前記基体上のダイヤモンド表面の粗度、用
途等に応じて必要な膜厚が得られるまでの時間を適宜に
設定すればよい． なお、ダイヤモンド状カーボンの形成に先立って、ダイ
ヤモンド層表面をＨ２　．０２等のガスを用いて二一２
チング処理をしてもよい．前記ダイヤモンド層とダイヤ
モンド状カーボン層との形戊は、連続式に製造を行なっ
ても良いし、バッチ式で製造しても良く、例えば高周波
放電法との組合わせ、マイクロ波放電法とイオン化蒸着
法との組合わせ、イオン化蒸着法と高周波放電法との組
合わせ等で、ダイヤモンド層とダイヤモンド状カーボン
層とをそれぞれ形成させても良いし、また共に高周波放
電法によりダイヤモンドとダイヤモンド状カーボンを形
成させても良い．なお，本発明においては、ダイヤモン
ド層と基体との間に相互の密着性向上のための中間層を
形成させても良い． このようにして得られるダイヤモンド被覆部材は，切削
工具、耐摩耗部材、メス、歯科用ドリル等の医療工具等
に適用できる他、ヒートシンク、電子デバイス等にも適
用できる． ［実施例］ （実施例１〜４、比較例１〜４） 市販の窒化珪素（ＳｉｘＮ４）製の切削チップ（ＳＰＧ
Ｎ　１２０３０４）上に、先ずマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により、ダイヤモンド層を形成した．形成条件は以
下のとおりである．なお、切削チップは表面の研削状態
の異なる２種類を用いた．マイクロ波周波数●●　２．
４５　ＧＨｚマイクロ波出力●●●　３００〜３５０Ｗ
原料ガス●●●●●●Ｃｏ／Ｈ２混合ガス（ＣＯ濃度二
二第１表中に例示％） 原料ガス流量●●●●１００　ＳＣＣＮ反応圧力●●ｅ
●●●４０　ｔｏｒｒ 基板温度●●●●●−　１，０００　”０処理時間●・
・●●●第１表中に例示 このダイヤモンド層についてラマン分光分析を行なった
ところ、ラマン散乱スペクトルの１３３３ｃｓｉ付近に
ダイヤモンドに起因するピークがみちれ、１５５０ｃｍ
−　１付近に小さなブロードなピークが認められた．ま
た、ＳＥＭによりダイヤモンド表面の自形而が良く観察
することができた．このダイヤモンド層の厚み、表面粗
度を第１表に示した． このダイヤモンド層を有する切削チップ上に、高周波プ
ラズマＣＶＤ　（平行平板）法により、ダイヤモンド状
カーボン層を形成した． 高周波パワー●●●●０．８　Ｗ／　ｃ　ｍ２原料ガス
●●−−●●Ｃ２　Ｈ６ガス 原料ガス流量●●●●５０　ＳＣＣＭ 反応圧力●●●●●●０．０１　ｔｏｒｒ基板温度・・
・・●・２００℃ 処理時間●・●・・・第１表中に例示 このダイヤモンド状カーボン層についてラマン分光分析
を行なったところ、ダイヤモンド状カーボン特有の、１
１００〜１７００ｃｍ−１付近のブロードなピークが認
められた． かくして得られるダイヤモンド層およびダイヤモンド状
カーボン層を有する切削チップを用いて，下記条件で旋
盤加工を行なった． 加工後に、ＳＥＭにより被切削材の表面粗度を測定した
結果を第２表に示した． 被削材　　　；ＡＭ−１２重量％Ｓｉ合金切削速度（Ｖ
）　；　３００ｍ／ｓｉｎ送り（ｆ）　　　　；　０．
Ｉｍｍ　／　ｒ　ｅ　ｖ切り込み（ｔ）　；　０．２５
ｍｍ 第 ２ 表 利用される． このダイヤモン，ド被覆部材を切削加工工具として使用
すると、被切削面を究めて平滑に加工することができる
． ［発明の効果］ この発明によると、ダイヤモンド層の上に，性質の類似
したダイヤモンド状カーボン層が形成されているので、
層間密着性が良好で大きな硬度と究めて平滑な平面を有
するダイヤモンド被覆部材を提供することができる．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の表面に、ダイヤモンド層を介して、ダイヤ
   モンド状カーボン層が形成されてなることを特徴とする
   ダイヤモンド被覆部材。
2. （２）基体の表面にダイヤモンド層を形成し、次いで、
   このダイヤモンド層の表面にダイヤモンド状カーボン層
   を形成させることを特徴とするダイヤモンド被覆部材の
   製造方法。