JPH04232249A - ダイヤモンド状炭素被膜の付着法 - Google Patents
ダイヤモンド状炭素被膜の付着法Info
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- JPH04232249A JPH04232249A JP3221474A JP22147491A JPH04232249A JP H04232249 A JPH04232249 A JP H04232249A JP 3221474 A JP3221474 A JP 3221474A JP 22147491 A JP22147491 A JP 22147491A JP H04232249 A JPH04232249 A JP H04232249A
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- C23C28/00—Coating 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
- C23C28/04—Coating 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 only coatings of inorganic non-metallic material
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-
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- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
-
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- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
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- C23C28/046—Coating 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 only coatings of inorganic non-metallic material with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、硬質炭素被膜、特にダ
イヤモンドの構造に似た構造を有する硬質炭素被膜の付
着に関する。
イヤモンドの構造に似た構造を有する硬質炭素被膜の付
着に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】炭素の
硬質層及び凝集層は、高い耐摩耗性、低い摩擦係数及び
化学的な長所に関する潜在性を有するため、種々の潤滑
工学上の用途について研究されている。理想的には、被
膜はダイヤモンドの被膜であるべきであるが、ある種の
技術上重要な基材の上に良好な接着性で連続な結晶性ダ
イヤモンド層を付着することは難しいことがわかった。 これらの困難な材料には、鋼、ニッケル合金、コバルト
焼結炭化タングステン及び遷移金属元素を含む殆どの物
質が含まれる。ダイヤモンドの付着に好ましい基材には
、ダイヤモンドそのもの、ケイ素、炭化ケイ素及びヘテ
ロ−エピタクシーが起こることを可能にする条件がある
と考えられるその他の材料がある。
硬質層及び凝集層は、高い耐摩耗性、低い摩擦係数及び
化学的な長所に関する潜在性を有するため、種々の潤滑
工学上の用途について研究されている。理想的には、被
膜はダイヤモンドの被膜であるべきであるが、ある種の
技術上重要な基材の上に良好な接着性で連続な結晶性ダ
イヤモンド層を付着することは難しいことがわかった。 これらの困難な材料には、鋼、ニッケル合金、コバルト
焼結炭化タングステン及び遷移金属元素を含む殆どの物
質が含まれる。ダイヤモンドの付着に好ましい基材には
、ダイヤモンドそのもの、ケイ素、炭化ケイ素及びヘテ
ロ−エピタクシーが起こることを可能にする条件がある
と考えられるその他の材料がある。
【０００３】ダイヤモンドの付着の別法は、所謂ダイヤ
モンド状炭素被膜の付着である。ダイヤモンド状炭素は
ダイヤモンド及びグラファイトの両方から区別される。 それは無定形であり、Ｓｐ２ 結合（ ダイヤモンドの
ように） よりむしろ平面状の原子間Ｓｐ３ 結合（
グラファイトのように） を有することを特徴とするが
、それはダイヤモンドの硬度に近い硬度を有する。ダイ
ヤモンド状炭素の機械的特性、光学的特性及びその他の
特性は、その無定形の性質及びグラファイトの微小結晶
性がないことに由来する。
モンド状炭素被膜の付着である。ダイヤモンド状炭素は
ダイヤモンド及びグラファイトの両方から区別される。 それは無定形であり、Ｓｐ２ 結合（ ダイヤモンドの
ように） よりむしろ平面状の原子間Ｓｐ３ 結合（
グラファイトのように） を有することを特徴とするが
、それはダイヤモンドの硬度に近い硬度を有する。ダイ
ヤモンド状炭素の機械的特性、光学的特性及びその他の
特性は、その無定形の性質及びグラファイトの微小結晶
性がないことに由来する。
【０００４】イオン補助法による炭素の付着法が英国特
