JPH04268076A - 複合ダイヤモンド被覆セラミックス部材 - 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】この発明は、セラミックス基体、
特に窒化ケイ素系セラミックス基体の表面にアモルファ
ス炭素膜を介して気相合成ダイヤモンド膜を形成してな
る耐剥離性に優れた複合ダイヤモンド被覆セラミックス
部材に関するものであり、この複合ダイヤモンド被覆セ
ラミックス部材は、特に切削工具として優れた性能を発
揮するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超硬合金、サーメット、シリコン
単結晶、タングステン、モリブデンなどの金属、並びに
窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミックスからなる基
体の表面に、アモルファス炭素膜からなる中間層を介し
て気相合成ダイヤモンド膜が形成されたダイヤモンド被
覆セラミックス部材が提案されている。上記アモルファ
ス炭素膜は、気相合成ダイヤモンド膜よりも基体に対す
る密着性が優れており、上記アモルファス炭素膜を介し
てその上に気相合成ダイヤモンド膜を形成した複合ダイ
ヤモンド被覆セラミックス部材は、切削に際して耐剥離
性に優れ、切削工具として優れた性能を発揮する言われ
ている（特開昭６３−２７７５９３号公報、特開平１−
２９０５９１号公報など参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、確かに、上記
アモルファス炭素膜を介して基体の表面に形成された気
相合成ダイヤモンド膜は、耐剥離性に優れ、この複合ダ
イヤモンド被覆セラミックス部材を切削工具として用い
た場合に優れた性能を発揮するけれども、従来よりも一
層過酷な条件の切削、特に過酷な条件の断続切削に対し
ては十分な耐剥離性が得られなかった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
過酷な条件の断続切削に対しても従来よりも優れた耐剥
離性を有する複合ダイヤモンド被覆セラミックス部材を
得るべく研究を行った結果、弗素および水素をそれぞれ
１〜３０原子％含んだアモルファス炭素膜は、セラミッ
クスに対して従来のアモルファス炭素膜よりも一層密着
性に優れ、特に窒化ケイ素系セラミックスに対する密着
性が一段と優れており、この弗素および水素をそれぞれ
１〜３０原子％含んだアモルファス炭素膜を中間層とし
て介在させてセラミックス基体、特に窒化ケイ素系セラ
ミックス基体の表面に気相合成ダイヤモンド膜を形成す
ると、従来よりも一層密着性に優れた複合ダイヤモンド
被覆セラミックス部材が得られるという知見を得たので
ある。

【０００５】この発明は、かかる知見に基づいて成され
たものであって、窒化ケイ素系セラミックス基体の表面
に、 弗素：１〜３０原子％、 水素：１〜３０原子％、 を含んだアモルファス炭素膜を中間層として介して気相
合成ダイヤモンド膜を形成してなる複合ダイヤモンド被
覆セラミックス部材に特徴を有するものである。

【０００６】この発明の弗素および水素をそれぞれ１〜
３０原子％含んだアモルファス炭素膜は、通常のセラミ
ックス、そのうちでも特に窒化ケイ素系セラミックス、
例えば窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、炭窒酸化ケイ素、サ
イアロン、Ｓｉ３　Ｎ４　−５％Ｙ２　Ｏ３　−２％Ｍ
ｇＯからなる組成の焼結体セラミックスに対する密着強
度が最も優れている。

【０００７】この場合、上記弗素および水素をそれぞれ
１原子％未満含んでいてもアモルファス炭素膜の基体に
対する密着強度は向上せず、一方、弗素および水素をそ
れぞれ３０原子％を越えて含有すると硬さが低下するの
で好ましくない。さらに上記弗素および水素をそれぞれ
１〜３０原子％含んだアモルファス炭素膜は、中間層と
して使用するために、その厚さは０．１μｍ未満では密
着強度の向上は期待できず、一方、その厚さが１０μｍ
を越えると膜の強度が低下する。したがって、上記アモ
ルファス炭素膜の厚さは、０．１〜１０μｍに定めた。

【０００８】次に、この発明の複合ダイヤモンド被覆セ
ラミックス部材の製造方法を説明する。まず、一般に知
られているセラミックス特に窒化ケイ素系セラミックス
を基体として用意し、これらセラミックス基体を平行平
板型高周波プラズマ装置に装入し、さらにフッ化物ガス
、例えば、ＨＦ、ＣＦ４　、ＣＨＦ３　、ＣＨ２　Ｆ２
　、ＣＣｌ２　Ｆ２　、ＣＣｌ３　Ｆ、ＳＦ６　、ＮＦ
３　などをエッチングガスとし、水素、アルゴン、ヘリ
ウム、窒素ガスなどをキャリアーガスとともに平行平板
型高周波プラズマ装置に導入し、 反応圧力：０．０００１〜１００Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー
：１０〜１０００Ｗ、 の条件で高周波を印加してしてプラズマを発生させ、こ
のプラズマ中に上記基体の表面を所定時間さらして粒界
相をエッチング除去する。上記フッ化物ガスは、キャリ
アーガスに対して１０％以上含まれていればよい。

【０００９】このようにして表面エッチングされた基体
をそのまま平行平板型高周波プラズマ装置内に保持し、
上記平行平板型高周波プラズマ装置内に上記弗素を含む
エッチングガスおよび上記キャリアーガスとともに炭素
源ガス、例えば、メタン、エタン、エチレン、アセチレ
ン、ベンゼンなどの炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素
、メチルアルコール、エチルアルコールなどを導入して
アモルファス炭素膜を形成する。

