JPH0566349B2 - - Google Patents
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- JPH0566349B2 JPH0566349B2 JP60157682A JP15768285A JPH0566349B2 JP H0566349 B2 JPH0566349 B2 JP H0566349B2 JP 60157682 A JP60157682 A JP 60157682A JP 15768285 A JP15768285 A JP 15768285A JP H0566349 B2 JPH0566349 B2 JP H0566349B2
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- 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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- C23C28/04—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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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、切削工具又は耐摩耗工具などの工具
部品及び半導体基板などの電子部品として利用で
きる立方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法に
関する。
部品及び半導体基板などの電子部品として利用で
きる立方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法に
関する。
（従来の技術）
窒化ホウ素は、大別すると低密度の窒化ホウ素
と高密度の窒化ホウ素の２種類が存在し、この
内、高密度の窒化ホウ素の代表例としては、高圧
高温という特殊な条件で合成される立方晶窒化ホ
ウ素がある。
と高密度の窒化ホウ素の２種類が存在し、この
内、高密度の窒化ホウ素の代表例としては、高圧
高温という特殊な条件で合成される立方晶窒化ホ
ウ素がある。
立方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに次ぐ高硬
度性、高熱伝導性及び高電気絶縁性を有し、しか
もダイヤモンドよりすぐれた化学的安定性、耐酸
化性、耐熱性及び耐熱的衝撃性を有している。ま
た、ダイヤモンドは、鉄族金属との親和性が高い
のに対して立方晶窒化ホウ素は、鉄族金属との親
和性が低いことから、例えば鉄族金属材料を切削
又は研削するための工具材料として注目されてい
る。このように、立方晶窒化ホウ素は、すぐれた
特性を有しているが脆性材料であり、しかも難焼
結性材料であることから形状及び用途に制約を受
けている。
度性、高熱伝導性及び高電気絶縁性を有し、しか
もダイヤモンドよりすぐれた化学的安定性、耐酸
化性、耐熱性及び耐熱的衝撃性を有している。ま
た、ダイヤモンドは、鉄族金属との親和性が高い
のに対して立方晶窒化ホウ素は、鉄族金属との親
和性が低いことから、例えば鉄族金属材料を切削
又は研削するための工具材料として注目されてい
る。このように、立方晶窒化ホウ素は、すぐれた
特性を有しているが脆性材料であり、しかも難焼
結性材料であることから形状及び用途に制約を受
けている。
そこで、立方晶窒化ホウ素を被覆層として基体
の表面に形成することによつて形状及び用途の制
約を解決しようという試みがなされている。
の表面に形成することによつて形状及び用途の制
約を解決しようという試みがなされている。
一般に、窒化ホウ素からなる被覆層の形成方法
としては、大別すると、化学蒸着法（CVD法）
と物理蒸着法（PVD法）とプラズマCVD法によ
つて行なわれている。この内、CVD法は、例え
ばハロゲン化ホウ素又はジボランの如きホウ化物
と水素とアンモニア又はヒドラジンとの反応ガス
を用いることによつて行なう方法であり、PVD
法は、例えばイオンビームデポジシヨン法、イオ
ン注入法、スパツタリング法、イオンプレーテイ
ング法又はイオン注入法と他のPVD法の組合わ
せによる方法であり、プラズマCVD法は、プラ
ズマ気流中で気相合成する方法である。これらの
従来方法によつて、実際に立方晶窒化ホウ素から
なる被覆層を基体の表面に形成させた工具として
特開昭57−95881号公報が知られている。
としては、大別すると、化学蒸着法（CVD法）
と物理蒸着法（PVD法）とプラズマCVD法によ
つて行なわれている。この内、CVD法は、例え
ばハロゲン化ホウ素又はジボランの如きホウ化物
と水素とアンモニア又はヒドラジンとの反応ガス
を用いることによつて行なう方法であり、PVD
法は、例えばイオンビームデポジシヨン法、イオ
ン注入法、スパツタリング法、イオンプレーテイ
ング法又はイオン注入法と他のPVD法の組合わ
せによる方法であり、プラズマCVD法は、プラ
ズマ気流中で気相合成する方法である。これらの
従来方法によつて、実際に立方晶窒化ホウ素から
なる被覆層を基体の表面に形成させた工具として
特開昭57−95881号公報が知られている。
（発明が解決しようとする問題点）
従来、窒化ホウ素からなる被覆層を形成する方
法の内、CVD法による場合は、単なる熱的な気
相合成であるために六方晶窒化ホウ素又は非晶質
窒化ホウ素からなる被覆層しか形成されないとい
う問題がある。その他、PVD法又はプラズマ
CVD法による場合は、割合高硬度な窒化ホウ素
からなる被覆層が形成されていて、それが立方晶
窒化ホウ素からなる被覆層であると考えられてい
るが、それらの方法なよつて形成される被覆層
は、立方晶窒化ホウ素の含有量が少なくて被覆層
全体の硬さが低かつたり、被覆層と基体との密着
性が低くて実用化できないという問題がある。
法の内、CVD法による場合は、単なる熱的な気
相合成であるために六方晶窒化ホウ素又は非晶質
窒化ホウ素からなる被覆層しか形成されないとい
う問題がある。その他、PVD法又はプラズマ
CVD法による場合は、割合高硬度な窒化ホウ素
からなる被覆層が形成されていて、それが立方晶
窒化ホウ素からなる被覆層であると考えられてい
るが、それらの方法なよつて形成される被覆層
は、立方晶窒化ホウ素の含有量が少なくて被覆層
全体の硬さが低かつたり、被覆層と基体との密着
性が低くて実用化できないという問題がある。
これらの従来の方法により製造する工具として
開示されている特開昭57−95881号公報は、窒化
ケイ素焼結体の基体の表面に直接立方晶窒化ホウ
素からなる被覆層を形成させたものであり、その
製造方法も従来から行なわれているCVD法、
PVD法、プラズマCVD法又は六方晶窒化ホウ素
を被覆した後、加熱処理して立方晶窒化ホウ素か
らなる被覆層を形成させる方法である。このため
に、立方晶窒化ホウ素からなる被覆層が基体の表
面に形成されたとしても、その被覆層中には立方
晶窒化ホウ素の含有量が微量であつたり、基体と
被覆層との密着性が劣るという問題がある。
開示されている特開昭57−95881号公報は、窒化
ケイ素焼結体の基体の表面に直接立方晶窒化ホウ
素からなる被覆層を形成させたものであり、その
製造方法も従来から行なわれているCVD法、
PVD法、プラズマCVD法又は六方晶窒化ホウ素
を被覆した後、加熱処理して立方晶窒化ホウ素か
らなる被覆層を形成させる方法である。このため
に、立方晶窒化ホウ素からなる被覆層が基体の表
面に形成されたとしても、その被覆層中には立方
晶窒化ホウ素の含有量が微量であつたり、基体と
被覆層との密着性が劣るという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもの
で、具体的には、基体と立方晶窒化ホウ素からな
る外層との間に立方晶窒化ホウ素の配向成長を誘
起する性質を有する中間層を隣接させることによ
つて立方晶窒化ホウ素かわなる緻密な外層を形成
させたのと、外層と基体との密着性を高くした立
方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法の提供を
目的とするものである。
で、具体的には、基体と立方晶窒化ホウ素からな
る外層との間に立方晶窒化ホウ素の配向成長を誘
起する性質を有する中間層を隣接させることによ
つて立方晶窒化ホウ素かわなる緻密な外層を形成
させたのと、外層と基体との密着性を高くした立
方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法の提供を
目的とするものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らは、各種の窒化ホウ素と窒化アルミ
ニウムの共存下における窒化ホウ素の立方晶窒化
ホウ素への転換におよぼす影響を検討した所、六
方晶窒化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への直接転換
に要する活性化エネルギーが150〜250Kcal／mol
であるのに対して、窒化アルミニウムの共存下で
の六方晶窒化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への転換
