JPH07138093A - Diamond filmy material and production of the same and diamond-coated material - Google Patents

Diamond filmy material and production of the same and diamond-coated material

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JPH07138093A
JPH07138093A JP6101869A JP10186994A JPH07138093A JP H07138093 A JPH07138093 A JP H07138093A JP 6101869 A JP6101869 A JP 6101869A JP 10186994 A JP10186994 A JP 10186994A JP H07138093 A JPH07138093 A JP H07138093A
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JP
Japan
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diamond film
diamond
film
brazing material
brazing
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Application number
JP6101869A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Uchida
清 内田
Masaharu Noda
正治 野田
Kazuo Higuchi
和夫 樋口
Masao Kanzaki
昌郎 神崎
Akio Ito
明生 伊藤
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a diamond filmy material, capable of readily performing cutout working and deformation into a desired shape, excellent in handleability and further excellent in toughness and abrasion resistance of a diamond film by binding a brazing filler material layer containing an active metal such as titanium to one surface of the polycrystalline diamond film. CONSTITUTION:This diamond filmy material is formed according to the following steps (1) to (4):(1) a polycrystalline diamond film 1 is formed on a substrate 3 by using, e.g. a high-frequency plasma CVD method; (2) a brazing filler material 2 containing an active metal such as titanium is laminated to one surface of the diamond film 1; (3) the resultant laminate 32 is then heated in a vacuum or an inert gas (4: a loading material) to join the diamond film 1 to the brazing filler material layer 2 and (4) the substrate 3 is removed from the formed joined material. This method for producing a diamond-coated material is to break the diamond film in the diamond filmy material into fine particles, then oppose the brazing filler material layer 2 to the substrate and laminate the diamond filmy material onto the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,加工治工具や摺動部品
等に接着して利用することができる,ダイヤモンド膜状
体,その製造方法,及びそれを用いたダイヤモンド被覆
体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond film-like body which can be used by adhering it to a working jig or a sliding part, a method for producing the same, and a method for producing a diamond-coated body using the same. .

【0002】[0002]

【従来技術】ダイヤモンドは優れた固さと耐摩耗性並び
に低摩擦性を有し,切削工具,研削工具などの加工治工
具や,無潤滑下での摺動部品等への応用が計られてい
る。特にCVD法等によりダイヤモンドが,膜として製
造できるようになって以来,これらの分野への応用の期
待がますます高まってきている。このために(1)超硬
合金のバイトの刃先にダイヤモンド膜を直接CVD法に
より析出させる,(2)同じく超硬合金へ予めある大き
さに成形加工したダイヤモンド膜をろう付けにより接着
するなどの手法が取られている。
2. Description of the Related Art Diamond has excellent hardness, wear resistance and low friction, and is applied to processing jigs such as cutting tools and grinding tools, and sliding parts without lubrication. . In particular, since diamond can be produced as a film by the CVD method or the like, its application to these fields is expected to increase. For this purpose, (1) deposit the diamond film directly on the cutting edge of the cemented carbide bite by the CVD method, and (2) also bond the diamond film, which has been formed into a certain size, to the cemented carbide by brazing. The approach is taken.

【0003】ところで,ダイヤモンドは共有性結合から
なる代表的な材料であり,そのために上述した硬さ,耐
摩耗性などの優れた性質を有する反面,低熱膨張率,高
弾性率という性質を持つ。この性質のために,ダイヤモ
ンドをCVD法などにより直接基材に析出させた場合に
は,基材との密着力が不足し,剥離しやすいという大き
な問題を抱えている。
By the way, diamond is a typical material composed of covalent bonds, and therefore, while it has excellent properties such as hardness and wear resistance as described above, it has properties of low thermal expansion coefficient and high elastic modulus. Due to this property, when diamond is directly deposited on the base material by the CVD method or the like, the adhesion to the base material is insufficient and there is a big problem that it is easily peeled off.

【0004】このため,基材表面を予め粗くしておく方
法(例えば特開平5−117090号公報,特開平4−
97974号公報)が提案されている。一方,従来から
単結晶のダイヤモンドを切削バイトの刃先に付ける場合
に用いられてきたろう付け法なども,CVD多結晶膜の
接合法として提案されている(例えば,特開平4−20
9768号公報)。
Therefore, a method of roughening the surface of the base material in advance (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-117090 and 4-1998).
No. 97974) has been proposed. On the other hand, a brazing method which has been conventionally used for attaching a single crystal diamond to the cutting edge of a cutting tool has been proposed as a method for joining a CVD polycrystalline film (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-20).
9768).

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記前者の直
接析出の場合には,密着力が必ずしも十分ではなく,ま
た一番用途の多い鉄,ニッケルおよびコバルトなどを含
む鋼材系の材料には不向きな手法である。その理由は,
鉄,ニッケルおよびコバルトが炭素を吸収してしまいダ
イヤモンドとして析出しにくいためである。また,超硬
合金の場合にも,焼結材として数〜数十%のコバルトを
含有しているために,ダイヤモンド膜を高密着力で析出
させることが困難なためである。
[Problems to be Solved] However, in the case of the above-mentioned direct precipitation, the adhesion is not always sufficient, and a method unsuitable for steel materials containing iron, nickel, cobalt, etc., which are most used. Is. The reason is,
This is because iron, nickel and cobalt absorb carbon and are unlikely to deposit as diamond. Also, in the case of cemented carbide, it is difficult to deposit a diamond film with high adhesion because it contains several to several tens% of cobalt as a sintered material.

【0006】このため,コバルトを焼結材として用いて
いる超硬合金の場合,ダイヤモンド膜を析出させる析出
面のコバルトを,予め酸処理で選択エッチング(特開平
1−201475号公報),気相でエッチング(特開平
2−88782号公報)することなどが提案されてい
る。即ち,表面近傍のコバルトを除去した後にダイヤモ
ンド膜を析出させねばならない。
Therefore, in the case of a cemented carbide using cobalt as a sintering material, the cobalt on the deposition surface on which the diamond film is deposited is selectively etched by acid treatment in advance (JP-A-1-201475), gas phase. Etching (Japanese Patent Laid-Open No. 2-88782) has been proposed. That is, the diamond film must be deposited after removing cobalt near the surface.

【0007】また,後者のろう付け法の場合には,ダイ
ヤモンド膜を形成したい部分の形状に,予め成形された
シリコン等の基板とその表面に形成したダイヤモンド膜
との複合体を用い,これを切削バイトの刃先等にダイヤ
モンド膜側をろう付けしていた。しかし,この場合に
は,ろう付け後,基板を機械的あるいは化学的に除去す
る必要があった。
In the latter brazing method, a composite of a preformed silicon substrate or the like and a diamond film formed on the surface thereof is used for the shape of the portion where the diamond film is to be formed. The diamond film side was brazed to the cutting edge of the cutting tool. However, in this case, it was necessary to mechanically or chemically remove the substrate after brazing.

【0008】特に,特殊な三次元の曲率を持つ面にろう
付けする場合には,予め逆形状の曲率を持った高精度に
加工を施した基板を用意し,その上にダイヤモンド膜を
析出させた後,ろう付けし,その後に該高精度に加工し
た三次元形状の基板を除去する手法をとる必要がある。
そのため,特に三次元形状の基板を,刃先等に接着され
たダイヤモンド膜から除去する方法が困難であった。そ
のため,このろう付け法はコスト高となってしまう。
In particular, in the case of brazing on a surface having a special three-dimensional curvature, a substrate which has a curvature of an inverse shape and which has been processed with high precision is prepared in advance, and a diamond film is deposited on it. After that, it is necessary to take a method of brazing, and then removing the highly accurately processed three-dimensionally shaped substrate.
Therefore, it is difficult to remove the three-dimensionally shaped substrate from the diamond film adhered to the cutting edge. Therefore, this brazing method becomes expensive.

【0009】また,コスト低減のために,CVD法で形
成したダイヤモンドを基板から剥離し,そのダイヤモン
ド膜の自立膜を用いてろう付けする方法もある。しか
し,多結晶のダイヤモンド膜は,その膜構造からくる極
端に低い強度のため,ダイヤモンド膜を所望形状に切り
出すことが困難であり,またろう付けの時のハンドリン
グ性が困難であった。
Further, in order to reduce the cost, there is also a method in which diamond formed by the CVD method is peeled from the substrate and brazed by using the self-standing film of the diamond film. However, since the polycrystalline diamond film has an extremely low strength due to its film structure, it is difficult to cut the diamond film into a desired shape, and it is difficult to handle it during brazing.