【００１０】このようにして形成されたアモルファス炭
素膜の表面に、通常の気相合成法、例えば、熱フィラメ
ント法、マイクロ波プラズマ法、直流プラズマ法などに
よりダイヤモンド膜を形成すると、この発明の複合ダイ
ヤモンド被覆セラミックス部材を製造することができる
。

【００１１】

【実施例】つぎに、この発明を実施例に基づいて具体的
に説明する。いずれも市販の２種類の窒化ケイ素系セラ
ミックスを用意し、この窒化ケイ素系セラミックスを切
断および研削してＩＳＯ規格ＳＰＧＮ１２０３０８の形
状を有するチップを作製し、ついで、これらチップを平
行平板型高周波プラズマ装置内に装入し、圧力：０．０
５Ｔｏｒｒ、 ＲＦパワー：１００Ｗ、 ガス：ＣＦ４　、１００％、 ガス流量：５０ｓｃｃｍ、 の条件で２０分間エッチング処理を行い、表１に示され
る表面エッチングした窒化ケイ素系セラミックスからな
る基体ＡおよびＢを作製した。

【００１２】

【表１】

【００１３】上記エッチング処理を行った基体Ａおよび
Ｂを同じく上記平行平板型高周波プラズマ装置内に保持
し、表２および表３に示される条件でアモルファス炭素
膜合成処理を行い、上記基体ＡおよびＢの表面に表４に
示される弗素および水素を含みかつ厚さを有するアモル
ファス炭素膜中間層を形成し、本発明複合ダイヤモンド
被覆セラミックス部材１〜８および比較複合ダイヤモン
ド被覆セラミックス部材１〜２のアモルファス炭素膜中
間層を形成した。

【００１４】さらに比較のために、上記エッチング処理
を行った基体チップの表面に、フッ素を含まないメタン
ガスを用いて、表３に示される条件で従来複合ダイヤモ
ンド被覆セラミックス部材１のアモルファス炭素膜中間
層を形成した。

【００１５】表２および表３に示される条件で作製され
たこれらアモルファス炭素膜中間層に含まれる水素およ
び弗素の量は、赤外吸収分光法により測定した。

【００１６】このようにして形成された上記アモルファ
ス炭素膜中間層の上に、一般的なマイクロ波プラズマ装
置を用いて、下記の条件で１０時間保持し、厚さ：５μ
ｍの気相合成ダイヤモンド膜を合成し、本発明複合ダイ
ヤモンド被覆セラミックス部材１〜８、比較複合ダイヤ
モンド被覆セラミックス部材１〜２および従来複合ダイ
ヤモンド被覆セラミックス部材１を製造した。

【００１７】ダイヤモンド膜の合成条件、圧力：３０Ｔ
ｏｒｒ、 マイクロ波パワー：６００Ｗ、 ガス：１％ＣＨ４　＋Ｈ２　、 ガス流量：１００ｓｃｃｍ、

【００１８】次に、上記本発明複合ダイヤモンド被覆セ
ラミックス部材１〜８、比較複合ダイヤモンド被覆セラ
ミックス部材１〜２および従来複合ダイヤモンド被覆セ
ラミックス部材１を切削工具として用い、被削材：Ａｌ
−１８％Ｓｉ、 切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ、 切込み：０．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件にて、乾式フライス切削試験を行い、切り刃の逃
げ面のダイヤモンド膜が剥離し、被削材の面精度が良好
に切削できなくなるに至るまで時間を測定し、その測定
結果を表４に示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】

【発明の効果】表４に示された測定結果から、弗素およ
び水素を含有するアモルファス炭素膜中間層を有する本
発明複合ダイヤモンド被覆セラミックス部材１〜８は、
いずれも弗素および水素を含有しないアモルファス炭素
膜中間層をもった従来複合ダイヤモンド被覆セラミック
ス部材１に比べて切り刃の逃げ面のダイヤモンド膜が剥
離せずに被削材の面精度が良好に切削できる時間が格段
に長いことがわかる。

【００２３】しかし、この発明の条件から外れた量の弗
素および水素を含有するアモルファス炭素膜中間層を介
在させても、比較複合ダイヤモンド被覆セラミックス部
材１〜２（この発明の条件から外れた値に※印を付して
示した。）に見られるように切り刃の逃げ面のダイヤモ
ンド膜が剥離せずに被削材の面精度が良好に切削できる
時間は短いことがわかる。

【００２４】上述のように、この発明の複合ダイヤモン
ド被覆セラミックス部材を切削工具としてを用いると、
切削に際してダイヤモンド膜が剥離するまでの時間が長
く、チップ交換回数を少なくすることができ、したがっ
て、生産コストを安くすることができ、産業上優れた効
果を奏するものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックス基体の表面に中間層を介
   して気相合成ダイヤモンド膜が形成されてなる複合ダイ
   ヤモンド被覆セラミックス部材において、上記中間層は
   、弗素：１〜３０原子％、 水素：１〜３０原子％、 を含んだアモルファス炭素膜であることを特徴とする複
   合ダイヤモンド被覆セラミックス部材。
2. 【請求項２】　　上記中間層は、０．１〜１０μｍの厚
   さを有することを特徴とする請求項１記載の複合ダイヤ
   モンド被覆セラミックス部材。
3. 【請求項３】　　上記セラミックス基体は、窒化ケイ素
   系セラミックスからなることを特徴とする請求項１また
   は２記載の複合ダイヤモンド被覆セラミックス部材。 【０００１】