に要する活性化エネルギーが40Kcal／molと低
く、更に窒化アルミニウムの共存下でボラジンを
加圧下熱分解して得られる活性化の高い非晶質窒
化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への転換に要する活
性化エネルギーが11〜20Kcal／molであるという
窒化アルミニウムの触媒効果を見出した。この窒
化アルミニウムの触媒効果に基づいて、窒化ホウ
素の立方晶窒化ホウ素への転換機構の解明を試み
た所、窒化ホウ素と窒化アルミニウムとの間で融
体あるいは中間化合物の生成は認められなく、
BN−AlN系における立方晶窒化ホウ素の生成機
構は、従来他の触媒で報告されている溶解析出機
構ではないことが確められた。また、窒化アルミ
ニウム焼結体上での立方晶窒化ホウ素の成長は、
立方晶窒化ホウ素が成長していくにつれて立方晶
窒化ホウ素の１１１面が極めて優勢となり、立方
晶窒化ホウ素への窒化アルミニウムの拡散も認め
られなかつた。このことにより、立方晶窒化ホウ
素は、ウルツ鉱型構造を有する窒化アルミニウム
の窒素密充填結晶面を基面として、その面上に立
方晶窒化ホウ素の窒素密充填結晶面である１１１
面が配向成長して、立方晶窒化ホウ素が形成され
ていくという知見を得ることによつて本発明を完
成するに至つたものである。
ニウムの共存下における窒化ホウ素の立方晶窒化
ホウ素への転換におよぼす影響を検討した所、六
方晶窒化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への直接転換
に要する活性化エネルギーが150〜250Kcal／mol
であるのに対して、窒化アルミニウムの共存下で
の六方晶窒化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への転換
に要する活性化エネルギーが40Kcal／molと低
く、更に窒化アルミニウムの共存下でボラジンを
加圧下熱分解して得られる活性化の高い非晶質窒
化ホウ素の立方晶窒化ホウ素への転換に要する活
性化エネルギーが11〜20Kcal／molであるという
窒化アルミニウムの触媒効果を見出した。この窒
化アルミニウムの触媒効果に基づいて、窒化ホウ
素の立方晶窒化ホウ素への転換機構の解明を試み
た所、窒化ホウ素と窒化アルミニウムとの間で融
体あるいは中間化合物の生成は認められなく、
BN−AlN系における立方晶窒化ホウ素の生成機
構は、従来他の触媒で報告されている溶解析出機
構ではないことが確められた。また、窒化アルミ
ニウム焼結体上での立方晶窒化ホウ素の成長は、
立方晶窒化ホウ素が成長していくにつれて立方晶
窒化ホウ素の１１１面が極めて優勢となり、立方
晶窒化ホウ素への窒化アルミニウムの拡散も認め
られなかつた。このことにより、立方晶窒化ホウ
素は、ウルツ鉱型構造を有する窒化アルミニウム
の窒素密充填結晶面を基面として、その面上に立
方晶窒化ホウ素の窒素密充填結晶面である１１１
面が配向成長して、立方晶窒化ホウ素が形成され
ていくという知見を得ることによつて本発明を完
成するに至つたものである。
すなわち、本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体
は、基体の表面に立方晶窒化ホウ素を主成分とす
る外層を形成した被覆体において、前記基体と前
記外層との間に１層又は多層で構成される中間層
を介在させ、前記外層に隣接する該中間層がAl、
Ga、In、Tlの窒化物、窒酸化物及びこれらの相
互固溶体から選ばれた１種以上の窒素含有化合物
層と１層又は多層で構成された密着補助層とから
なり、該窒素含有化合物層に隣接する第１密着補
助層がAl、Ga、In、Tlの酸化物並びにアルカリ
土類金属、希土類金属又はSiの酸化物、窒化物及
びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上の成
分からなるものである。
は、基体の表面に立方晶窒化ホウ素を主成分とす
る外層を形成した被覆体において、前記基体と前
記外層との間に１層又は多層で構成される中間層
を介在させ、前記外層に隣接する該中間層がAl、
Ga、In、Tlの窒化物、窒酸化物及びこれらの相
互固溶体から選ばれた１種以上の窒素含有化合物
層と１層又は多層で構成された密着補助層とから
なり、該窒素含有化合物層に隣接する第１密着補
助層がAl、Ga、In、Tlの酸化物並びにアルカリ
土類金属、希土類金属又はSiの酸化物、窒化物及
びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上の成
分からなるものである。
ここで用いる基体は、後述する製造条件に耐え
ることが可能な材種ならば特別に制限されるもの
でなく、例えば各種の金属、合金、焼結ハイス、
超硬合金、サーメツト又はAlN系セラミツクス、
Al2O3系セラミツクス、Si3N4系セラミツクス、
SiC系セラミツクス、ZrO2系セラミツクスに代表
されるセラミツクスなどを用途によつて使い分け
ることができる。
ることが可能な材種ならば特別に制限されるもの
でなく、例えば各種の金属、合金、焼結ハイス、
超硬合金、サーメツト又はAlN系セラミツクス、
Al2O3系セラミツクス、Si3N4系セラミツクス、
SiC系セラミツクス、ZrO2系セラミツクスに代表
されるセラミツクスなどを用途によつて使い分け
ることができる。
立方晶窒化ホウ素を主成分とする外層は、μｍ
単位の薄膜状の層からmm単位の厚膜状の層として
形成することができる。この内、薄膜状の層とし
て形成する場合は、立方晶窒化ホウ素からなる外
層であるのに対し、厚膜状の層として形成する場
合は、立方晶窒化ホウ素からなる外層にしたり、
立方晶窒化ホウ素の他にFe、Ni、Co、Al、Si及
び周期律表4a、5a、6a族金属又はAl、Siの窒化
物、酸化物もしくは周期律表4a、5a、6a族金属
の炭化物、窒化物、ホウ化物あるいはこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種を含有した外層と
することもできる。
単位の薄膜状の層からmm単位の厚膜状の層として
形成することができる。この内、薄膜状の層とし
て形成する場合は、立方晶窒化ホウ素からなる外
層であるのに対し、厚膜状の層として形成する場
合は、立方晶窒化ホウ素からなる外層にしたり、
立方晶窒化ホウ素の他にFe、Ni、Co、Al、Si及
び周期律表4a、5a、6a族金属又はAl、Siの窒化
物、酸化物もしくは周期律表4a、5a、6a族金属
の炭化物、窒化物、ホウ化物あるいはこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種を含有した外層と
することもできる。
これらの基体と外層との間に介在させる中間層
は、使用する基体の材種又は本発明の被覆体の用
途もしくは形状によつて各種の構成にすることが
できる。
は、使用する基体の材種又は本発明の被覆体の用
途もしくは形状によつて各種の構成にすることが
できる。
例えば、第１の構成としては、中間層が窒素含
有化合物層とAl、Ga、In、Tlの酸化物並びにア
ルカリ土類金属、希土類金属又はSiの酸化物、窒
化物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以
上の成分でなる第１密着補助層とからなるもので
ある。この場合は、基体と外層との間に第１密着
補助層と窒素含有化合物が介在し、基体に第１密
補助着層が隣接し、外層に窒素含有化合物層が隣
接しているもので、第１密補助着層との密着性に
すぐれている基体、例えばZrO2系セラミツクス、
SiC系セラミツクス、Si3N4系セラミツクス、
Al2O3系セラミツクスなどの基体に適用すると外
層のすぐれた特性を発揮することができるもので
ある。
有化合物層とAl、Ga、In、Tlの酸化物並びにア
ルカリ土類金属、希土類金属又はSiの酸化物、窒
化物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以
上の成分でなる第１密着補助層とからなるもので
ある。この場合は、基体と外層との間に第１密着
補助層と窒素含有化合物が介在し、基体に第１密
補助着層が隣接し、外層に窒素含有化合物層が隣
接しているもので、第１密補助着層との密着性に
すぐれている基体、例えばZrO2系セラミツクス、
SiC系セラミツクス、Si3N4系セラミツクス、
Al2O3系セラミツクスなどの基体に適用すると外
層のすぐれた特性を発揮することができるもので
ある。
第２の構成としては、中間層が窒素含有化合物
層と第１密着補助層と周期律表4a、5a、6a族金
属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化
物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上
の成分である第２密着補助層とからなるものであ
る。この場合は、基体と外層との間に第２密着補
助層と第１密着補助層と窒素含有化合物層が介在
し、基体に第２密着補助層が隣接し、外層に窒素
含有化合物層が隣接し、第２密着補助層と窒素含
有化合物層との間に第１密着補助層が介在してい