【0010】また,以上の問題点は,切削バイトの刃先
など非常に小さい部分にダイヤモンド膜を利用する場合
もさることながら,摺動部品などの大きな形状物にダイ
ヤモンド膜を利用する場合において,より重要な問題と
なる。上記のごとく,多結晶のダイヤモンド膜は優れた
硬さと耐摩耗性,低摩擦性を有しているにも拘らず,上
記問題のために,その利用が充分に普及していない。本
発明は,かかる従来の問題点に鑑み,所望形状への切出
し加工,変形が容易であると共にハンドリング性にも優
れ,かつ三次元曲面等への接着性,更にはダイヤモンド
膜の靱性,耐摩耗性にも優れたダイヤモンド膜状体及び
その製造方法を提供しようとするものである。
Further, the above problems are more noticeable when the diamond film is used for a very small portion such as the cutting edge of a cutting tool, and when the diamond film is used for a large shape object such as a sliding part. It becomes an important issue. As described above, although the polycrystalline diamond film has excellent hardness, wear resistance, and low friction, due to the above problems, its use has not spread sufficiently. In view of such conventional problems, the present invention is easy to cut out into a desired shape and is easy to deform, and is excellent in handleability, and is also adhesive to a three-dimensional curved surface, toughness of diamond film, and wear resistance. An object of the present invention is to provide a diamond film body excellent in properties and a method for producing the same.

【0011】[0011]

【課題の解決手段】本発明は,多結晶のダイヤモンド膜
と,該ダイヤモンド膜の一方の面に対して接合したチタ
ン等の活性金属を含有するろう材層とよりなることを特
徴とするダイヤモンド膜状体にある。
The present invention is characterized by comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface of the diamond film. In a state.

【0012】本発明において最も注目すべきことは,ダ
イヤモンド膜状体が多結晶のダイヤモンド膜とこれに一
体的に接合したろう材層とよりなり,かつろう材層はろ
う材と活性金属とよりなることである。該活性金属は,
ダイヤモンドとの接触面において炭化物を形成する金属
である。かかる活性金属としては,チタン,クロム,タ
ンタル,ニオブ,バナジウムおよびジルコニウムのグル
ープの中から1種以上を用いる。
What is most noticeable in the present invention is that the diamond film-like body is composed of a polycrystalline diamond film and a brazing material layer integrally bonded thereto, and the brazing material layer is composed of a brazing material and an active metal. Is to be. The active metal is
It is a metal that forms carbides at the contact surface with diamond. As the active metal, at least one selected from the group consisting of titanium, chromium, tantalum, niobium, vanadium and zirconium is used.

【0013】これらの活性金属は母材のろう材の種類に
より選択される。上記活性金属は,少なくとも上記ダイ
ヤモンド膜との接合面に存在していることが好ましい。
これにより,ろう材層とダイヤモンド膜とを強固に結合
することができる。また,上記活性金属は,ろう材と合
金状態において存在していても良い(実施例1参照)。
These active metals are selected depending on the type of brazing material of the base material. It is preferable that the active metal is present at least on the joint surface with the diamond film.
As a result, the brazing material layer and the diamond film can be firmly bonded. Further, the active metal may be present in an alloy state with the brazing material (see Example 1).

【0014】また,上記ろう材層におけるろう材は,
金,銀,銅,すずなどをそれぞれ主成分とするろう材の
グループの中から1種以上を用いる。上記ダイヤモンド
膜状体は,平面状の場合の外,鋭角状,直角状,鈍角
状,波状等の二次元方向への曲げ面,更には皿状,半球
面状等の三次元方向への曲げ面を有していることも可能
である。特に,本発明のダイヤモンド膜状体は,後述の
ごとく,可撓性を有するので,二次元,三次元方向への
曲げ面を可能にする。
The brazing material in the brazing material layer is
Use at least one selected from a group of brazing materials containing gold, silver, copper, tin, etc. as main components. The above-mentioned diamond film-like body is a flat surface, a curved surface in a two-dimensional direction such as an acute angle, a right angle, an obtuse angle, or a wavy shape, and further, a bending surface in a three-dimensional direction such as a dish or a hemispherical shape. It is also possible to have a face. In particular, since the diamond film-like body of the present invention has flexibility as described later, it enables bending surfaces in two-dimensional and three-dimensional directions.

【0015】次に,上記ダイヤモンド膜状体の製造方法
としては,多結晶のダイヤモンド膜を析出形成する膜形
成工程と,上記ダイヤモンド膜の一方の面に対して,チ
タン等の活性金属を含有するろう材を積層する積層工程
と,これら積層物に,真空中又は不活性ガス中において
加熱して,ダイヤモンド膜とろう材層とを接合する接合
工程とよりなることを特徴とするダイヤモンド膜状体の
製造方法がある(第1製造法)。
Next, as the method for producing the diamond film-like body, a film forming step of depositing and forming a polycrystalline diamond film, and an active metal such as titanium is contained on one surface of the diamond film. A diamond film-like body comprising a laminating step of laminating a brazing filler metal and a bonding step of heating the laminated body in a vacuum or in an inert gas to bond the diamond film and the brazing filler metal layer. There is a manufacturing method of (1st manufacturing method).

【0016】上記積層工程において,ダイヤモンド膜に
積層するろう材層としては,上記ろう材と上記活性金属
との合金よりなる箔状体を用いてもよい。また,上記箔
状体は,半溶融の状態でダイヤモンド膜に積層接合する
こともできる。この場合には,両者の接合が容易であ
り,かつ接合がより強固となる。また,上記積層工程
は,上記ダイヤモンド膜の析出成長面に対して上記活性
金属を形成し,更にその片面に活性金属を含まないろう
材を形成することにより行う方法がある。この場合に
は,積層工程時の温度を下げることができるという効果
が得られる。
In the laminating step, a foil-like body made of an alloy of the brazing material and the active metal may be used as the brazing material layer laminated on the diamond film. Further, the foil-like body may be laminated and joined to the diamond film in a semi-molten state. In this case, the joining of the both is easy and the joining is stronger. Further, there is a method in which the laminating step is performed by forming the active metal on the deposition growth surface of the diamond film and further forming a brazing material containing no active metal on one surface thereof. In this case, there is an effect that the temperature during the stacking process can be lowered.

【0017】また,上記積層工程は,予めろう材の片面
に蒸着法等の手段により上記活性金属層を形成したろう
材層の膜を作製しておき,このろう材層の膜における上
記活性金属層をダイヤモンド膜の析出成長面に向けて積
層する方法がある。この場合にも同様の効果が得られ
る。また,上記ろう材層の膜は,例えばろう材の片面に
インジューム等の低融点化物質の薄層を設け,更に該低
融点化物質の上に活性金属層を設けることにより作製す
る。この場合には,さらに,積層時の温度を低下させる
ことができ,前記活性金属層が形成されていない側に他
の物体が接合することを防止することができる。
In the laminating step, a brazing material layer film in which the active metal layer is formed on one surface of the brazing material by vapor deposition or the like is prepared in advance, and the active metal in the brazing material layer film is formed. There is a method of laminating layers toward the deposition growth surface of the diamond film. In this case, the same effect can be obtained. The brazing material layer film is formed by, for example, providing a thin layer of a low melting point substance such as indium on one surface of the brazing material, and further providing an active metal layer on the low melting point substance. In this case, the temperature at the time of stacking can be further lowered, and it is possible to prevent another object from joining to the side where the active metal layer is not formed.

【0018】また,多結晶のダイヤモンド膜の形成は,
シリコン等の基板に析出形成し,接合工程の後に上記基
板をダイヤモンド膜から除去する方法がある。この場合
には基板の表面は,鏡面研磨されていることが好まし
い。表面が鏡面であれば,前記ダイヤモンド膜状体を剥
離し易く,また,最終製品にダイヤモンド膜を形成する
時に平滑な表面が得られ,研磨工程の削減などの効果が
得られる。
The formation of a polycrystalline diamond film is
There is a method of depositing and forming on a substrate such as silicon and removing the substrate from the diamond film after the bonding process. In this case, the surface of the substrate is preferably mirror-polished. If the surface is a mirror surface, the diamond film-like body can be easily peeled off, and a smooth surface can be obtained when the diamond film is formed on the final product, and the effect of reducing the polishing process can be obtained.

【0019】また,多結晶のダイヤモンド膜の形成は,
膜形成板の表面に上記ダイヤモンド膜を形成し,次いで
該ダイヤモンド膜を剥離して自立膜となし,その後該自
立膜を上記積層工程に用いる方法がある。この場合に
は,ダイヤモンド膜の上下どちらの面にもろう材層をつ
けることが可能になる。また,特にヒートシンクなどに
用いる場合には,結晶性が良く,熱伝導性のよい成長面
を表面側に向けることが可能になる。
The formation of a polycrystalline diamond film is
There is a method of forming the diamond film on the surface of the film forming plate, then peeling the diamond film to form a self-supporting film, and then using the self-supporting film in the laminating step. In this case, it becomes possible to attach a brazing material layer to both the upper and lower surfaces of the diamond film. Further, especially when used for a heat sink or the like, it becomes possible to direct the growth surface having good crystallinity and good thermal conductivity to the surface side.

