JPH05209270A - Cvdダイヤモンドの選択的付着法 - Google Patents

Cvdダイヤモンドの選択的付着法

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JPH05209270A
JPH05209270A JP4208691A JP20869192A JPH05209270A JP H05209270 A JPH05209270 A JP H05209270A JP 4208691 A JP4208691 A JP 4208691A JP 20869192 A JP20869192 A JP 20869192A JP H05209270 A JPH05209270 A JP H05209270A
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チャールズ・ドミニク・イアコバンゲロ
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は基体表面への化学蒸着(CVD)ダ
イヤモンドの選択的付着法に関する。 【構成】 この方法はCVDダイヤモンドで被覆しない
基体表面の領域をCVDダイヤモンドの生成を阻止する
被覆物質でマスキングし、ついで該基体をCVDダイヤ
モンド付着工程に供して該基体上の非マスキング領域の
みにCVDダイヤモンドの層を被覆する工程を含んでな
る。有利な一実施態様では、該表面を最初CVDダイヤ
モンドの生成を助長する物質の層で被覆し、ついでかく
被覆された基体を本発明方法のマスキング工程に供す
る。基体はねじれ刃ドリルからなるのが有利であり、そ
の場合ねじれ刃ドリルの刃を構成する平面のようなドリ
ル作業に関与する主剪断面に垂直な表面をCVDダイヤ
モンドで被覆し、一方ねじれ刃ドリルの残余の領域は未
被覆のまゝ残す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンドで被覆され
た工作品に関し、特に改良されたCVDダイヤモンド被
覆ねじれ刃ドリルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイヤモンドの硬度及び熱的性質は、ダ
イヤモンドを広範囲の工業部品に有効に使用するために
要求される特性のうちの二つを成す。最初は、天然ダイ
ヤモンドが種々の研磨剤としての用途に使用された。ダ
イヤモンドが熱安定性炭素相として存在する条件下で、
触媒/焼結助剤を使用する高圧/高温(HP/HT)技
術によってダイヤモンドを合成することが可能になった
結果、種々の別の製品が市場に有利に受入れられた。し
ばしば円筒状又は環状の炭化タングステン基体上に支持
された多結晶質ダイヤモンド成形体はダイヤモンドを使
用する製品の系列をさらに拡大した。しかしながら、高
圧及び高温の合成条件の必要はたとえば製品の形態を制
限してきた。
【0003】近年、ダイヤモンドが準安定状態にある低
圧におけるダイヤモンドの生長についての工業的規模で
の試みが劇的に増加してきた。低圧合成技術によりダイ
ヤモンドを製造し得ることはかなり以前から知られてい
るが、きわめて低い生長速度を含めた該方法に伴う欠点
が広い商業的規模での該方法の受入れを妨げてきた。最
近の開発の進展により、より高い生長速度が達成され、
その結果当該技術における工業的関心に拍車がかかって
きている。さらに、“ダイヤモンド様”炭素及び炭化水
素として知られる全く新しい固体の一群の発見は前記し
た最近の研究の副産物である。
【0004】ダイヤモンドの低圧生長は当該技術におい
て“化学蒸着”又は“CVD”と呼ばれている。二つの
主要なCVD技術が文献に示されている。これらの技術
の一つは炭化水素ガス(典型的にはメタン)及び水素の
稀混合物、すなわち炭化水素含量が全容積流の約0.1
ないし2.5%の範囲であるかゝる混合物、を使用する
ものである。このガスを約1750°ないし2400℃
の範囲の温度に電気加熱された熱タングステンフィラメ
ントの真上に配置された石英管を通じて導入すると、該
ガス混合物は該フィラメント表面で解離して、ダイヤモ
ンドが熱タングステンフィラメントの直ぐ下に配置され
た加熱された基体上に凝縮する。この基体は抵抗加熱さ
れたボート型容器(しばしばモリブデン製)中に保持し
そして約500°ないし1100℃の範囲の温度に加熱
するか又は該基体は前記フィラメントによって加熱する
ことができる。
【0005】第二のCVD法は前記フィラメント法にプ
ラズマ放電を賦課する方法である。プラズマ放電は核形
成密度、生長速度の増加に役立ちかつ分離したダイヤモ
ンド粒子よりはダイヤモンドフィルムの生成を増大する
ものと考えられる。この分野で使用されてきたプラズマ
方式には三つの基本的な方式がある。その第一はマイク
ロ波プラズマ方式であり、第二は高周波(RF;誘導結
合型又は容量結合型)プラズマ方式でありそして第三は
直流(d.c.)プラズマ方式である。RF及びマイク
ロ波プラズマ方式は通常電気エネルギーを発生プラズマ