るので、第２密着補助層との密着性にすぐれた基
体、例えば各種の金属又はステンレス、工具鋼を
含めた各種合金、焼結ハイス、超硬合金、サーメ
ツトなどの基体に適用すると外層のすぐれた特性
を発揮することができるものである。
層と第１密着補助層と周期律表4a、5a、6a族金
属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化
物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上
の成分である第２密着補助層とからなるものであ
る。この場合は、基体と外層との間に第２密着補
助層と第１密着補助層と窒素含有化合物層が介在
し、基体に第２密着補助層が隣接し、外層に窒素
含有化合物層が隣接し、第２密着補助層と窒素含
有化合物層との間に第１密着補助層が介在してい
るので、第２密着補助層との密着性にすぐれた基
体、例えば各種の金属又はステンレス、工具鋼を
含めた各種合金、焼結ハイス、超硬合金、サーメ
ツトなどの基体に適用すると外層のすぐれた特性
を発揮することができるものである。
第３の構成としては、中間層が窒素含有化合物
層と第１密着補助層と周期律表4a、5a、6a族金
属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化
物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上
の成分とFe、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗから選ばれ
た１種以上の成分でなる第２密着補助層とからな
るものである。この場合は、基体と外層との間に
第２密着補助層と第１密着補助層と窒素含有化合
物が介在し、基体に第２密着補助層が隣接し、外
層に窒素含有化合物層が隣接し、第２密着補助層
と窒素含有化合物層との間に第１密着補助層が介
在しているものである。この第４の構成の中間層
は、特に製造工程中に基体から中間層へ金属など
が侵入拡散して形成されることが多いもので、基
体としては超硬合金又はサーメツトの場合に形成
されることが多いものである。
層と第１密着補助層と周期律表4a、5a、6a族金
属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化
物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上
の成分とFe、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗから選ばれ
た１種以上の成分でなる第２密着補助層とからな
るものである。この場合は、基体と外層との間に
第２密着補助層と第１密着補助層と窒素含有化合
物が介在し、基体に第２密着補助層が隣接し、外
層に窒素含有化合物層が隣接し、第２密着補助層
と窒素含有化合物層との間に第１密着補助層が介
在しているものである。この第４の構成の中間層
は、特に製造工程中に基体から中間層へ金属など
が侵入拡散して形成されることが多いもので、基
体としては超硬合金又はサーメツトの場合に形成
されることが多いものである。
その他の中間層の構成としては、例えば前述し
た第３の構成及び第４の構成で、更に基体と第２
密着補助層との間に金属又は合金でなる層が介在
したもの、又は窒素含有化合物層と周期律表4a、
5a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ
化物、ケイ化物及びこれらの相互固溶体から選ば
れた１種以上の成分でなる層との組合わせでなる
ものなど種々の構成にすることができる。
た第３の構成及び第４の構成で、更に基体と第２
密着補助層との間に金属又は合金でなる層が介在
したもの、又は窒素含有化合物層と周期律表4a、
5a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ
化物、ケイ化物及びこれらの相互固溶体から選ば
れた１種以上の成分でなる層との組合わせでなる
ものなど種々の構成にすることができる。
これらの中間層の内、基体と中間層との密着性
及び中間層内の密着性から中間層の構成は、前述
の第１、第２、第３、の構成が好ましいものであ
る。
及び中間層内の密着性から中間層の構成は、前述
の第１、第２、第３、の構成が好ましいものであ
る。
上述の如く、少なくとも外層に隣接する中間層
は立方晶窒化ホウ素を配向成長させるために窒素
含有化合物層とすることが本発明の最も重要な特
徴である。この窒素含有化合物層としては、窒化
アルミニウムに微量の酸素が結合した窒素化アル
ミニウム又はAlと周期律表4b族に層するGa、In、
Tlとの複合窒化物もしくは複合窒酸化物も好ま
しいが高温における安定性及び立方晶窒化ホウ素
への転換のための触媒の効果性から窒化アルミニ
ウムが最も好ましいものである。
は立方晶窒化ホウ素を配向成長させるために窒素
含有化合物層とすることが本発明の最も重要な特
徴である。この窒素含有化合物層としては、窒化
アルミニウムに微量の酸素が結合した窒素化アル
ミニウム又はAlと周期律表4b族に層するGa、In、
Tlとの複合窒化物もしくは複合窒酸化物も好ま
しいが高温における安定性及び立方晶窒化ホウ素
への転換のための触媒の効果性から窒化アルミニ
ウムが最も好ましいものである。
窒素含有化合物層の表面に立方晶窒化ホウ素が
形成されるのは、溶解析出機構によるものでな
く、窒素含有化合物層の窒素密充填結晶面に立方
晶窒化ホウ素の窒素密充填結晶面である１１１面
が直接配向成長していくものである。このことか
ら窒素含有化合物層の厚さは、窒素密充填結晶
面、例えば窒化アルミニウムの場合は００１面で
あるが、この窒素密充填結晶面を有する厚さであ
ればよく、具体的には0.05μｍ以上、好ましくは
0.1μｍ以上の厚さで、逆に厚くしすぎると窒素含
有化合物層内からの剥離又は破損が生じるために
10μｍ以下好ましくは5μｍ以下の厚さがよい。
形成されるのは、溶解析出機構によるものでな
く、窒素含有化合物層の窒素密充填結晶面に立方
晶窒化ホウ素の窒素密充填結晶面である１１１面
が直接配向成長していくものである。このことか
ら窒素含有化合物層の厚さは、窒素密充填結晶
面、例えば窒化アルミニウムの場合は００１面で
あるが、この窒素密充填結晶面を有する厚さであ
ればよく、具体的には0.05μｍ以上、好ましくは
0.1μｍ以上の厚さで、逆に厚くしすぎると窒素含
有化合物層内からの剥離又は破損が生じるために
10μｍ以下好ましくは5μｍ以下の厚さがよい。
中間層は、窒素含有化合物層の他に基体と窒素
含有化合物層との密着性を補助するような第１密
着補助層や第２密着補助層などの他の層も形成す
ることができる。この場合は、中間層全体の厚さ
は、中間層内の耐剥離性及び強度から0.05μｍ以
上〜15μｍ以下、好ましくは0.1μｍ以上〜10μｍ以
下がよい。
含有化合物層との密着性を補助するような第１密
着補助層や第２密着補助層などの他の層も形成す
ることができる。この場合は、中間層全体の厚さ
は、中間層内の耐剥離性及び強度から0.05μｍ以
上〜15μｍ以下、好ましくは0.1μｍ以上〜10μｍ以
下がよい。
これらの中間層を具体的に示すと、窒素含有化
合物層としては、例えばAlN、GaN、InN、
TlN、Al（Ｎ、Ｏ）、Ga（Ｎ、Ｏ）、（Al、Ga）Ｎ、
（Al、In）Ｎ、（Al、Tl）Ｎ、（Al、Ga）（Ｎ、
Ｏ）、などがあり、第１密着補助層としては、例
えばAl2O3、Ga2O3、In2O3、Tl2O3、CaO、SrO、
BaO、RaO、BeO、MgO、SC2O3、Y2O3、
La2O3、CeO2、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、PrO2、
Gd2O3、Dy2O3、Eu2O3、SiO2、Ca3N2、Sr3N2、
Ba3N2、Ra3N2、Be3N2、Mg3N2、ScN、YN、
LaN、CeN、Si3N4、（Si、Al）（Ｏ、Ｎ）、（Al、
Ｙ）2O3などがあり、周期律表4a、5a、6a族金属
の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化物
及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上の
成分からなる第２密着補助層としては、例えば
TiO、ZrC、HfC、VC、TaC、NbC、Cr3C2、
Cr7C3、Mo2C、WC、TiN、ZrN、VN、TaN、
CrN、TiO、TiO2、ZrO2、Ta2O5、WO3、
TiB2、VB2、TaB2、TiSi2、TaSi2、Ti（Ｎ、
Ｃ）、（Ti、Ta）Ｃ、（Ti、Ｗ）Ｃ、Ti（Ｎ、Ｏ）、
Ti（Ｃ、Ｎ、Ｃ）、（Ti、Ta、Ｗ）Ｃなどを挙げ
ることができる。これらの中間層は、化学量論的
化合物のみでなく、非化学量論的化合物として形
成されることもあり、非化学量論的化合物の中で
も金属元素に対して非金属元素の比が少なくなつ
た亜化学量論的化合物として形成されていること
もある。
合物層としては、例えばAlN、GaN、InN、
TlN、Al（Ｎ、Ｏ）、Ga（Ｎ、Ｏ）、（Al、Ga）Ｎ、
（Al、In）Ｎ、（Al、Tl）Ｎ、（Al、Ga）（Ｎ、