【0020】気相法による多結晶ダイヤモンド膜の形成
方法としては,高周波プラズマCVD法,フィラメント
熱CVD法,EA−CVD法,誘磁場高周波プラズマC
VD法,RF−熱プラズマCVD法,DC−プラズマC
VD法,DC−プラズマジェットCVD法,燃焼法等が
ある。
As a method for forming a polycrystalline diamond film by the vapor phase method, there are high frequency plasma CVD method, filament thermal CVD method, EA-CVD method, induced magnetic field high frequency plasma C
VD method, RF-thermal plasma CVD method, DC-plasma C
There are a VD method, a DC-plasma jet CVD method, a combustion method and the like.

【0021】次に,ダイヤモンド膜状体の他の製造方法
としては,多結晶のダイヤモンド膜とその一方の面に対
して接合したチタン等の活性金属を含有するろう材層と
からなるダイヤモンド膜状体を準備し,該ダイヤモンド
膜状体をそのダイヤモンド膜が外側に湾曲するように加
工し,上記ダイヤモンド膜を微細粒子に破壊する膜破壊
工程とからなることを特徴とするダイヤモンド膜状体の
製造方法がある(第2製造法)。
Next, as another method for producing a diamond film, a diamond film comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface of the diamond film is used. A diamond film-like body, comprising: preparing a body, processing the diamond film-like body so that the diamond film is curved outward, and destroying the diamond film into fine particles. There is a method (second manufacturing method).

【0022】以下に,上記の第2製造法につき詳説す
る。即ち,まず,上記の加工用のダイヤモンド膜状体
は,例えば,前記した積層工程,接合工程を用いた第1
製造法により,作製したものを用いる。次に,ダイヤモ
ンド膜状体をダイヤモンド膜が外側に湾曲するようにロ
ール等によって加工する。この加工により,ダイヤモン
ド膜の組織を微細粒子に破壊する。
The above second manufacturing method will be described in detail below. That is, first of all, the above-mentioned diamond film-like material for processing is, for example, a first film obtained by using the above-mentioned lamination process and bonding process.
The one manufactured by the manufacturing method is used. Next, the diamond film-like body is processed by a roll or the like so that the diamond film is curved outward. By this processing, the structure of the diamond film is broken into fine particles.

【0023】この微細粒子の大きさは,用いるダイヤモ
ンド膜の膜厚と,該膜を構成する結品粒子の大きさによ
って決定される。通常,この微細粒子の大きさは,数μ
m〜100μmとすることが好ましい。100μm以上
では本方法の効果が少なく,一方数μm以下に微細化す
ると粒子の欠けによる脱落のおそれがある。上記ロール
かけ等の操作は該ダイヤモンド膜状体の1方向だけでな
く,最初にかけた方向に直角な方向に再度かけておくこ
とが望ましい。
The size of the fine particles is determined by the thickness of the diamond film to be used and the size of the product particles forming the film. Usually, the size of these fine particles is several μm.
It is preferably m to 100 μm. If it is 100 μm or more, the effect of the present method is small, while if it is made finer to several μm or less, there is a risk that it may fall off due to chipping of particles. It is desirable that the operation such as rolling is performed not only in one direction of the diamond film-shaped body but also in a direction perpendicular to the direction in which the diamond film is first applied.

【0024】ここで得られるダイヤモンド膜状体は,非
常に可撓性に富んだ膜である。ダイヤモンド膜状体を作
成の際に,ダイヤモンド膜の成長面側にろう材の箔を接
合しておくと,大きく成長した成長面の凹凸のため個々
の粒子がろう材箔と強固に接合されているために,ダイ
ヤモンド膜を破壊しても個々の粒子は殆ど剥脱すること
はない。
The diamond film-like body obtained here is a film having extremely high flexibility. When a brazing material foil was bonded to the growth surface side of the diamond film when forming the diamond film, individual particles were firmly bonded to the brazing material foil due to the large irregularities on the growth surface. Therefore, even if the diamond film is broken, individual particles are hardly exfoliated.

【0025】その他は,前記第1製造法と同様である。
上記の第2製造法により得られたダイヤモンド膜状体
は,そのダイヤモンド膜が微細粒子に破壊されている。
Others are the same as in the first manufacturing method.
In the diamond film-shaped body obtained by the second manufacturing method, the diamond film is broken into fine particles.

【0026】次に,該ダイヤモンド膜状体を工具等に被
覆した,ダイヤモンド被覆体の製造方法について説明す
る。この方法としては,多結晶のダイヤモンド膜とその
一方の面に対して接合したチタン等の活性金属を含有す
るろう材層とからなるダイヤモンド膜状体を準備し,該
ダイヤモンド膜状体をそのダイヤモンド膜が外側に湾曲
するように加工し,上記ダイヤモンド膜を微細粒子に破
壊する膜破壊工程と,上記ダイヤモンド膜状体を,その
ろう材層側が基材表面に対向するように,基材上に積層
する工程と,これらを真空中又は不活性雰囲気中で加熱
して,上記ろう材層の一部を前記微細粒子間に浸入させ
ると共に前記ダイヤモンド膜状体を基材にろう付けする
ろう付け工程とからなることを特徴とするダイヤモンド
被覆体の製造方法がある。
Next, a method for producing a diamond-coated body by coating the diamond film-like body on a tool or the like will be described. As this method, a diamond film-like body comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface thereof is prepared, and the diamond film-like body is formed into the diamond film-like body. A film breaking step of processing the film so that the film is curved outward, and breaking the diamond film into fine particles, and the diamond film-like body on the base material so that the brazing material layer side faces the base material surface. Laminating step and brazing step of heating these in a vacuum or in an inert atmosphere to infiltrate a part of the brazing material layer between the fine particles and brazing the diamond film body to a base material There is a method for producing a diamond-coated body, which comprises:

【0027】即ち,膜破壊を行ったダイヤモンド膜状体
をろう材面を工具の面に押しつけて真空中ないしは不活
性雰囲気中で加熱しろう付けを行なう。このろう付けの
際には,表面を平滑にした荷重物により,個々の粒子の
配列が壊されないように,押しつけながらろう付けを行
なう。
That is, the diamond film-like body which has undergone film destruction is brazed by pressing the brazing material surface against the tool surface and heating in vacuum or in an inert atmosphere. At the time of this brazing, brazing is performed while pressing so that the array of individual particles is not destroyed by the load having a smooth surface.

【0028】鏡面加工した基板上に析出させたダイヤモ
ンド膜の成長面側をろう付けすると,表面に出る側は基
板の表面形状を転写した平滑な面であり,しかもダイヤ
モンド析出初期の微細なダイヤモンド粒子からなる面
(ダイヤモンド膜)が表面側になり工具として好ましい
性質が得られる。
When the growth surface side of a diamond film deposited on a mirror-finished substrate is brazed, the side exposed on the surface is a smooth surface on which the surface shape of the substrate is transferred, and fine diamond particles at the initial stage of diamond precipitation. The surface (diamond film) made of is the surface side, and the properties preferable as a tool are obtained.

【0029】上記ろう付け時においては,まず活性金属
が,破壊された微細粒子間のクラックに拡散浸透し,引
き続いてろう材が浸透する。従って,各微細粒子間は,
例えば活性金属としてチタンを用いた場合にはダイヤモ
ンド粒子の表面にチタンカーバイドの強固な結晶層を作
り,これとろう材とが反応して個々の独立した微細粒子
を強固に結合した被覆層を作る。
At the time of brazing, the active metal first diffuses and penetrates into the cracks between the broken fine particles, and subsequently the brazing material penetrates. Therefore, between each fine particle,
For example, when titanium is used as the active metal, a strong crystalline layer of titanium carbide is formed on the surface of diamond particles, and this reacts with the brazing material to form a coating layer in which individual fine particles are firmly bonded. .

【0030】このようにして得られた工具上のダイヤモ
ンド膜状体は通常のレーザー加工,或いは研磨加工によ
って所望する形状の工具に仕上げられる。工具の基材は
超硬合金,工具鋼およびセラミックスなど特に材質を問
わない。上記の工程によって得られるダイヤモンド膜状
体は,個々のダイヤモンド粒子がろう材により基材に結
合されることと,ダイヤモンド粒子の微細粒子の間にも
ろう材が浸入している。そのため,粒子間の結合力も強
固なものとなり,ダイヤモンド膜状体の靱性が改善され
る。
The diamond film-like material on the tool thus obtained is finished into a tool having a desired shape by ordinary laser processing or polishing processing. The base material of the tool may be any material such as cemented carbide, tool steel and ceramics. In the diamond film obtained by the above process, the individual diamond particles are bonded to the base material by the brazing material, and the brazing material penetrates also between the fine particles of the diamond particles. As a result, the bonding force between the particles becomes strong and the toughness of the diamond film is improved.