許明細書第２，１２２，２２４ 号に既に開示されてい
る。この方法では、炭化水素蒸気の源は、強力なイオン
、例えば、窒素イオンで同時に衝撃を与えられる加工物
の近くの真空室中に置かれる。そのイオン衝撃は加工物
の表面で炭化水素分子の分解を生じさせ、硬質の凝集性
炭素の被膜を与える。
許明細書第２，１２２，２２４ 号に既に開示されてい
る。この方法では、炭化水素蒸気の源は、強力なイオン
、例えば、窒素イオンで同時に衝撃を与えられる加工物
の近くの真空室中に置かれる。そのイオン衝撃は加工物
の表面で炭化水素分子の分解を生じさせ、硬質の凝集性
炭素の被膜を与える。
【０００５】しかしながら、この操作は常に無定形のダ
イヤモンド状炭素を製造するとは限らない。レーザーラ
マン分光分析法により、これはケイ素、アルミナ、窒化
ケイ素及びその他のセラミックの如き好ましい基材上で
のみ、そのようであることが示された。鋼、ニッケル、
ゲルマニウム及びその他の同様の材料の場合には、グラ
ファイトの微結晶の成長が起こることが明らかであり、
これは不十分な潤滑工学上の性質を有する軟質被膜の形
成と関連する。
イヤモンド状炭素を製造するとは限らない。レーザーラ
マン分光分析法により、これはケイ素、アルミナ、窒化
ケイ素及びその他のセラミックの如き好ましい基材上で
のみ、そのようであることが示された。鋼、ニッケル、
ゲルマニウム及びその他の同様の材料の場合には、グラ
ファイトの微結晶の成長が起こることが明らかであり、
これは不十分な潤滑工学上の性質を有する軟質被膜の形
成と関連する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、硬質ダイヤモ
ンド状炭素被膜を、このような被膜の付着に不利である
と現在知られている基材を含む広範囲の基材に付着し得
る方法を提供する。本発明に従って、ダイヤモンド状炭
素の形成を誘導すると知られている材料の基礎層を基材
の上に付着する操作、次いでダイヤモンド状炭素の層を
基礎層の上に付着する操作を含むことを特徴とする、基
材の上にダイヤモンド状炭素被膜を付着する方法が提供
される。
ンド状炭素被膜を、このような被膜の付着に不利である
と現在知られている基材を含む広範囲の基材に付着し得
る方法を提供する。本発明に従って、ダイヤモンド状炭
素の形成を誘導すると知られている材料の基礎層を基材
の上に付着する操作、次いでダイヤモンド状炭素の層を
基礎層の上に付着する操作を含むことを特徴とする、基
材の上にダイヤモンド状炭素被膜を付着する方法が提供
される。
【０００７】基礎層に適した材料は、窒化ケイ素、ケイ
素、アルミナ、及び窒化ホウ素である。基礎層及びダイ
ヤモンド状炭素の層の両方は、イオン補助法により付着
されることが好ましい。本発明を、本発明の実施に適し
た装置の添付図面を参照して実施例により説明する。
素、アルミナ、及び窒化ホウ素である。基礎層及びダイ
ヤモンド状炭素の層の両方は、イオン補助法により付着
されることが好ましい。本発明を、本発明の実施に適し
た装置の添付図面を参照して実施例により説明する。
【０００８】
【実施例】図面を参照して、真空室１は、幾つかの加工
物３用の回転可能な支持体２、電子線加熱した炉床４、
イオンビーム源５、及び炭化水素蒸気を加工物３に向け
ることができるノズル６を含む。使用に際し、被覆され
る加工物３を支持体２の上に置き、基礎層を形成するの
に適した材料の片７を炉床４の上に置き、真空室１を閉
じ、ほぼ１０−６トルの圧力まで排気する。好適な材料
は、ケイ素、アルミニウムまたはホウ素である。炉床４
を加熱するための電子線をイオンビーム源５と一緒にス
イッチを入れ、このイオンビーム源は基礎層に所望され
る材料を形成するのに必要とされるイオン（例えば、酸
素または窒素）を与えるようなものである。好適なイオ
ンエネルギーは４０〜８０ＫｅＶ の範囲である。被覆
原子及びイオンが加工物３に到達する速度を調節して加
工物３の表面上に必要とされる材料の被膜を生成する。 充分な材料を付着して完全な基礎層を形成した時、イオ
ンビーム炉床４のスイッチを切るが、イオンビーム源５
を運転しているように保つ。次いで炭化水素蒸気の流れ
をノズル６から加工物３に向け、その間加工物３の表面
をほぼ４時間の期間にわたって４０〜８０ＫｅＶ の範
囲のエネルギー及びほぼ５μＡｃｍ −２のビーム流密
度を有するイオンで衝撃を与え、その時間の間、真空室
１中の圧力を約１０−６トルに保つ。炭化水素蒸気に適
した源は、加熱された容器９（それからノズル６が通じ
ている）に含まれる所定量のポリフェニルエーテル８で
ある。
物３用の回転可能な支持体２、電子線加熱した炉床４、
イオンビーム源５、及び炭化水素蒸気を加工物３に向け
ることができるノズル６を含む。使用に際し、被覆され
る加工物３を支持体２の上に置き、基礎層を形成するの
に適した材料の片７を炉床４の上に置き、真空室１を閉
じ、ほぼ１０−６トルの圧力まで排気する。好適な材料
は、ケイ素、アルミニウムまたはホウ素である。炉床４
を加熱するための電子線をイオンビーム源５と一緒にス
イッチを入れ、このイオンビーム源は基礎層に所望され
る材料を形成するのに必要とされるイオン（例えば、酸
素または窒素）を与えるようなものである。好適なイオ
ンエネルギーは４０〜８０ＫｅＶ の範囲である。被覆
原子及びイオンが加工物３に到達する速度を調節して加