Ｏ）、などがあり、第１密着補助層としては、例
えばAl2O3、Ga2O3、In2O3、Tl2O3、CaO、SrO、
BaO、RaO、BeO、MgO、SC2O3、Y2O3、
La2O3、CeO2、Ce2O3、Nd2O3、Sm2O3、PrO2、
Gd2O3、Dy2O3、Eu2O3、SiO2、Ca3N2、Sr3N2、
Ba3N2、Ra3N2、Be3N2、Mg3N2、ScN、YN、
LaN、CeN、Si3N4、（Si、Al）（Ｏ、Ｎ）、（Al、
Ｙ）2O3などがあり、周期律表4a、5a、6a族金属
の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケイ化物
及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上の
成分からなる第２密着補助層としては、例えば
TiO、ZrC、HfC、VC、TaC、NbC、Cr3C2、
Cr7C3、Mo2C、WC、TiN、ZrN、VN、TaN、
CrN、TiO、TiO2、ZrO2、Ta2O5、WO3、
TiB2、VB2、TaB2、TiSi2、TaSi2、Ti（Ｎ、
Ｃ）、（Ti、Ta）Ｃ、（Ti、Ｗ）Ｃ、Ti（Ｎ、Ｏ）、
Ti（Ｃ、Ｎ、Ｃ）、（Ti、Ta、Ｗ）Ｃなどを挙げ
ることができる。これらの中間層は、化学量論的
化合物のみでなく、非化学量論的化合物として形
成されることもあり、非化学量論的化合物の中で
も金属元素に対して非金属元素の比が少なくなつ
た亜化学量論的化合物として形成されていること
もある。
本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体の製造方法
は、基体の表面に１層又は多層で構成される中間
層と立方晶窒化ホウ素を主成分とする外層を設
け、該基体と該外層との間に該中間層が介在し、
該外層に隣接する該中間層はAl、Ga、In、Tlの
窒化物、窒酸化物及びこれらの相互固溶体から選
ばれた１種以上の窒素含有化合物層であり、該外
層は、該窒素含有化合物層の窒素原子の密充填面
上への配向成長によつて達成される方法である。
ここで述べている外層が窒素含有化合物層の窒素
原子の密充填面上への配向成長によつて達成され
る方法とは、種々の方法によつて行なうことがで
きる。その内、特に立方晶窒化ホウ素の安定な高
圧高温条件で行なうのが立方晶窒化ホウ素の配向
成長の促進性から最も好ましく、その条件とは圧
力が4.5GPa以上、温度が700℃以上であることが
好ましい方法である。
は、基体の表面に１層又は多層で構成される中間
層と立方晶窒化ホウ素を主成分とする外層を設
け、該基体と該外層との間に該中間層が介在し、
該外層に隣接する該中間層はAl、Ga、In、Tlの
窒化物、窒酸化物及びこれらの相互固溶体から選
ばれた１種以上の窒素含有化合物層であり、該外
層は、該窒素含有化合物層の窒素原子の密充填面
上への配向成長によつて達成される方法である。
ここで述べている外層が窒素含有化合物層の窒素
原子の密充填面上への配向成長によつて達成され
る方法とは、種々の方法によつて行なうことがで
きる。その内、特に立方晶窒化ホウ素の安定な高
圧高温条件で行なうのが立方晶窒化ホウ素の配向
成長の促進性から最も好ましく、その条件とは圧
力が4.5GPa以上、温度が700℃以上であることが
好ましい方法である。
本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体の製造方法に
おいて使用する基体は、上述の高圧高温条件に耐
えることができる金属、合金、超硬合金、サーメ
ツト又はセラミツクスなどがあり、これらの基体
は、板状体、塊状体、粉末状又は粉末圧粉体状の
ものを出発物質として用いることができる。この
内、板状体又は塊状体のものを出発物質として用
いる場合は、必要に応じて基体の表面を窒化又は
浸炭処理したり、もしくは研摩、洗浄及び乾燥な
どを行なうのも中間層との密着性にすぐれること
から好ましいことである。
おいて使用する基体は、上述の高圧高温条件に耐
えることができる金属、合金、超硬合金、サーメ
ツト又はセラミツクスなどがあり、これらの基体
は、板状体、塊状体、粉末状又は粉末圧粉体状の
ものを出発物質として用いることができる。この
内、板状体又は塊状体のものを出発物質として用
いる場合は、必要に応じて基体の表面を窒化又は
浸炭処理したり、もしくは研摩、洗浄及び乾燥な
どを行なうのも中間層との密着性にすぐれること
から好ましいことである。
基体の表面に中間層を設ける方法は、例えば窒
素含有化合物層、第１密着補助層並びに周期律表
4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、
ホウ化物、ケイ化物及びこれらの相互固溶体から
選ばれた１種以上の成分からなる第２密着補助層
として設ける場合は、CVD法、PVD法又はプラ
ズマCVD法によつて薄膜状の層として形成させ
る方法、金属を蒸着した後浸炭や窒化処理して金
属化合物の層とする方法、スプレー、刷毛塗りな
どで粉末状として設ける方法、加圧成形によつて
粉末圧粉体状として設ける方法又は板状体で設け
る方法がある。
素含有化合物層、第１密着補助層並びに周期律表
4a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、
ホウ化物、ケイ化物及びこれらの相互固溶体から
選ばれた１種以上の成分からなる第２密着補助層
として設ける場合は、CVD法、PVD法又はプラ
ズマCVD法によつて薄膜状の層として形成させ
る方法、金属を蒸着した後浸炭や窒化処理して金
属化合物の層とする方法、スプレー、刷毛塗りな
どで粉末状として設ける方法、加圧成形によつて
粉末圧粉体状として設ける方法又は板状体で設け
る方法がある。
また、基体と密着性を高めるために、中間層と
して、基体の表面に金属又は合金からなる層を設
ける必要がある場合は、蒸着、イオンプレーテイ
ング又はスパツタのようなPVD法の他にメツキ
によつても形成することができる。
して、基体の表面に金属又は合金からなる層を設
ける必要がある場合は、蒸着、イオンプレーテイ
ング又はスパツタのようなPVD法の他にメツキ
によつても形成することができる。
外層を形成するための出発物質は、非晶質窒化
ホウ素、六方晶窒化ホウ素、菱面体型窒化ホウ
素、ウルツ鉱型窒化ホウ素又はこれらの窒化ホウ
素に立方晶窒化ホウ素を含有させたものがある。
外層を形成するための出発物質中に立方晶窒化ホ
ウ素が存在すると、立方晶窒化ホウ素への転換促
進作用となるので外層の形成にとつて好ましいも
のである。勿論、立方晶窒化ホウ素をそのまま外
層を形成するための出発物質として用いることも
できる。また、ボラジン又はボラジン誘導体を加
圧熱分解して得ることができる水素の含有した非
晶質窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素への転換に
要する活性化エネルギーが低いことから外層を形
成するための出発物質として好ましいものであ
る。さらに、六方晶窒化ホウ素、非晶質窒化ホウ
素又は水素を含有した非晶質窒化ホウ素にボラジ
ン、ボラジン誘導体又は窒化ホウ素を生じるホウ
素と窒素と水素を含有した物質から選ばれた１種
を含有させたものは、立方晶窒化ホウ素への転換
が容易になることから外層を形成するための出発
物質として好ましいものである。
ホウ素、六方晶窒化ホウ素、菱面体型窒化ホウ
素、ウルツ鉱型窒化ホウ素又はこれらの窒化ホウ
素に立方晶窒化ホウ素を含有させたものがある。
外層を形成するための出発物質中に立方晶窒化ホ
ウ素が存在すると、立方晶窒化ホウ素への転換促
進作用となるので外層の形成にとつて好ましいも
のである。勿論、立方晶窒化ホウ素をそのまま外
層を形成するための出発物質として用いることも
できる。また、ボラジン又はボラジン誘導体を加
圧熱分解して得ることができる水素の含有した非
晶質窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素への転換に
要する活性化エネルギーが低いことから外層を形
成するための出発物質として好ましいものであ
る。さらに、六方晶窒化ホウ素、非晶質窒化ホウ
素又は水素を含有した非晶質窒化ホウ素にボラジ
ン、ボラジン誘導体又は窒化ホウ素を生じるホウ
素と窒素と水素を含有した物質から選ばれた１種
を含有させたものは、立方晶窒化ホウ素への転換
が容易になることから外層を形成するための出発
物質として好ましいものである。
ここで述べてきたボラジンとは、化学式が
B3N3N6のもので、ボラジン誘導体とは、例えば ２，４−ジアミノボラジン（B3N5H8）、 ボラゾナフタリン（B5N5H8）、 ボラゾビフエニル（B6N6H10）のような六員
環構造のホウ素と窒素と水素の化合物を示すもの
である。また、窒化ホウ素を生じるホウ素と窒素
と水素の含有した物質とは、例えば ジボラン（B2H6）、 テトラボラン（B4H10）、 ペンタボラン−９（B5H9）、 オクタボラン−12（B8H12）、 デカボラン（B10H14）などの水素化ホウ素と
アンモニア又はヒドラジンからなるのである。
B3N3N6のもので、ボラジン誘導体とは、例えば ２，４−ジアミノボラジン（B3N5H8）、 ボラゾナフタリン（B5N5H8）、 ボラゾビフエニル（B6N6H10）のような六員