【0031】また,微細粒子の間にろう材が浸入した複
合体構造を持つため,膜にかかる残留圧縮応力が低減さ
れ,刃先が損壊することが低減される。以上の効果によ
り,気相合成ダイヤモンド膜を用いた加工工具として理
想的なものが得られる。上記方法により,従来,気相合
成法により得られたダイヤモンド膜を加工工具へ応用す
ることについての諸問題を解決することが出来る。
Further, because of the composite structure in which the brazing material penetrates between the fine particles, the residual compressive stress applied to the film is reduced and damage to the cutting edge is reduced. Due to the above effects, an ideal machining tool using a vapor-phase synthetic diamond film can be obtained. By the above method, it is possible to solve various problems in applying a diamond film obtained by a vapor phase synthesis method to a processing tool.

【0032】また,上記ダイヤモンド膜状体の用途に関
して,これを利用する相手材としては,切削工具の刃先
への接着がある。工具の基材としては,超硬合金,工具
鋼,セラミックスなどがある。上記切削工具としては,
例えば軽合金の切削,プラスチック,グラファイト等の
切削加工に用いるスロアーウェイチップ,ドリル,エン
ドミル,ルーターなどがある。また,電子部品にリード
ワイヤーを高速接合するためのボンディングツール,プ
リンタヘッド,ダイス,ガイドローラ,精密回転機器の
軸受もある。
Further, regarding the use of the diamond film-like material, as a mating material utilizing this, there is adhesion to the cutting edge of the cutting tool. Base materials for tools include cemented carbide, tool steel, and ceramics. As the above cutting tool,
For example, there are throwaway tips, drills, end mills, routers, etc. used for cutting light alloys, cutting plastics, graphite, etc. There are also bonding tools, printer heads, dies, guide rollers, and bearings for precision rotating equipment for high-speed bonding of lead wires to electronic components.

【0033】また,オーディオ機器のスピーカー等の振
動板,電子部品,砥石などもある。また,エンジンのロ
ッカーアーム,バルブシフターシムなどの耐摩耗性を必
要とする動弁系自動車部品もある。これらの利用先に
は,上記ダイヤモンド膜状体を所望形状に切出し加工し
て,上記ろう材層を介して相手材に接着する。接着に当
たっては,ろう材層を加熱溶融させる。
There are also diaphragms such as speakers for audio equipment, electronic parts, and grindstones. There are also valve operating system automotive parts that require wear resistance, such as engine rocker arms and valve shifter shims. At these destinations, the diamond film-like body is cut into a desired shape and bonded to the mating material through the brazing material layer. Upon bonding, the brazing material layer is heated and melted.

【0034】[0034]

【作用及び効果】本発明のダイヤモンド膜は棒状粒子が
縦方向に並んだ構造を持ち,その多結晶を構成するダイ
ヤモンド粒子の粒間は,その接合強度が小さい。そのた
め,比較的小さい曲げ力によっても粒子間の接合は破壊
される。しかし,本発明のダイヤモンド膜状体において
は,ダイヤモンド膜の一方の面に上記活性金属を含むろ
う材層を接合しているため,各粒子はそれぞれろう材層
の表面に化学的に強固に接合されている。
FUNCTION AND EFFECT The diamond film of the present invention has a structure in which rod-shaped particles are lined up in the longitudinal direction, and the bonding strength is small between the diamond particles constituting the polycrystal. Therefore, the bond between particles is destroyed even by a relatively small bending force. However, in the diamond film-like body of the present invention, since the brazing material layer containing the active metal is bonded to one surface of the diamond film, each particle is chemically bonded firmly to the surface of the brazing material layer. Has been done.

【0035】特にろう材層が多結晶ダイヤモンド膜の析
出成長面に対して接合されている場合には,上記析出成
長面は,多結晶ダイヤモンド膜を上記析出方法において
形成した最表面である。そのため,析出成長面は微細な
凹凸表面を有している。それ故,ろう材層とダイヤモン
ド膜とは,物理的に強固に接合されている。
Particularly, when the brazing material layer is bonded to the deposition growth surface of the polycrystalline diamond film, the deposition growth surface is the outermost surface of the polycrystalline diamond film formed by the deposition method. Therefore, the precipitation growth surface has a fine uneven surface. Therefore, the brazing material layer and the diamond film are physically strongly bonded.

【0036】また,本発明においては,ダイヤモンドの
粒子間の接合が破壊されても,ダイヤモンド膜自体はそ
のまま残存している。換言すれば,本発明のダイヤモン
ド膜状体は可撓性を有している。そのため,ダイヤモン
ド膜状体の切出し加工,曲げ加工を施すことができる。
上記の切出し加工は,ろう材層側から,カッターナイフ
等により,容易に切断することができる。このとき,ダ
イヤモンド膜側の切断面はダイヤモンド粒子の単位で破
断されるため,切断面の寸法精度は,析出した多結晶の
粒子の大きさと膜破壊時の曲げ応力とによって決まる。
Further, in the present invention, even if the bond between the diamond particles is broken, the diamond film itself remains as it is. In other words, the diamond film material of the present invention has flexibility. Therefore, the diamond film can be cut out and bent.
The above cutting process can be easily cut from the brazing material layer side with a cutter knife or the like. At this time, since the cut surface on the diamond film side is broken in units of diamond particles, the dimensional accuracy of the cut surface is determined by the size of the precipitated polycrystalline particles and the bending stress at the time of film breakage.

【0037】このように,本発明のダイヤモンド膜状体
は,ダイヤモンド膜を強固に結合し,かつ可撓性を有す
るため,ハンドリング性にも優れている。また,切り出
したダイヤモンド膜状体は,上記可撓性を有するため,
平面状の他,二次元曲面,三次元曲面など任意の形状
に,軽いプレス成形等により,容易に成形できる。ま
た,そのため,種々の表面形状の任意の相手材に容易に
接着することができる。
As described above, the diamond film-like body of the present invention is excellent in handleability because it firmly bonds the diamond films and has flexibility. In addition, the cut diamond film has the above flexibility,
In addition to a flat surface, it can be easily molded into any shape such as a two-dimensional curved surface or a three-dimensional curved surface by light press molding. Therefore, it can be easily adhered to any mating member having various surface shapes.

【0038】例えば,L字状等の屈折相手材の内側面
に,CVD法により,直接にダイヤモンド膜を形成する
ことは,CVD法実施時のガス流れ,相手材の冷却等に
問題が多いが,本発明の場合には,上記内側面へのダイ
ヤモンド膜の形成は容易である。また,上記可撓性を有
するため,ダイヤモンド膜の析出形成,更には,該ダイ
ヤモンド膜へのろう材層の接合は,最も効率の良い平面
状態で行うことができる。そのため,その製造コストも
安価である。
For example, directly forming a diamond film on the inner surface of an L-shaped refraction mating material by the CVD method has many problems in the gas flow and the cooling of the mating material during the CVD method. In the case of the present invention, it is easy to form the diamond film on the inner surface. Further, because of the flexibility, the deposition of the diamond film and the joining of the brazing material layer to the diamond film can be performed in the most efficient plane state. Therefore, its manufacturing cost is also low.

【0039】また,ダイヤモンド膜が,上記のごとく粒
子間で破壊されても,相手材にろう付けする際に,ろう
材層が粒子間のクラックに浸透し,粒子間を強固に接合
する。そのため,相手材に取付けた後も,ダイヤモンド
膜の多結晶粒は,脱落しない。また,前記従来例に示し
たごとく,鋼材へのダイヤモンド膜の形成は,困難であ
ったが,本発明によれば,容易に形成することができ
る。また,上記第1および第2製造法によれば,上記の
ごとき優れた性質を有する,ダイヤモンド膜状体を製造
することができる。
Even if the diamond film is broken between particles as described above, when brazing to the mating material, the brazing material layer penetrates into the cracks between the particles and firmly bonds the particles. Therefore, even after being attached to the mating material, the polycrystalline grains of the diamond film do not fall off. Further, as shown in the conventional example, it was difficult to form a diamond film on a steel material, but according to the present invention, it can be easily formed. Further, according to the first and second manufacturing methods, it is possible to manufacture the diamond film-like body having the excellent properties as described above.

【0040】次に,上記ダイヤモンド被覆体の製造法の
作用効果につき説明する。この場合には,ろう付け工程
を行なうことにより,個々のダイヤモンド膜状体の微細
粒子が強固に結合された結果,従来問題であった組織破
壊あるいは柱状粒子の座屈による破壊が極端に改善さ
れ,耐摩耗性が更に向上する。そのため,例えば,アル
ミニウム系合金の切削加工時における,高速送りに対す
る,刃先の破壊が大幅に改善できる。
Next, the function and effect of the method for manufacturing the above diamond coating will be described. In this case, as a result of the brazing process, the fine particles of the individual diamond film-like bodies are firmly bonded, and as a result, the conventional problems such as tissue destruction or fracture due to buckling of columnar particles are significantly improved. , Wear resistance is further improved. Therefore, for example, during cutting of an aluminum alloy, breakage of the cutting edge due to high-speed feed can be greatly improved.