に電気的に結合するために複雑な同調又は整合用回路網
を必要とする比較的複雑かつ高価な機器を使用するもの
である。さらに、これら二つの方式によって提供される
ダイヤモンドの生長速度は全く不十分なものであり得
る。
【0006】これまで、CVDダイヤモンドは切削工具
インサートを製造するために炭化タングステン又はその
他の基体上に被覆され(米国特許第4,707,384
号及び同第4,731,296号明細書)又は半導体の
製造のためにホウ素又はその他の元素と同時付着され
(たとえば欧州特許公告第286,306号及び同第2
82,054号公報)てきた。1990年8月7日付で
出願された本出願人自身の米国特許出願SN.563,
367号明細書には特にねじれ刃ドリルをCVDダイヤ
モンドの層で被覆するに適するCVD反応器が開示され
ており、たとえばかゝるCVDダイヤモンドで被覆され
たねじれ刃ドリルは本出願人自身の米国特許第5,02
2,801号明細書に示されている。
【0007】
【発明の概要】概括的にいえば、本発明は基体の表面に
化学蒸着(CVD)ダイヤモンドを選択的に付着する方
法に関する。この方法はCVDダイヤモンドで被覆しな
い基体表面の領域をCVDダイヤモンドの生成を阻止す
る被覆物質でマスキング(遮蔽)し、ついで該基体をC
VDダイヤモンド付着工程に供して該基体上の非マスキ
ング領域のみにCVDダイヤモンドの層を被覆する工程
を含んでなる。本発明の有利な一実施態様によれば、該
基体表面をまずCVDダイヤモンドの生成を助長する物
質の層で被覆し、ついでかく被覆された基体を本発明の
マスキング工程に供する。本発明の有利な実施態様によ
れば、該基体はねじれ刃ドリルからなり、該ねじれ刃ド
リルの刃を形成する平面のようなドリル作業に関与する
主剪断面に垂直な表面をCVDダイヤモンドで被覆し、
一方該ねじれ刃ドリルの残余の領域は末被覆のまゝ残す
ものである。
【0008】本発明の利点はCVDダイヤモンドを選択
的に付着せしめ得る点を包含する。本発明の別の利点は
基体に施されるCVDダイヤモンド層のパターンを制御
し得ることである。本発明のさらに別の利点はCVDダ
イヤモンドを付着すべき表面領域をCVDダイヤモンド
の生成を助長する物質で被覆することによってCVDダ
イヤモンドの生成を助長し得ることである。これらの及
びその他の利点は本明細書中の開示事項に基づいて当業
者には容易に明らかになるであろう。
【0009】
【発明の詳細な開示】ねじれ刃ドリルは工業分野におい
て広範囲にわたって使用されている。もっとも硬いかつ
最長寿命をもつねじれ刃ドリルは炭化タングステンから
製造されている。しかしながら、炭化タングステン製の
ねじれ刃ドリルでさえもある種の複合材料をドリル作業
する場合には早期破損を受ける。かゝるねじれ刃ドリル
をさらにより硬くする一手段はその上にCVDダイヤモ
ンドの被覆を付着させることである。CVDダイヤモン
ド被覆ねじれ刃ドリルの性能は該ねじれ刃ドリルの大部
分の領域上にダイヤモンドフィルムを保有せしめること
に関係するものではない。というのは、ねじれ刃ドリル
の多くの領域は刃を与えるものではなく、したがって切
削性能には直接関与しないからである。むしろ、ねじれ
刃ドリルの性能はCVDダイヤモンド層が該ねじれ刃ド
リルの刃上に保有される場合に改良され得る。経験によ
れば、CVDダイヤモンドはドリル作業に直接関与する
主剪断面、たとえばねじれ刃ドリルの切り刃を形成する
平面に垂直な表面上に保有されるべきことが認められ
た。したがって、CVDダイヤモンドで被覆するねじれ
刃ドリルの領域を制御して切削作用に関与しない残りの
表面領域を未被覆の状態にしておくことが有利である。
【0010】本発明の有利な一実施態様によれば、CV
Dダイヤモンドで被覆するねじれ刃ドリル又はその他の
基体を最初CVDダイヤモンドの付着及び接着を助長す
る物質で被覆する。かゝる物質の例はチタン、クロム,
ニオブ、モリブデン、タングステン等及びそれらの混合
物及び合金を包含する。かゝる物質はたとえば無電解め
っき、電気めっき、化学蒸着法、プラズマ溶射法及び当
業者に周知の種々の別の方法を包含する種々の方法によ
ってねじれ刃ドリル又はその他の基体上に被覆し得る。
【0011】本発明方法のつぎの工程においては、ダイ
ヤモンドで被覆する必要のない基体の領域をついでCV
D処理工程中にダイヤモンドの付着よりもむしろすすの
形成を助長する第二の被覆で選択的に被覆する。この被
覆はたとえばコバルト、ニッケル、鉄等及びそれらの混
合物及び合金を包含する物質から形成し得る。この場合
にも、この第二の被覆のパターンを形成するために、ね
じれ刃ドリル又はその他の基体をまずコバルト又はその
他の物質が基体に接着するのを阻止する物質でマスキン
グすることができる。電気めっき及び無電解めっき技術
において既知の多数のマスキング剤を利用することがで
き、かゝるマスキング剤の例は米国、ニュージャージー
州、ソマービル在ヘキストAGから販売されている登録