環構造のホウ素と窒素と水素の化合物を示すもの
である。また、窒化ホウ素を生じるホウ素と窒素
と水素の含有した物質とは、例えば ジボラン（B2H6）、 テトラボラン（B4H10）、 ペンタボラン−９（B5H9）、 オクタボラン−12（B8H12）、 デカボラン（B10H14）などの水素化ホウ素と
アンモニア又はヒドラジンからなるのである。
ボラジン、ボラジン誘導体又は窒化ホウ素を生
じるホウ素と窒素と水素を含有した物質の内、ボ
ラジン、２，４−ジアミノボラン、ペンタボラン
−９、ペンタボラン−11、ヘキサボラン−12のよ
うな常温で液体のものは、六方晶窒化ホウ素、非
晶質窒化ホウ素又は水素を含有した非晶質窒化ホ
ウ素からなる粉末状又は粉末圧粉体状のなかに湿
潤させると立方晶窒化ホウ素への転換が容易にな
ることから外層を形成するための出発物質として
好ましいものである。
じるホウ素と窒素と水素を含有した物質の内、ボ
ラジン、２，４−ジアミノボラン、ペンタボラン
−９、ペンタボラン−11、ヘキサボラン−12のよ
うな常温で液体のものは、六方晶窒化ホウ素、非
晶質窒化ホウ素又は水素を含有した非晶質窒化ホ
ウ素からなる粉末状又は粉末圧粉体状のなかに湿
潤させると立方晶窒化ホウ素への転換が容易にな
ることから外層を形成するための出発物質として
好ましいものである。
外層を形成するための出発物質としては、前述
のような立方晶窒化ホウ素に転換する物質にFe、
Ni、Co、Al、Si及び周期律表4a、5a、6a族金属
又は周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、
窒化物、ホウ化物もしくはこれらの相互固溶体の
中の少なくとも１種などを含有させることもでき
る。
のような立方晶窒化ホウ素に転換する物質にFe、
Ni、Co、Al、Si及び周期律表4a、5a、6a族金属
又は周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、
窒化物、ホウ化物もしくはこれらの相互固溶体の
中の少なくとも１種などを含有させることもでき
る。
本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体の製造方法を
具体的に説明すると、第１の方法は、出発物質と
しての基体が、例えば線引品、圧延品、鋳造品、
鋳造品又は焼結品からなる板状体もしくは塊状体
である場合、基体の表面を研摩、洗浄及び乾燥後
CVD法、PVD法又はプラズマCVD法によつて中
間層を設ける。次いで、例えば0.05μｍ〜20μｍ程
度の薄膜状の外層を形成する目的で、中間層の表
面にCVD法、PVD法又はプラズマCVD法によつ
て外層を形成するための出発物質を設けた後ベル
ト型又はガードル型などの高圧高温装置に設置し
て立方晶窒化ホウ素の安定な高圧高温条件下で処
理する方法である。
具体的に説明すると、第１の方法は、出発物質と
しての基体が、例えば線引品、圧延品、鋳造品、
鋳造品又は焼結品からなる板状体もしくは塊状体
である場合、基体の表面を研摩、洗浄及び乾燥後
CVD法、PVD法又はプラズマCVD法によつて中
間層を設ける。次いで、例えば0.05μｍ〜20μｍ程
度の薄膜状の外層を形成する目的で、中間層の表
面にCVD法、PVD法又はプラズマCVD法によつ
て外層を形成するための出発物質を設けた後ベル
ト型又はガードル型などの高圧高温装置に設置し
て立方晶窒化ホウ素の安定な高圧高温条件下で処
理する方法である。
第２の方法は、第１の方法で用いたと同様の基
体を出発物質とし、この基体の表面に第１の方法
と同様にして中間層を形成した後、例えば0.1mm
〜0.8mm程度の厚膜状の外層を形成する目的で、
中間層の表面に外層を形成するための出発物質を
粉末状又は粉末圧粉体状として設け、次いで高温
高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ素の安定な高
圧高温条件下で処理する方法である。
体を出発物質とし、この基体の表面に第１の方法
と同様にして中間層を形成した後、例えば0.1mm
〜0.8mm程度の厚膜状の外層を形成する目的で、
中間層の表面に外層を形成するための出発物質を
粉末状又は粉末圧粉体状として設け、次いで高温
高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ素の安定な高
圧高温条件下で処理する方法である。
第３の方法は、第１の方法で用いたと同様の基
体を出発物質とし、この基体の表面に粉末状、粉
末圧粉体状又は板状体でなる中間層を設けた後、
この中間層の表面に外層を形成するための出発物
質を粉末状又は粉末圧粉体状として設け、次いで
高温高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ素の安定
の高圧高温条件下で処理する方法である。
体を出発物質とし、この基体の表面に粉末状、粉
末圧粉体状又は板状体でなる中間層を設けた後、
この中間層の表面に外層を形成するための出発物
質を粉末状又は粉末圧粉体状として設け、次いで
高温高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ素の安定
の高圧高温条件下で処理する方法である。
第４の方法は、出発物質としての基体、中間層
及び外層を全て粉末状又は粉末圧粉末状として設
けた後、高温高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ
素の安定な高圧高温条件下で処理する方法であ
る。
及び外層を全て粉末状又は粉末圧粉末状として設
けた後、高温高圧装置に設置して立方晶窒化ホウ
素の安定な高圧高温条件下で処理する方法であ
る。
以上、外層の配向成長は、立方晶窒化ホウ素の
安定な高圧高温条件で行なう方法について述べて
きたが、従来のPVD法又はプラズマCVD法によ
つて外層の配向成長を行なうこともできるもので
ある。これらの方法の内、特に緻密な立方晶窒化
ホウ素の外層としたり、中間層の強度を考慮する
ときは第１又は第２の方法が好ましい方法であ
る。
安定な高圧高温条件で行なう方法について述べて
きたが、従来のPVD法又はプラズマCVD法によ
つて外層の配向成長を行なうこともできるもので
ある。これらの方法の内、特に緻密な立方晶窒化
ホウ素の外層としたり、中間層の強度を考慮する
ときは第１又は第２の方法が好ましい方法であ
る。
（作用）
本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体は、基体の表
面に中間層と外層からなる被覆層を形成させた被
覆体で、中間層としての窒化含有化合物層の窒素
密充填面上に外層としての立方晶窒化ホウ素の窒
素密充填面が配向成長して形成された被覆体であ
る。このために、外層は、立方晶窒化ホウ素が緻
密に含有していて、立方晶窒化ホウ素自体の有し
ている高硬度性、高熱伝導性、高電気絶縁性など
の諸特性に近似した特性を有しているものであ
る。また、外層は、中間層としての窒素含有化合
物層の窒素密充填面上に配向成長して形成された
ものであるために中間層との密着性にすぐれてい
るものである。この中間層は、基体の材種に適し
た構成にすることができるもので、このために基
体との密着性にすぐれているものである。以上の
ことから、本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体は、
外層のすぐれた特性を充分に発揮することができ
るものである。
面に中間層と外層からなる被覆層を形成させた被
覆体で、中間層としての窒化含有化合物層の窒素
密充填面上に外層としての立方晶窒化ホウ素の窒
素密充填面が配向成長して形成された被覆体であ
る。このために、外層は、立方晶窒化ホウ素が緻
密に含有していて、立方晶窒化ホウ素自体の有し
ている高硬度性、高熱伝導性、高電気絶縁性など
の諸特性に近似した特性を有しているものであ
る。また、外層は、中間層としての窒素含有化合
物層の窒素密充填面上に配向成長して形成された
ものであるために中間層との密着性にすぐれてい
るものである。この中間層は、基体の材種に適し
た構成にすることができるもので、このために基
体との密着性にすぐれているものである。以上の
ことから、本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体は、
外層のすぐれた特性を充分に発揮することができ
るものである。
（実施例）
実施例 １
ZrO2−5vol％MgO組成のセラミツクス焼結体
で作製した形状寸法10φ×３mmの基本の表面をダ
イヤモンド砥石で研磨、蒸留及びエチルアルコー
ルで洗浄、乾燥処理した後、CVD装置の容器内
に設置し、5vol％AlCl3−10vol％CO−10vol％
CO2−75vol％H2雰囲気中、圧力30Torr、温度
1100℃、保持時間120分にて基体の表面にAl2O3
層を形成させた。次いで、容器内のガスを真空排
気した後、9vol％BCl3−23vol％H2−36vol％
NH3−32vol％Ar雰囲気中、圧力50Torr、温度
1000℃、保持時間120分の条件でAl2O3層の表面
にAlN層を形成させた。次に、再び容器内のガ
スを真空排気した後、実施例１と同様の条件で