【0041】また,ろう材が微細粒子の間に浸入するこ
とにより,ダイヤモンド膜は複合体組織となりその結果
ダイヤモンド膜自体の平均熱膨張率がやや大きくなり,
またヤング率も小さくなり,熱応力が緩和される。さら
に,靱性も向上する。このために密着力も大きく改善さ
れる。
Further, when the brazing material penetrates between the fine particles, the diamond film becomes a composite structure, and as a result, the average coefficient of thermal expansion of the diamond film itself becomes slightly large,
In addition, Young's modulus is also reduced and thermal stress is relieved. Furthermore, toughness is also improved. For this reason, the adhesion is greatly improved.

【0042】更に,チタンなどの活性金属を含むろう材
を用いると,チタンが先に微細粒子の粒界に浸入し,自
動的にダイヤモンド粒子の表面をメタライズするのと同
じ効果を示す。従ってダイヤモンド砥石などを作成する
際に行なう事前の,ダイヤモンド粒子表面のメタライズ
処理は不要となる。また,このダイヤモンド被覆方法に
よれば,上記のごとき優れた性質を有するダイヤモンド
被覆体を得ることができる。
Furthermore, when a brazing material containing an active metal such as titanium is used, titanium has the same effect as that the titanium first penetrates into the grain boundaries of the fine particles and automatically metallizes the surface of the diamond particles. Therefore, it is not necessary to perform the metallizing treatment on the surface of the diamond particles before the diamond grindstone is produced. Further, according to this diamond coating method, it is possible to obtain a diamond coated body having the above-mentioned excellent properties.

【0043】以上のごとく,本発明によれば,所望形状
への切出し加工,変形が容易であると共に,ハンドリン
グ性にも優れ,かつ三次元曲面等への接着性,更にはダ
イヤモンド膜の靱性,耐摩耗性にも優れた,ダイヤモン
ド膜状体,その製造方法およびダイヤモンド被覆体の製
造方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is easy to cut out into a desired shape and deform it, and it is excellent in handleability, adhesiveness to a three-dimensional curved surface, and toughness of a diamond film. It is possible to provide a diamond film-like body having excellent wear resistance, a method for producing the same, and a method for producing a diamond-coated body.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

実施例1 本発明の実施例にかかるダイヤモンド膜状体及びその製
造方法(第1製造法)につき,図1〜図3を用いて説明
する。まず,図2(A),(B)に示すごとく,本例の
ダイヤモンド膜状体10は,多結晶のダイヤモンド膜1
と,該ダイヤモンド膜1の析出成長面11に対して接合
したろう材層2とよりなり,かつろう材層2はろう材と
チタン等の活性金属とよりなる。
Example 1 A diamond film-like body according to an example of the present invention and a method of manufacturing the same (first manufacturing method) will be described with reference to FIGS. 1 to 3. First, as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the diamond film-shaped body 10 of this example is composed of the polycrystalline diamond film 1
And a brazing material layer 2 bonded to the deposition growth surface 11 of the diamond film 1, and the brazing material layer 2 is composed of a brazing material and an active metal such as titanium.

【0045】また,上記ダイヤモンド膜状体10を製造
するに当たっては,まず図1(A)に示すごとく,シリ
コン等の基板3の上に高周波プラズマCVD法等により
ダイヤモンド膜1を析出形成して,中間体31を作る
(膜形成工程)。次に,図1(B)に示すごとく,上記
中間体31におけるダイヤモンド膜1の析出成長面11
の上に上記ろう材層2を積層して積層物32を作製する
(積層工程)。
In producing the diamond film body 10, first, as shown in FIG. 1A, a diamond film 1 is deposited and formed on a substrate 3 made of silicon or the like by a high frequency plasma CVD method or the like. The intermediate body 31 is made (film forming step). Next, as shown in FIG. 1B, the deposition growth surface 11 of the diamond film 1 in the intermediate body 31 is
The brazing material layer 2 is laminated on the above to form a laminate 32 (lamination step).

【0046】次に,図1(C)に示すごとく,積層物3
2を加熱炉に入れると共に積層物32の上に鋼材等の荷
重物4を載置する。そして,加熱炉内を真空状態にし
て,加熱する。この加熱温度及び時間は,ろう材層2が
ダイヤモンド膜1の析出成長面11に接合される条件で
行う。次に,図2(A)に示すごとく,基板3とダイヤ
モンド膜1とろう材層2とが接合された接合体を加熱炉
より取り出し,ダイヤモンド膜1より基板3を除去す
る。これにより,同図に示すごとく,上記ダイヤモンド
膜状体10が得られる。
Next, as shown in FIG. 1C, the laminate 3
2 is put in a heating furnace, and a load 4 such as a steel material is placed on the laminate 32. Then, the heating furnace is evacuated and heated. The heating temperature and time are set under the condition that the brazing material layer 2 is bonded to the precipitation growth surface 11 of the diamond film 1. Next, as shown in FIG. 2A, the joined body in which the substrate 3, the diamond film 1 and the brazing material layer 2 are joined is taken out from the heating furnace, and the substrate 3 is removed from the diamond film 1. As a result, the diamond film body 10 is obtained as shown in the figure.

【0047】次に,このダイヤモンド膜状体10を切削
バイト等の相手材5(図3)に接着するに当たり,まず
図2(B)に示すごとく,ろう材層2の側より,ナイフ
により,必要な大きさ,形状にダイヤモンド膜状体10
を切断する。その後,図2(C)に示すごとく,相手材
5の表面形状に沿って,円弧状にプレスにより成形す
る。次いで,図3に示すごとく,相手材5の表面にろう
材層2が対面するようにダイヤモンド膜状体10を載置
し,更にその上に,相手材の表面に沿った押圧面61を
有する荷重体6を載置する。その後,これらを真空中又
は不活性ガス中で加熱する。そして,上記ろう材層2が
相手材5に溶着される。
Next, in adhering this diamond film body 10 to a mating material 5 (FIG. 3) such as a cutting tool, first, as shown in FIG. 2 (B), from the brazing material layer 2 side, with a knife, Diamond film 10 with required size and shape
Disconnect. After that, as shown in FIG. 2C, it is formed into a circular arc shape along the surface shape of the mating member 5 by pressing. Then, as shown in FIG. 3, the diamond film 10 is placed on the surface of the mating material 5 so that the brazing material layer 2 faces it, and on top of that, there is a pressing surface 61 along the surface of the mating material. The load body 6 is placed. After that, these are heated in vacuum or in an inert gas. Then, the brazing material layer 2 is welded to the mating material 5.

【0048】これにより,図3(B)に示すごとく,相
手材5の表面形状に沿って,ダイヤモンド膜状体10を
接着することができる。本例によれば,ダイヤモンド膜
状体10は可撓性を有し,かつダイヤモンド膜1はろう
材層によって強固に接合されているので,所望形状への
切出し加工,変形が容易であると共に,ハンドリング性
にも優れている。また,そのため,三次元曲面等への接
着性にも優れている。
As a result, as shown in FIG. 3B, the diamond film body 10 can be bonded along the surface shape of the mating material 5. According to this example, since the diamond film body 10 has flexibility and the diamond film 1 is firmly bonded by the brazing material layer, it is easy to cut out into a desired shape and deform it. It is also easy to handle. Therefore, it is also excellent in adhesion to three-dimensional curved surfaces.

【0049】実施例2 シリコン基板に,多結晶のダイヤモンド膜を析出形成
し,該ダイヤモンド膜の析出成長面側に箔状のろう材層
を積層し,真空中で加熱して,ダイヤモンド膜状体を作
製した。以下,その具体例を示す。
Example 2 A polycrystalline diamond film was deposited and formed on a silicon substrate, a foil-shaped brazing material layer was laminated on the deposition growth surface side of the diamond film, and heated in vacuum to form a diamond film-shaped body. Was produced. The specific examples are shown below.

【0050】50×50×1mmの鏡面加工した単結晶
のシリコン基板に,ダイヤモンド粉により傷付け処理を
施した後,高周波誘導熱プラズマ装置により30μm厚
の多結晶ダイヤモンド膜を析出させた。この際の析出条
件は,高周波出力が25kW,シースガスがAr;85
SLMとH2 ;20SLMとCH4 ;1SLM,プラズ
マガスがAr;2SLM,チャンバー内圧力が150T
orr,基板温度が950℃であった。
A 50 × 50 × 1 mm mirror-finished single crystal silicon substrate was scratched with diamond powder, and then a 30 μm thick polycrystalline diamond film was deposited by a high frequency induction thermal plasma device. The deposition conditions at this time were as follows: high-frequency output of 25 kW, sheath gas of Ar; 85
SLM and H 2 ; 20 SLM and CH 4 ; 1 SLM, plasma gas is Ar; 2 SLM, chamber pressure is 150T
The orr and the substrate temperature were 950 ° C.