商標AZ4000系列のフォトレジストを包含する。
【0012】本発明において有用な慣用のCVD法に関
して述べれば、まず初めの工程として、炭化水素/水素
のガス状混合物をCVD反応器に供給する。炭化水素供
給源はメタン系列のガス、たとえばメタン、エタン、プ
ロパン;不飽和炭化水素、たとえばエチレン、アセチレ
ン、シクロヘキセン及びベンゼン;等を包含し得る。し
かしながら、メタンが好ましい。炭化水素対水素のモル
比は広く約1:10ないし約1:1000の範囲であ
り、約1:100のモル比が好ましい。このガス状混合
物は随意に不活性ガス、たとえばアルゴンで稀釈し得
る。このガス状混合物は当該技術において既知のいくつ
かの技術のいずれかによって少なくとも部分的に熱分解
される。これらの既知技術の一つは通常タングステン、
モリブデン、タンタル又はそれらの合金から形成される
熱フィラメントの使用を伴うものである。この方法は米
国特許第4,707,384号明細書に記載されてい
る。
【0013】ガス状混合物の部分分解はまた米国特許第
4,749,587号及び同第4,830,702号明
細書に提案されているような直流放電又は高周波電磁線
の使用によりプラズマを発生させる方法又は米国特許第
4,434,188号明細書に記載されるごとくマイク
ロ波を使用する方法によって行なうこともできる。部分
分解ガス混合物の生成に使用される個々特定の方法とは
無関係に、基体は典型的には約500°ないし1100
℃、好ましくは約850°ないし950℃の範囲の高い
CVDダイヤモンド形成温度に保持され、この範囲の温
度においてダイヤモンドの生長は最高速度に達し、それ
によって粒度は最小になる。約0.01ないし1000
トルの範囲の圧力、有利には約100−800トルの圧
力が当該技術において教示されており、減圧の使用が好
ましい。CVD法に関する詳細はさらにAngus らの“Lo
w-Pressure,Metastable Growth of Diamond and ‘Diam
ondlike ’Phases”,Science,第 241巻,第 913-921頁
(1988年 8月19日)及びBachmannらの“Diamond Thin F
ilms”,Chemical and Engineering News, 第 24-39頁
(1989年 5月15日)に記載されているので参照された
い。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 つぎの工程: (a)基体の表面のうちCVDダイヤモンドで被覆しな
    い領域をCVDダイヤモンドの生成を阻止する物質の被
    膜でマスキングし;そして (b)該基体をCVDダイヤモンド付着工程に供して該
    基体上の非マスキング領域のみにCVDダイヤモンドの
    層を被覆する;工程を含んでなる基体表面への化学蒸着
    (CVD)ダイヤモンドの選択的付着法。
  2. 【請求項2】 該基体表面を最初CVDダイヤモンドの
    生成を助長する物質の層で被覆し、ついでこの被覆され
    た基体表面を工程(a)の処理に供する請求項1記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 工程(a)において、該表面をCo,N
    i及びFeの一種又はそれ以上でマスキングする請求項
    1記載の方法。
  4. 【請求項4】 該基体表面をまずTi,Cr,Nb,M
    o及びWの一種又はそれ以上である物質の層で被覆する
    請求項2記載の方法。
  5. 【請求項5】 最初の被覆を受けた表面をCVDダイヤ
    モンドの層で被覆する領域に対しマスキング剤で被覆
    し、かく被覆された表面をついで工程(a)の処理に供
    し、ついで該マスキング剤を除去し、それからかく被覆
    された表面を工程(b)の処理に供する請求項2記載の
    方法。
  6. 【請求項6】 該基体がねじれ刃ドリルである請求項1
    記載の方法。
  7. 【請求項7】 該ねじれ刃ドリルがWCから形成された
    ものである請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 該ねじれ刃ドリルが金属から形成された
    ものである請求項6記載の方法。
JP4208691A 1991-08-08 1992-08-05 Cvdダイヤモンドの選択的付着法 Withdrawn JPH05209270A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US74277391A 1991-08-08 1991-08-08
US742773 1991-08-08

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JP (1) JPH05209270A (ja)
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