AlN層の表面に窒化ホウ素の層を形成させた。
これを高圧高温装置に設置して、圧力5.5GPa、
温度1300℃の条件で処理して本発明の被覆体を得
た。こうして得た本発明の被覆体をＸ線回折及び
走査型電子顕微鏡にて調べた所、外層は厚さ2μ
ｍの立方晶窒化ホウ素の層であり、中間層は厚さ
0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍのAl2O3層であつた。
また、外層は緻密で均一な薄膜であり、その硬さ
はマイクロビツカースで5300Kg／mm2であつた。
で作製した形状寸法10φ×３mmの基本の表面をダ
イヤモンド砥石で研磨、蒸留及びエチルアルコー
ルで洗浄、乾燥処理した後、CVD装置の容器内
に設置し、5vol％AlCl3−10vol％CO−10vol％
CO2−75vol％H2雰囲気中、圧力30Torr、温度
1100℃、保持時間120分にて基体の表面にAl2O3
層を形成させた。次いで、容器内のガスを真空排
気した後、9vol％BCl3−23vol％H2−36vol％
NH3−32vol％Ar雰囲気中、圧力50Torr、温度
1000℃、保持時間120分の条件でAl2O3層の表面
にAlN層を形成させた。次に、再び容器内のガ
スを真空排気した後、実施例１と同様の条件で
AlN層の表面に窒化ホウ素の層を形成させた。
これを高圧高温装置に設置して、圧力5.5GPa、
温度1300℃の条件で処理して本発明の被覆体を得
た。こうして得た本発明の被覆体をＸ線回折及び
走査型電子顕微鏡にて調べた所、外層は厚さ2μ
ｍの立方晶窒化ホウ素の層であり、中間層は厚さ
0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍのAl2O3層であつた。
また、外層は緻密で均一な薄膜であり、その硬さ
はマイクロビツカースで5300Kg／mm2であつた。
実施例 ２
WC−10vol％Co組成の超硬合金で作製した形
状寸法10φ×３mmの基体の表面を実施例１と同様
に処理した後、CVD装置の容器内に設置し、
8vol％TiCl4−5vol％CH4−87vol％H2雰囲気中、
圧力20Torr、温度1000℃、保持時間30分にて基
体の表面にTiC層を形成させた。その後、実施例
１と同様の工程及び条件で処理して本発明の被覆
体を得た。こうして得た本発明の被覆体をＸ線回
折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外層は厚
さ2μｍの立方晶窒化ホウ素の層であり、中間層
は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍのAl2O3層と
厚さ0.5μｍのTiC層であつた。また、外層は、緻
密で均一な薄膜であり、その硬さはマイクロビツ
カースで5300Kg／mm2であつた。
状寸法10φ×３mmの基体の表面を実施例１と同様
に処理した後、CVD装置の容器内に設置し、
8vol％TiCl4−5vol％CH4−87vol％H2雰囲気中、
圧力20Torr、温度1000℃、保持時間30分にて基
体の表面にTiC層を形成させた。その後、実施例
１と同様の工程及び条件で処理して本発明の被覆
体を得た。こうして得た本発明の被覆体をＸ線回
折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外層は厚
さ2μｍの立方晶窒化ホウ素の層であり、中間層
は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍのAl2O3層と
厚さ0.5μｍのTiC層であつた。また、外層は、緻
密で均一な薄膜であり、その硬さはマイクロビツ
カースで5300Kg／mm2であつた。
実施例 ３
TiC−10vol％NbC−10vol％VC組成のセラミ
ツクス焼結体で作製した形状寸法10φ×３mmの基
体の表面に実施例１と同様にしてAl2O3層とAlN
層を形成させた。次いで、AlN層の表面に非晶
質窒化ホウ素の粉末圧粉体を設けた後高圧高温装
置に設置し、圧力6GPa、温度1500℃の条件で処
理して本発明の被覆体を得た。こうして得た本発
明の被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて
調べた所、外層は厚さ0.2mmの立方晶窒化ホウ素
の層であり、中間層は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ
0.5μｍのAl2O3層であつた。また、外層は、緻密
で均一な厚膜であり、その硬さはマイクロビツカ
ースで5500Kg／mm2であつた。
ツクス焼結体で作製した形状寸法10φ×３mmの基
体の表面に実施例１と同様にしてAl2O3層とAlN
層を形成させた。次いで、AlN層の表面に非晶
質窒化ホウ素の粉末圧粉体を設けた後高圧高温装
置に設置し、圧力6GPa、温度1500℃の条件で処
理して本発明の被覆体を得た。こうして得た本発
明の被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて
調べた所、外層は厚さ0.2mmの立方晶窒化ホウ素
の層であり、中間層は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ
0.5μｍのAl2O3層であつた。また、外層は、緻密
で均一な厚膜であり、その硬さはマイクロビツカ
ースで5500Kg／mm2であつた。
実施例 ４
TiC−5vol％TiN−2vol％WC−6vol％Mo2C−
10vol％Ni組成のサーメツト焼結合金で作製した
形状寸法10φ×３mmの基体の表面に実施例２と同
様にしてTiC層とAl2O3層とAlN層を順次形成さ
せた。次いで、AlN層の表面に六方晶窒化ホウ
素の粉末圧粉体を設けた後高圧高温装置に設置し
て、圧力6.5GPa、温度1600℃の条件で処理して
本発明の被覆体を得た。こうして得た本発明の被
覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた
所、外層は厚さ0.6mmの立方晶窒化ホウ素の層で
あり中間層は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍの
Al7O3層と厚さ0.5μｍのTiC−Ni層であつた。ま
た、外層は緻密で均一な厚膜であり、その硬さは
マイクロビツカースで5600Kg／mm2、比抵抗1.3×
10-10Ω−cm、10KHgで測定した誘電率は8.3であ
つた。
10vol％Ni組成のサーメツト焼結合金で作製した
形状寸法10φ×３mmの基体の表面に実施例２と同
様にしてTiC層とAl2O3層とAlN層を順次形成さ
せた。次いで、AlN層の表面に六方晶窒化ホウ
素の粉末圧粉体を設けた後高圧高温装置に設置し
て、圧力6.5GPa、温度1600℃の条件で処理して
本発明の被覆体を得た。こうして得た本発明の被
覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた
所、外層は厚さ0.6mmの立方晶窒化ホウ素の層で
あり中間層は厚さ0.5μｍのAlN層と厚さ0.5μｍの
Al7O3層と厚さ0.5μｍのTiC−Ni層であつた。ま
た、外層は緻密で均一な厚膜であり、その硬さは
マイクロビツカースで5600Kg／mm2、比抵抗1.3×
10-10Ω−cm、10KHgで測定した誘電率は8.3であ
つた。
実施例 ５
WC−20vol％TiC−7vol％TaC−11vol％Co組
成の混合粉末を金型に入れて加圧し、次いで、
Ti（Ｃ，Ｎ）粉末とY2O3粉末とAlN粉末を順次振
込んでは加圧した後、高圧高温装置に設置し、圧
力6.0GPa、温度1450℃の条件で処理して本発明
の被覆体を得た。こうして得た本発明の被覆体を
Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外
層は厚さ0.5mmの立方晶窒化ホウ素の層であり、
中間層は厚さ0.3mmのAl（N0.99、O0.01）層と厚さ
0.2mmのY2O3層と厚さ0.3mmのTi（Ｃ、Ｎ）−Co層
であつた。また、外層は緻密で均一な厚膜であ
り、その硬さはマイクロビツカースで5400Kg／mm2
であつた。
成の混合粉末を金型に入れて加圧し、次いで、
Ti（Ｃ，Ｎ）粉末とY2O3粉末とAlN粉末を順次振
込んでは加圧した後、高圧高温装置に設置し、圧
力6.0GPa、温度1450℃の条件で処理して本発明
の被覆体を得た。こうして得た本発明の被覆体を
Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外
層は厚さ0.5mmの立方晶窒化ホウ素の層であり、
中間層は厚さ0.3mmのAl（N0.99、O0.01）層と厚さ
0.2mmのY2O3層と厚さ0.3mmのTi（Ｃ、Ｎ）−Co層
であつた。また、外層は緻密で均一な厚膜であ
り、その硬さはマイクロビツカースで5400Kg／mm2
であつた。
実施例 ６
インコネル713c相当品で形状寸法が10×10×１
mmの基体の表面をラツピング、洗浄及び乾燥後、
イオンプレーテイング装置の容器内に設置した。
次いで、容器内を真空排気してから500℃に昇温
し、0.2TorrでArボンバードを10分間行なつた