【0051】上記シリコン基板上に析出させたダイヤモ
ンド膜の析出成長面側に,50×50mmのWESGO
社製の箔状ろう材層(Ag;59%−In;12.5%
−Cu;27.25%−Ti;1.25%,膜厚20μ
m)を積層した。次に,ろう材層の上に,実施例1の図
1(C)に示したごとく,平滑に研磨仕上げした耐熱鋼
片(φ75×15t)を載せ,真空炉の中にセットし
た。
A 50 × 50 mm WESGO film is formed on the deposition growth surface side of the diamond film deposited on the silicon substrate.
Foil-like brazing material layer (Ag; 59% -In; 12.5%)
-Cu; 27.25% -Ti; 1.25%, film thickness 20μ
m) were laminated. Next, as shown in FIG. 1C of Example 1, a heat-resistant steel piece (φ75 × 15t) that had been polished to a smooth finish was placed on the brazing material layer and set in a vacuum furnace.

【0052】次に,真空炉内を,1×10-5Torrの
真空に引き,最高680℃,10分の加熱を行った。冷
却後,これを取り出したところ,ろう材層はダイヤモン
ド膜側とは強固に接合されていたが,耐熱鋼側には非常
に弱い接合をしているのみであった。また,これらを約
400℃に再加熱したあと,水中に投入して急冷した。
その結果,上記耐熱鋼板はダイヤモンド膜から容易に剥
離した。
Next, the inside of the vacuum furnace was evacuated to a vacuum of 1 × 10 -5 Torr and heated at a maximum temperature of 680 ° C. for 10 minutes. After cooling, when this was taken out, the brazing filler metal layer was firmly bonded to the diamond film side, but only a very weak bond to the heat resistant steel side. Also, after reheating them to about 400 ° C, they were put into water and rapidly cooled.
As a result, the heat resistant steel plate was easily peeled off from the diamond film.

【0053】一方,上記シリコン基板は,大部分を研磨
除去し,残りをフッ酸で溶解除去した。これにより,上
記ダイヤモンド膜の析出成長面上にろう材層を一体形成
したダイヤモンド膜状体を得た。該ダイヤモンド膜状体
は可撓性に富み,ろう材層側からカッターナイフなどで
目的形状に傷をつけた。その後,ダイヤモンド膜状体を
引張ると容易に切出しが可能であった。
On the other hand, most of the silicon substrate was polished and removed, and the rest was dissolved and removed with hydrofluoric acid. As a result, a diamond film-like body was obtained in which a brazing material layer was integrally formed on the deposition growth surface of the diamond film. The diamond film was highly flexible, and the target shape was scratched with a cutter knife or the like from the brazing material layer side. After that, it was possible to easily cut out by pulling the diamond film.

【0054】また,該ダイヤモンド膜状体は可撓性に富
み,曲げることも可能であった。これは,多結晶ダイヤ
モンド膜を構成する粒子が縦方向に配列した柱状の構造
を持つために,ダイヤモンド粒子間で容易に破壊が起こ
るためである。しかし,このように破壊が起こっても,
一個一個の粒子は一端をろう材層に強固に化学的に接合
されているために剥離脱落することは無かった。
The diamond film was highly flexible and could be bent. This is because the grains that make up the polycrystalline diamond film have a columnar structure in which they are arranged in the vertical direction, so that fracture easily occurs between the diamond grains. However, even if such destruction occurs,
Since each of the particles has one end strongly chemically bonded to the brazing material layer, it did not peel off.

【0055】実施例3 本例においては,予めモリブデン基板に多結晶ダイヤモ
ンド膜を析出形成し,このダイヤモンド膜を剥離して自
立膜を作製した。そして,この自立膜の析出成長面に,
活性金属としてのチタンを析出させ,更にその上に活性
金属を含まないろう材を積層した。そして,真空炉中で
加熱し,実施例1の図2(A)で示したごとき,ダイヤ
モンド膜状体を作製した。以下,これを詳説する。
Example 3 In this example, a polycrystalline diamond film was formed by deposition on a molybdenum substrate in advance, and the diamond film was peeled off to form a free-standing film. And, on the surface of precipitation growth of this self-supporting film,
Titanium as an active metal was deposited, and a brazing material containing no active metal was further laminated thereon. Then, it was heated in a vacuum furnace to produce a diamond film-shaped body as shown in FIG. This will be described in detail below.

【0056】即ち,まず30mmφ×5mmtのモリブ
テン基板の1面を鏡面研磨しておき,ダイヤモンド砥粒
で傷つけ処理を施した後,この上に実施例1と同様に高
周波誘導熱プラズマ法により多結晶のダイヤモンド膜を
30μmの厚さに析出させた。この基板に析出させたダ
イヤモンド膜は容易に剥離し,多結晶ダイヤモンド膜の
自立膜として得られた。次に,該ダイヤモンド自立膜の
析出成長面側にチタンをマグネトロンスパッタリング装
置により0.1μmの厚さに析出させた。
That is, first, one surface of a 30 mmφ × 5 mmt molybdenum substrate was mirror-polished, and after being scratched with diamond abrasive grains, a polycrystal was formed thereon by the high frequency induction thermal plasma method in the same manner as in Example 1. Was deposited to a thickness of 30 μm. The diamond film deposited on this substrate was easily peeled off and obtained as a free-standing film of a polycrystalline diamond film. Next, titanium was deposited to a thickness of 0.1 μm on the deposition growth surface side of the diamond free-standing film by a magnetron sputtering device.

【0057】次に,上記チタン層の上に活性金属を含ま
ない通常の銀ろう(Cu;72%−Ag;28%)のろ
う材箔(厚さ20μm)を積層した。次いで,2枚の4
0mmφ厚さ15mmの荷重用の耐熱鋼の間に,上記積
層物を挟み,真空炉の中へセットし1×10-5Torr
の真空中で780℃で10分間加熱した。
Next, a brazing material foil (thickness: 20 μm) of ordinary silver solder (Cu; 72% -Ag; 28%) containing no active metal was laminated on the titanium layer. Then two 4
The above laminate is sandwiched between 0 mmφ and 15 mm thick heat-resistant steel for load, and set in a vacuum furnace at 1 × 10 −5 Torr.
In vacuum at 780 ° C. for 10 minutes.

【0058】冷却後,これを取り出したところ,ろう材
の箔はダイヤモンド自立膜に強固に付着しており,一方
ろう材箔の上面の耐熱鋼側には付着していなかった。こ
れにより,多結晶のダイヤモンド膜とその析出成長面側
にチタンを介して接合されたろう材とよりなる。ダイヤ
モンド膜状体が得られた。このダイヤモンド膜状体はダ
イヤモンドの面を外側にして,球面状に反り返り易いも
のであった。
After cooling, when taken out, the brazing material foil was firmly attached to the diamond free-standing film, while the brazing material foil was not attached to the heat-resistant steel side of the upper surface of the brazing material foil. As a result, it is composed of a polycrystalline diamond film and a brazing filler metal joined to its precipitation growth surface side via titanium. A diamond film was obtained. This diamond film-like body was apt to warp into a spherical shape with the diamond surface facing outward.

【0059】なお,比較のため,耐熱鋼の上に予めチタ
ン膜を蒸着したダイヤモンド膜を置き,その上に銀ろう
箔をおき,その上に置く耐熱鋼の荷重を掛けずに,上記
と同様の加熱を行った。その結果,銀ろうはダイヤモン
ド膜に強固に付着しているが,ダイヤモンド膜を外側に
して巻紙状にまるまってしまい,余り好ましいものは得
られない。
For comparison, a diamond film having a titanium film vapor-deposited thereon was placed on heat-resistant steel, a silver brazing foil was placed on the diamond film, and the load of the heat-resistant steel placed thereon was not applied. Was heated. As a result, the silver solder adheres strongly to the diamond film, but the diamond film is rolled up into a wrapping paper with the diamond film on the outside, and a less preferable product cannot be obtained.

【0060】しかし,巻紙状に巻いた結果,新たに重な
りあったダイヤモンド膜とろう材層の接触部分は接合さ
れていなかった。このことは,ダイヤモンド膜に銀ろう
が密着した後,冷却時において固化したろう材層とダイ
ヤモンド膜とが,その熱膨張の差によって,巻かれたも
のと考えられる。
However, as a result of winding in a wrapping paper shape, the newly overlapped contact portion between the diamond film and the brazing material layer was not joined. This is considered to be because the brazing filler metal layer solidified during cooling and the diamond film were wound due to the difference in thermal expansion after the silver brazing material was brought into close contact with the diamond film.