工物３の表面上に必要とされる材料の被膜を生成する。 充分な材料を付着して完全な基礎層を形成した時、イオ
ンビーム炉床４のスイッチを切るが、イオンビーム源５
を運転しているように保つ。次いで炭化水素蒸気の流れ
をノズル６から加工物３に向け、その間加工物３の表面
をほぼ４時間の期間にわたって４０〜８０ＫｅＶ の範
囲のエネルギー及びほぼ５μＡｃｍ −２のビーム流密
度を有するイオンで衝撃を与え、その時間の間、真空室
１中の圧力を約１０−６トルに保つ。炭化水素蒸気に適
した源は、加熱された容器９（それからノズル６が通じ
ている）に含まれる所定量のポリフェニルエーテル８で
ある。
【０００９】所望により、イオンビーム源５は、加工物
３の表面３が基礎層の付着を開始する前にスパッタリン
グにより清浄されることを可能にするように、電子線炉
床４の前でエネルギーを与えられてもよい。上記の装置
は対アノードイオン源を有するが、バケットイオン源と
して知られているイオン源の如きその他の型のイオン源
を使用することができる。
３の表面３が基礎層の付着を開始する前にスパッタリン
グにより清浄されることを可能にするように、電子線炉
床４の前でエネルギーを与えられてもよい。上記の装置
は対アノードイオン源を有するが、バケットイオン源と
して知られているイオン源の如きその他の型のイオン源
を使用することができる。
【図１】本発明を実施するのに適した装置の線図である
。
。
１−真空室
２−支持体
３−加工物
４−電子線加熱した炉床
５−イオンビーム源
６−ノズル
７−基礎層を形成するのに適した材料の片８−ポリフェ
ニルエーテル ９−加熱容器
ニルエーテル ９−加熱容器
Claims (11)
- 【請求項１】 ダイヤモンド状炭素の形成を誘導する
と知られている材料の基礎層を基材の上に付着する操作
、次いでダイヤモンド状炭素の層を基礎層の上に付着す
る操作を含むことを特徴とする、基材の上にダイヤモン
ド状炭素被膜を付着する方法。 - 【請求項２】 基礎層がケイ素、窒化ケイ素、窒化ホ
ウ素、またはアルミナの層である請求項１に記載の方法
。 - 【請求項３】 基礎層及びダイヤモンド状炭素の両層
をイオン補助法により付着する請求項１または２に記載
の方法。 - 【請求項４】 ダイヤモンド状炭素の層を基材上に付
着する前に、基礎層を形成する基材を真空室中に置く操
作、基礎層を形成するのに使用する第一種の原子の集団
を前記の基材の表面領域に生成する操作、第一種の原子
をして基材の表面に接着性の基礎層を形成するように基
材の表面を第二種のイオンで照射する操作、炭素含有種
を基材の表面領域に与える操作、及び基材を第二種のイ
オンによる更なる照射に暴露し、それにより炭素原子を
基礎層の表面の上に前記のダイヤモンド状被膜として付
着させる操作を含む請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 第二種のイオンが第一種のイオンと反
応して基礎層を形成し得る請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 第一種がケイ素、アルミニウムまたは
ホウ素であり、第二種が酸素または窒素である請求項５
に記載の方法。 - 【請求項７】 炭素含有種が炭化水素蒸気である請求
項４〜６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 基礎層を形成する前に、基材の表面を
清浄するように、基材の表面に、第二種のイオンで衝撃
を与える請求項１〜７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 ダイヤモンド状炭素の被膜が付着され
る基材用の支持体、基材の上に基礎層を形成するのに適
した第一種の原子の源、第二種のイオンの源、及び炭素
含有種の源を包含する真空室を備えていることを特徴と
する、基材の上にダイヤモンド状被膜を付着するための
装置。 - 【請求項１０】 第一種の原子の源が炉床であり、そ
の炉床が前記の材料を十分な蒸気圧を有する温度に加熱
し得るものである請求項９に記載の装置。 - 【請求項１１】 炭素含有種の源が炭化水素蒸気の源
である請求項１１、１２または１３に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB90192196 | 1990-09-01 | ||
| GB909019219A GB9019219D0 (en) | 1990-09-01 | 1990-09-01 | Diamond-like carbon coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04232249A true JPH04232249A (ja) | 1992-08-20 |
Family
ID=10681603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3221474A Pending JPH04232249A (ja) | 1990-09-01 | 1991-09-02 | ダイヤモンド状炭素被膜の付着法 |
Country Status (6)
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