後、TiインゴツトをEBガンで6KV、0.4Aの条件
で蒸発イオン化させ、反応ガスとしてC2H2を５
×10-4Torrまで導入し、基体に100Vの負のバイ
アス電圧をかけて20分間蒸着した。次に、容器内
を真空排気してから反応ガスとしてO2を９×
10-4Torrまで導入し、AlインゴツトをEBガンで
3KV、0.3Aの条件で蒸発イオン化させ、基体に
20Vの負のバイアス電圧をかけて15分間蒸着を行
なつた。次いで、容器内を真空排気してから反応
ガスとしてN2を５×10-4Torrまで導入し、Alイ
ンゴツトを蒸発イオン化させて蒸着を行なつた。
この蒸着層の表面にボラジンを加圧熱分解して得
た窒素の含有した非晶質窒化ホウ素の粉末圧粉体
を設けて高圧高温装置に設置し、粉末圧粉体中に
ボラジンを湿潤させて空隙のない状態にした後、
圧力6GPa、温度1000℃の条件で処理して本発明
の被覆体を得た。こうして得た本発明の被覆体を
Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外
層は厚さ0.3mmの立方晶窒化ホウ素の層であり、
中間層は厚さ1.0μｍのAlN層と厚さ0.5μｍの
Al2O3層と厚さ1.0μｍのTiC層であつた。また、
外層は緻密で均一な厚膜であり、その硬さはマイ
クロビツカースで5000Kg／mm2であつた。
mmの基体の表面をラツピング、洗浄及び乾燥後、
イオンプレーテイング装置の容器内に設置した。
次いで、容器内を真空排気してから500℃に昇温
し、0.2TorrでArボンバードを10分間行なつた
後、TiインゴツトをEBガンで6KV、0.4Aの条件
で蒸発イオン化させ、反応ガスとしてC2H2を５
×10-4Torrまで導入し、基体に100Vの負のバイ
アス電圧をかけて20分間蒸着した。次に、容器内
を真空排気してから反応ガスとしてO2を９×
10-4Torrまで導入し、AlインゴツトをEBガンで
3KV、0.3Aの条件で蒸発イオン化させ、基体に
20Vの負のバイアス電圧をかけて15分間蒸着を行
なつた。次いで、容器内を真空排気してから反応
ガスとしてN2を５×10-4Torrまで導入し、Alイ
ンゴツトを蒸発イオン化させて蒸着を行なつた。
この蒸着層の表面にボラジンを加圧熱分解して得
た窒素の含有した非晶質窒化ホウ素の粉末圧粉体
を設けて高圧高温装置に設置し、粉末圧粉体中に
ボラジンを湿潤させて空隙のない状態にした後、
圧力6GPa、温度1000℃の条件で処理して本発明
の被覆体を得た。こうして得た本発明の被覆体を
Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べた所、外
層は厚さ0.3mmの立方晶窒化ホウ素の層であり、
中間層は厚さ1.0μｍのAlN層と厚さ0.5μｍの
Al2O3層と厚さ1.0μｍのTiC層であつた。また、
外層は緻密で均一な厚膜であり、その硬さはマイ
クロビツカースで5000Kg／mm2であつた。
実施例 ７
形状寸法10×10×１mmのM0板の基体の表面を
洗浄及び乾燥後、CVD装置の容器内に設置し、
8vol％TiCl4−45vol％N2−47vol％H2雰囲気中、
圧力50Torr、温度900℃、保持時間40分にて処理
し、基体の表面にTiN層を形成させた。次いで、
容器内を真空排気した後、5vol％AlCl3−5vol％
CO−5vol％CO2−85vol％H2雰囲気中、圧力
70Torr、温度900℃、保持時間180分にて処理し、
TiN層の表面にAl2O3層を形成させた。その後、
容器内を真空排気した後、8vol％AlCl3−35vol％
N2−57vol％H2雰囲気中、、圧力70Torr、温度
900℃、保持時間40分にて処理し、Al2O3層の表
面にAlN層を形成させた。引続き、容器内を真
空排気した後、5vol％B3N3H6−35vol％N2−
60vol％H2雰囲気中、圧力100Torr、温度600℃、
保持時間180分にて処理した。その後、高圧高温
装置に設置して、圧力6GPa、温度1400℃にて処
理して本発明の被覆体を得た。こうして得た本発
明の被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて
調べた所、外層は厚さ2μｍの立方晶窒化ホウ素
の層であり、中間層は厚さ1.0μｍのAlN層と厚さ
0.5μｍのAl2O3層と厚さ1.0μｍのTiN層であつた。
また、外層は緻密で均一な薄膜であり、その硬さ
はマイクロビツカースで5400Kg／mm2であつた。
洗浄及び乾燥後、CVD装置の容器内に設置し、
8vol％TiCl4−45vol％N2−47vol％H2雰囲気中、
圧力50Torr、温度900℃、保持時間40分にて処理
し、基体の表面にTiN層を形成させた。次いで、
容器内を真空排気した後、5vol％AlCl3−5vol％
CO−5vol％CO2−85vol％H2雰囲気中、圧力
70Torr、温度900℃、保持時間180分にて処理し、
TiN層の表面にAl2O3層を形成させた。その後、
容器内を真空排気した後、8vol％AlCl3−35vol％
N2−57vol％H2雰囲気中、、圧力70Torr、温度
900℃、保持時間40分にて処理し、Al2O3層の表
面にAlN層を形成させた。引続き、容器内を真
空排気した後、5vol％B3N3H6−35vol％N2−
60vol％H2雰囲気中、圧力100Torr、温度600℃、
保持時間180分にて処理した。その後、高圧高温
装置に設置して、圧力6GPa、温度1400℃にて処
理して本発明の被覆体を得た。こうして得た本発
明の被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて
調べた所、外層は厚さ2μｍの立方晶窒化ホウ素
の層であり、中間層は厚さ1.0μｍのAlN層と厚さ
0.5μｍのAl2O3層と厚さ1.0μｍのTiN層であつた。
また、外層は緻密で均一な薄膜であり、その硬さ
はマイクロビツカースで5400Kg／mm2であつた。
実施例 ８
WC−10vol％組成で形状寸法10φ×５mmの超硬
合金でなる基体の表面にTi（Ｃ、Ｎ）の粉末圧粉
体と、このTi（Ｃ、Ｎ）の粉末圧粉体の表面に
Si3N4−Al2O3の粉末圧粉体と、このSi3N4−
Al2O3の粉末圧粉体の表面にAlNの粉末圧粉体
と、このAlNの粉末圧粉体の表面に10vol％TiN
−3vol％WC−2vol％Ni−30vol％CBN−55vol％
−aBNの粉末圧粉体を設けた後、高圧高温装置
に設置して、圧力6GPa、温度1450℃にて処理し
て本発明の被覆体を得た。こうして得た本発明の
被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べ
た所、外層は厚さ0.4mmの立方晶窒化ホウ素を主
成分とした緻密で均一な厚膜であり、中間層は厚
さ0.2mmのAl（N0.99、O0.01）の層と厚さ0.2mmの
（Si、Al）（Ｎ、Ｏ）層と厚さ0.2mmのTi（Ｃ、Ｎ）
−C0の層であつた。外層の硬さは、マイクロビ
ツカースで4300Kg／mm2であつた。
合金でなる基体の表面にTi（Ｃ、Ｎ）の粉末圧粉
体と、このTi（Ｃ、Ｎ）の粉末圧粉体の表面に
Si3N4−Al2O3の粉末圧粉体と、このSi3N4−
Al2O3の粉末圧粉体の表面にAlNの粉末圧粉体
と、このAlNの粉末圧粉体の表面に10vol％TiN
−3vol％WC−2vol％Ni−30vol％CBN−55vol％
−aBNの粉末圧粉体を設けた後、高圧高温装置
に設置して、圧力6GPa、温度1450℃にて処理し
て本発明の被覆体を得た。こうして得た本発明の
被覆体をＸ線回折及び走査型電子顕微鏡にて調べ
た所、外層は厚さ0.4mmの立方晶窒化ホウ素を主
成分とした緻密で均一な厚膜であり、中間層は厚
さ0.2mmのAl（N0.99、O0.01）の層と厚さ0.2mmの
（Si、Al）（Ｎ、Ｏ）層と厚さ0.2mmのTi（Ｃ、Ｎ）
−C0の層であつた。外層の硬さは、マイクロビ
ツカースで4300Kg／mm2であつた。
（発明の効果）
本発明の立方晶窒化ホウ素被覆体は、立方晶窒
化ホウ素が緻密で均一な厚膜又は薄膜の外層とし
て形成されており、この外層と基体との間に１層
又は多層でなる中間層が介在されているものであ
る。このために、本発明の被覆体は、外層と中間
層、中間層と基体及び中間層内における密着性及
び耐剥離性にすぐれており、外層のすぐれた諸特
性を充分に発揮することができるものである。例
えば、外層が有している高硬度性、高熱伝導性、
耐摩耗性、耐酸化性、耐熱性及び耐化学的安定性
を利用して、本発明の被覆体は、切削工具又は耐
摩耗工具として応用することができるものであ
る。また、外層が有している高熱伝導性及び高電
気絶縁性を利用して、本発明の被覆体は、ECL、
LSIのパツケージ、バイポーラLSIメモリのマル
チチツプモジユール又は通信用半導体レーザのマ
ウントなどのヒートシンク部を含めた半導体基板
として応用することができるものである。
化ホウ素が緻密で均一な厚膜又は薄膜の外層とし
て形成されており、この外層と基体との間に１層
又は多層でなる中間層が介在されているものであ
る。このために、本発明の被覆体は、外層と中間
層、中間層と基体及び中間層内における密着性及
び耐剥離性にすぐれており、外層のすぐれた諸特