【0061】実施例4 上記実施例3で作製したダイヤモンド膜状体を用い,こ
れを,自動車のエンジンのロッカーアームのパッド面に
接着した(図2〜図3参照)。上記ロッカーアームは,
鋳鋼性であり,鋳鋼は炭素の含有量が多いため,ろう付
けが困難である。したがってダイヤモンド膜状体の接着
に先立って,ロッカーアームを大気中,600℃で2時
間加熱し,脱炭素処理を施した。その後,上記パッド面
の接着面を再研磨したものを被覆基材とした。
Example 4 The diamond film-like body produced in Example 3 was used and adhered to the pad surface of a rocker arm of an automobile engine (see FIGS. 2 to 3). The rocker arm is
It is cast steel, and brazing is difficult because cast steel has a high carbon content. Therefore, prior to the adhesion of the diamond film, the rocker arm was heated in the atmosphere at 600 ° C. for 2 hours to perform decarbonization treatment. After that, the adhered surface of the pad surface was re-polished and used as a coating substrate.

【0062】一方,実施例3で得られた厚さ17μmの
ダイヤモンド膜からなるダイヤモンド膜状体から12×
15mm角のダイヤモンド膜状体を切出した。そして,
ダイヤモンド膜状体のろう材層側をロッカーアームのバ
ッド面に向けて重ね,さらにその上から該バッド面と逆
形状の曲率を持ち,アルミナを蒸着した耐熱鋼を重ね,
さらにその上から耐熱鋼の荷重を重ね,これらを真空炉
内にセットした。
On the other hand, 12 × from the diamond film-like body composed of the diamond film having a thickness of 17 μm obtained in Example 3
A 15 mm square diamond film was cut out. And
The brazing filler metal layer side of the diamond film is laminated toward the pad surface of the rocker arm, and the heat-resistant steel with vapor deposition of alumina, which has a curvature of the shape opposite to that of the pad surface, is overlaid on it.
The heat-resistant steel load was further piled up on top of this, and these were set in a vacuum furnace.

【0063】次いで,1×10-5の真空に引きながら,
810℃で10分間加熱し,ろう付けを行った。これに
より,三次元曲面のパッド面に,ダイヤモンド膜状体を
容易に接着することができた。また,上記ダイヤモンド
膜状体は,表面に凹凸を有する析出成長面側をろう付け
面にしており,ロッカーアームの表面に出ているダイヤ
モンド膜側は鏡面研磨された析出基板の表面形状を有し
ており,非常に平滑である。
Then, while drawing a vacuum of 1 × 10 -5 ,
Brazing was performed by heating at 810 ° C. for 10 minutes. As a result, the diamond film-like body could be easily bonded to the three-dimensional curved pad surface. In addition, the above-mentioned diamond film-like body has a brazing surface on the side of the deposition growth surface having irregularities on the surface, and the diamond film side exposed on the surface of the rocker arm has the surface shape of the mirror-polished deposition substrate. It is very smooth.

【0064】CVD法によるダイヤモンド膜の構成粒子
の大きさは最大5〜10μm程度であり,基板に接触し
ていた側はさらに微細な粒子よりなる。本実施例におい
ては,ダイヤモンド膜を凸状の外にしてろう付けしてい
るため,パッド面の曲率に応じてダイヤモンド膜の粒間
にクラックが入り,上記曲率に対応する面が形成され
る。このため,ろう付け時に印加する荷重は,多結晶の
ダイヤモンド膜を上記曲率に応じて,破壊するのに充分
な荷重をかける必要がある。
The size of the constituent particles of the diamond film formed by the CVD method is about 5 to 10 μm at maximum, and the side in contact with the substrate is composed of finer particles. In this embodiment, since the diamond film is brazed outside the convex shape, cracks are formed between the grains of the diamond film according to the curvature of the pad surface, and a surface corresponding to the curvature is formed. For this reason, the load applied during brazing needs to be sufficient to break the polycrystalline diamond film according to the curvature.

【0065】ろう付け後のダイヤモンド膜側は,曲げら
れた方向に沿って多数のクラックが発生するが,このク
ラックにはチタンを非常に多く含有する銀ろうが拡散し
て粒子の間隙をうめている。そのため,ダイヤモンド粒
子はろう材層に,強固に接合しており,1個1個の粒子
が剥離脱落することは無かった。また,上記のごとく,
ダイヤモンド膜状体を接着したロッカーアームは,ダイ
ヤモンド砥石で仕上げ加工し,これをエンジンに取付け
てテストしたところ,充分な耐久性を示した。
On the diamond film side after brazing, a large number of cracks are generated along the bending direction, and silver braze containing a large amount of titanium diffuses into these cracks and fills the gaps between the particles. There is. Therefore, the diamond particles were firmly bonded to the brazing material layer, and individual particles did not peel off. Also, as mentioned above,
The rocker arm to which the diamond film was bonded was finished with a diamond grindstone, and when mounted on an engine and tested, it showed sufficient durability.

【0066】実施例5 上記実施例3において作製したダイヤモンド膜状体を用
い,これを加工用バイトの刃先に接合した(図2,図3
参照)。即ち,まず切削加工時における切削粉の逃げ面
を考慮した凹面形状を持つ加工用バイトを準備した。次
に,この加工用バイトの刃先へダイヤモンド膜状体を接
着することを想定して,10×10×5mmの超硬合金
ブロックに対して,その10×5mmの面に,半径3m
m,深さ2mmの溝を,5mmの辺方向に沿って設け
た。
Example 5 The diamond film-like material produced in the above-mentioned Example 3 was used and joined to the cutting edge of the cutting tool (FIGS. 2 and 3).
reference). That is, first, we prepared a cutting tool with a concave shape that takes into consideration the flanks of cutting powder during cutting. Next, assuming that the diamond film-like body is bonded to the cutting edge of this cutting tool, for a cemented carbide block of 10 × 10 × 5 mm, the surface of 10 × 5 mm has a radius of 3 m.
A groove having a depth of m and a depth of 2 mm was provided along the side direction of 5 mm.

【0067】そして,この溝の内面に,実施例3におい
て作製した,合計厚み20μmのダイヤモンド膜を接着
した。上記接着に当たっては,ダイヤモンド膜状体は,
複合膜被覆面より大きい目に切出し,ろう材面を溝面に
添うように当てた。また,背後のダイヤモンド膜側か
ら,結晶アルミナの丸棒を押し当て,ダイヤモンド膜状
体を溝形状に合うように変形させた。
Then, the diamond film having a total thickness of 20 μm produced in Example 3 was adhered to the inner surface of the groove. At the time of adhesion, the diamond film is
It was cut out to a larger size than the composite film coated surface and the brazing material surface was applied along the groove surface. In addition, a round bar of crystalline alumina was pressed from the diamond film side behind and the diamond film was deformed so as to fit the groove shape.

【0068】この際,ピチピチと言う破壊音がしたが,
ダイヤモンド膜状体は剥離すること無く変形した。この
場合,ダイヤモンド膜に圧縮応力が働き,ろう材層に引
張り応力が働く。従ってこの際の変形はろう材層が塑性
変形して伸び,ダイヤモンド膜においてろう材層に接す
る部分のダイヤモンドの粒間が開くと考えられる。
At this time, there was a crackling sound,
The diamond film was deformed without peeling. In this case, compressive stress acts on the diamond film and tensile stress acts on the brazing material layer. Therefore, it is considered that the deformation at this time causes the brazing filler metal layer to be plastically deformed and expand, and the inter-diamond grains of the diamond film in the portion in contact with the brazing filler metal layer open.

【0069】次に,上記溝形状に変形させた状態におい
て,このまま超硬合金を下部に置き,ダイヤモンド膜状
体を押しつけたアルミナ棒を載せたまま,アルミナ棒の
上に約300gの荷重をかけた状態で,これらを真空炉
内にセットした。そして,実施例4と同様に1×10-5
Torrの真空中で810℃,10分間加熱してろう付
けした。
Next, in the state of being deformed into the above-mentioned groove shape, the cemented carbide is placed on the lower part as it is, and a load of about 300 g is applied on the alumina rod with the alumina rod pressed against the diamond film-like body. Then, these were set in a vacuum furnace. Then, as in Example 4, 1 × 10 −5
Brazing was performed by heating in a Torr vacuum at 810 ° C. for 10 minutes.

【0070】その後,これらを冷却し,真空炉より取り
出した。得られた加工用バイトのダイヤモンド膜状体の
表面は,上記アルミナ棒の形状に合ったきれいな面を有
していた。また,ここにダイヤモンドのヌープ圧子を押
しつけてもその部分が凹むだけで,ダイヤモンド膜が剥
離することはなかった。この結果からチタンを多く含む
銀ろうが,接着面側におけるダイヤモンド膜の粒間に入
ったクラックの間隙を埋め,強固な接合膜を形成してい
るものと考えられる。
Then, these were cooled and taken out from the vacuum furnace. The surface of the diamond film of the obtained cutting tool had a clean surface that matched the shape of the alumina rod. Moreover, even if the diamond Knoop indenter was pressed here, only that part was recessed, and the diamond film was not peeled off. From these results, it is considered that the silver braze containing a large amount of titanium fills the gaps between the cracks in the diamond film on the bonding surface side and forms a strong bonding film.