性を充分に発揮することができるものである。例
えば、外層が有している高硬度性、高熱伝導性、
耐摩耗性、耐酸化性、耐熱性及び耐化学的安定性
を利用して、本発明の被覆体は、切削工具又は耐
摩耗工具として応用することができるものであ
る。また、外層が有している高熱伝導性及び高電
気絶縁性を利用して、本発明の被覆体は、ECL、
LSIのパツケージ、バイポーラLSIメモリのマル
チチツプモジユール又は通信用半導体レーザのマ
ウントなどのヒートシンク部を含めた半導体基板
として応用することができるものである。
特に、外層を厚膜として成長させた場合、外層
の最上表を形成する立方晶窒化ホウ素の結晶面
は、ほとんどすべてが１１１面となり、周知の如
くこの面は最も硬さが高く、耐摩耗性にすぐれた
面であるので切削工具又は耐摩耗工具としての用
途上すぐれた効果が得られるものである。また、
最上表が立方晶窒化ホウ素の１１１面でなる外層
は、熱伝導性及び電気絶縁性にもすぐれた効果を
発揮するので、その方向性を利用して、各種の材
料部品に応用できるものである。
の最上表を形成する立方晶窒化ホウ素の結晶面
は、ほとんどすべてが１１１面となり、周知の如
くこの面は最も硬さが高く、耐摩耗性にすぐれた
面であるので切削工具又は耐摩耗工具としての用
途上すぐれた効果が得られるものである。また、
最上表が立方晶窒化ホウ素の１１１面でなる外層
は、熱伝導性及び電気絶縁性にもすぐれた効果を
発揮するので、その方向性を利用して、各種の材
料部品に応用できるものである。
このように、本発明の被覆体は、工具材料部
品、電子材料部品、精密機器材料部品またはロボ
ツト材料部品などあらゆる産業分野の材料部品と
して応用できる産業上有用な材料及びその製造方
法である。
品、電子材料部品、精密機器材料部品またはロボ
ツト材料部品などあらゆる産業分野の材料部品と
して応用できる産業上有用な材料及びその製造方
法である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基体の表面に立方晶窒化ホウ素を主成分とす
る外層を形成した被覆体において、前記基体と前
記外層との間に１層又は多層で構成される中間層
を介在させ、前記外層に隣接する該中間層はAl、
Ga、In、Tlの窒化物、窒酸化物及びこれらの相
互固溶体から選ばれた１種以上の窒素含有化合物
層と１層又は多層で構成された密着補助層とから
なり、該窒素含有化合物層に隣接する第１密着補
助層がAl、Ga、In、Tlの酸化物並びにアルカリ
土類金属、希土類金属又はSiの酸化物、窒化物及
びこれらの相互固溶体から選ばれた１種以上の成
分からなることを特徴とする立方晶窒化ホウ素被
覆体。 ２ 上記中間層において、上記第１密着補助層に
隣接する第２密着補助層が周期律表4a、5a、6a
族金属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケ
イ化物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種
以上の成分からなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の立方晶窒化ホウ素被覆体。 ３ 上記中間層において、上記第１密着補助層に
隣接する第２密着補助層が周期律表4a、5a、6a
族金属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ケ
イ化物及びこれらの相互固溶体から選ばれた１種
以上の成分とFe、Ni、Co、Cr、Mo、Ｗから選
ばれた１種以上の成分からなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の立方晶窒化ホウ素被
覆体。 ４ 基体の表面に立方晶窒化ホウ素を主成分とす
る外層を形成する被覆体の製造方法において、前
記基体と前記外層との間に１層又は多層で構成さ
れる中間層を設け、前記外層に隣接する該中間層
は、Al、Ga、In、Tlの窒化物、窒酸化物及びこ
れらの相互固溶体から選ばれた１種以上の窒素含
有化合物層であり、前記外層は該窒素含有化合物
層の窒素原子の密充填面上への配向成長によつて
達成されることを特徴とする立方晶窒化ホウ素被
覆体の製造方法。 ５ 上記外層の配向成長は、立方晶窒化ホウ素の
安定な高圧高温条件によつて行なわれることを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の立方晶窒化
ホウ素被覆体の製造方法。 ６ 上記立方晶窒化ホウ素の安定な高圧高温条件
は、圧力が4.5GPa以上温度が700℃以上であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の立方
晶窒化ホウ素被覆体の製造方法。 ７ 上記外層の配向成長は、物理蒸着法又はプラ
ズマ化学蒸着法によつて行なわれることを特徴と
する特許請求の範囲第４項記載の立方晶窒化ホウ
素被覆体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157682A JPS6221778A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 立方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法 |
| US06/886,068 US4731303A (en) | 1985-07-17 | 1986-07-16 | Cubic boron nitride coated material and producing method of the same |
| EP86109826A EP0209137B1 (en) | 1985-07-17 | 1986-07-17 | Cubic boron nitride coated material and producing method of the same |
| DE8686109826T DE3681762D1 (de) | 1985-07-17 | 1986-07-17 | Mit einem kubischen bornitrid beschichtetes material und verfahren zu seiner herstellung. |
| US07/126,884 US4762729A (en) | 1985-07-17 | 1987-11-30 | Method of producing cubic boron nitride coated material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60157682A JPS6221778A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 立方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5107587A Division JPH07121835B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 立方晶窒化ホウ素被覆体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6221778A JPS6221778A (ja) | 1987-01-30 |
| JPH0566349B2 true JPH0566349B2 (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=15655081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60157682A Granted JPS6221778A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 立方晶窒化ホウ素被覆体及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4731303A (ja) |
| EP (1) | EP0209137B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6221778A (ja) |
| DE (1) | DE3681762D1 (ja) |
Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS63239103A (ja) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 | Ulvac Corp | 立方晶窒化硼素被覆体およびその製造法 |
| EP0314807B1 (en) * | 1987-05-12 | 1993-01-27 | Kabushiki Kaisha Kouransha | Molten metal container |
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Also Published As
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