【0071】また,ダイヤモンド膜は,横方向,即ち,
成長方向に直角な面方向における強度は期待できない。
従って,相手材に接着する場合には,多くのクラックを
発生する。しかし,そのクラックには,ダイヤモンド膜
に強固に化学結合しているチタンを多く含むろう材層が
浸入するため,より強固な接合ができる。本例によれ
ば,切削粉の逃げ面を設けた加工用のバイトの刃先に,
同じ曲面を持つダイヤモンド膜の形成が可能であること
が確認された。
Further, the diamond film is laterally, that is,
The strength in the plane direction perpendicular to the growth direction cannot be expected.
Therefore, when it adheres to the mating material, many cracks occur. However, since the brazing material layer containing a large amount of titanium, which is chemically bonded to the diamond film, penetrates into the crack, a stronger bond can be obtained. According to this example, the cutting edge of the cutting tool provided with the flank of cutting powder,
It was confirmed that it is possible to form a diamond film having the same curved surface.

【0072】実施例6 第2製造法を用いたダイヤモンド膜状体の製造,及び該
ダイヤモンド膜状体を装着した工具につき,図4〜図8
を用いて説明する。本例の製造法においては,図4に示
すごとく,多結晶のダイヤモンド膜71とその一方の面
に対して接合したチタン等の活性金属を含有するろう材
層72とからなるダイヤモンド膜状体70を準備する。
次いで,図5に示すごとく,上記ダイヤモンド膜状体7
0をそのダイヤモンド膜71が外側に湾曲するように加
工し,ダイヤモンド膜71を微細粒子に破壊する膜破壊
工程を行なう。
Example 6 Production of a diamond film body using the second production method and a tool equipped with the diamond film body are described with reference to FIGS.
Will be explained. In the manufacturing method of this example, as shown in FIG. 4, a diamond film-like body 70 composed of a polycrystalline diamond film 71 and a brazing material layer 72 containing an active metal such as titanium bonded to one surface thereof. To prepare.
Then, as shown in FIG.
0 is processed so that the diamond film 71 is curved outward, and a film destruction step of destroying the diamond film 71 into fine particles is performed.

【0073】その後,図7,図8に示すごとく,上記ダ
イヤモンド膜状体70から適当な大きさに切り出し,こ
れを装着しようとする工具の基材55の上に載せ,これ
らを真空中又は不活性雰囲気中で加熱し,上記ろう材層
72を溶融し,ろう付けする。この際溶融したろう材は
同時にダイヤモンド膜71の微細粒子の間に浸入する。
After that, as shown in FIGS. 7 and 8, the diamond film 70 is cut into an appropriate size and placed on a base material 55 of a tool to be mounted, and these are placed in a vacuum or under vacuum. The brazing material layer 72 is melted and brazed by heating in an active atmosphere. At this time, the molten brazing material simultaneously penetrates between the fine particles of the diamond film 71.

【0074】以下,これらにつき詳細に説明する。本例
に用いるダイヤモンド膜は自立膜を用いる方が好まし
い。従ってこの目的にかなうものとして,我々が開発し
た,平面火炎法で合成した膜を用いた。成膜条件はφ3
mmのメインノズルから,C2 2 (アセチレン)/H
2 (水素)/O2 (酸素)の流量比を1.03/0.5
0/1.00の割合に混合したガスを,47.8m/s
ecの速度で吹きだし,一方外周ノズルから4.0リッ
トル/minの水素を流しながら,これらを燃焼させて
いる前方淀み流平面火炎の中に,片側を水冷したφ15
mmのモリブデン丸棒を設置した。
These will be described in detail below. The diamond film used in this example is preferably a self-supporting film. Therefore, to meet this purpose, we used a membrane developed by the plane flame method that we developed. Film forming condition is φ3
mm main nozzle, C 2 H 2 (acetylene) / H
2 (hydrogen) / O 2 (oxygen) flow ratio of 1.03 / 0.5
The gas mixed in the ratio of 0 / 1.00 was 47.8 m / s.
At a speed of ec, while flowing 4.0 liters / min of hydrogen from the outer peripheral nozzle, one side was water-cooled into a forward stagnation plane flame that burned them φ15
A mm molybdenum round bar was installed.

【0075】この丸棒の一端は鏡面に研磨した後,ダイ
ヤモンド砥粒で傷付け処理を施してある。この面にダイ
ヤモンドを析出させた。この析出面の温度は放射温度計
で計測しながら900℃に保持し,120分間析出させ
た。この方法では成膜後基板を火炎から外すと,ダイヤ
モンド膜が自立膜として剥離して得られる。
One end of this round bar is mirror-polished and then scratched with diamond abrasive grains. Diamond was deposited on this surface. The temperature of the deposition surface was maintained at 900 ° C. while being measured with a radiation thermometer, and precipitation was performed for 120 minutes. In this method, the diamond film peels off as a self-supporting film when the substrate is removed from the flame after film formation.

【0076】得られたダイヤモンド膜は,φ15mm,
厚さ約80μmで,ややグレーがかった半透明膜であ
る。また,このダイヤモンド膜は,走査型電子顕微鏡
(SEM)で成長面を観察したところ,(111)面が
発達した結晶性の良好な5〜7μmの粒子からなる。以
降の実施例および比較例の試作は,全て上記と同じ条件
で合成したダイヤモンド膜を用いた。
The obtained diamond film has a diameter of 15 mm,
It is a semi-transparent film with a thickness of about 80 μm and a slight gray tint. When the growth surface is observed by a scanning electron microscope (SEM), this diamond film is composed of grains of 5 to 7 μm having a good (111) plane and good crystallinity. The diamond films synthesized under the same conditions as above were all used in the trial manufacture of the following Examples and Comparative Examples.

【0077】次に,ダイヤモンド膜状体を作製するた
め,図4に示すごとく,厚さ5mmの焼結アルミナ板8
11の上に,ろう材層72の板を載置し,更にその上に
上記自立膜のダイヤモンド膜71をその成長面側がろう
材層72に当接するように配置した。上記ろう材層72
は,GTE WESGO社製の活性ろう材INCUSI
L−ABA(59%Ag,12.5%In,27.25
%Cu,1.25%Ti)の20μmの板を,φ15m
mの円形に切り出したものである。
Next, as shown in FIG. 4, a sintered alumina plate 8 having a thickness of 5 mm was prepared to produce a diamond film.
A plate of a brazing material layer 72 was placed on 11, and the diamond film 71 of the self-supporting film was arranged thereon so that the growth surface side thereof abuts on the brazing material layer 72. The brazing material layer 72
Is an active brazing material INCUSI made by GTE WESGO.
L-ABA (59% Ag, 12.5% In, 27.25
% Cu, 1.25% Ti) 20μm plate, φ15m
It is cut out in a circle of m.

【0078】さらに,上記ダイヤモンド膜71の上に焼
結アルミナ板812(厚さ:1mm)を介在させ,その
上に,φ20mm,厚さ30mmのSUS304製の耐
熱鋼荷重片82を載せた。そして,このようにセットし
たものを,真空炉の中に入れた(図4)。
Further, a sintered alumina plate 812 (thickness: 1 mm) was interposed on the diamond film 71, and a heat-resistant steel load piece 82 made of SUS304 and having a diameter of 20 mm and a thickness of 30 mm was placed thereon. Then, the one thus set was placed in a vacuum furnace (Fig. 4).

【0079】次に,真空炉内を1×10-5Torrの真
空に引きながら,加熱し,最高670℃で10分間の加
熱を行なった。冷却後,これを取り出したところ,ろう
材層72が強固にダイヤモンド膜71と接合した2層構
造のダイヤモンド膜状体を70が得られた。該ダイヤモ
ンド膜状体70は取り出した時点で,熱膨張率の差によ
り巻紙状に巻き込もうとする傾向がある。しかし可撓性
に富み,強く曲げると,ダイヤモンド膜71には亀裂が
入るが,自由に曲げられる。多結晶のダイヤモンド膜7
1の個々の粒子の成長面側では,ろう材層72中のチタ
ンとチタンカーバイドを生成して強固に結合しているた
め,膜が剥脱することはない。
Next, the inside of the vacuum furnace was heated while being evacuated to a vacuum of 1 × 10 -5 Torr, and was heated at a maximum temperature of 670 ° C. for 10 minutes. After cooling, this was taken out, and a diamond film-like body 70 having a two-layer structure in which the brazing material layer 72 was firmly bonded to the diamond film 71 was obtained. When the diamond film-like body 70 is taken out, it tends to be wound into a wrapping paper due to the difference in coefficient of thermal expansion. However, the diamond film 71 is highly flexible, and if it is bent strongly, the diamond film 71 is cracked but can be bent freely. Polycrystalline diamond film 7
On the growth surface side of the individual particles of No. 1, titanium in the brazing material layer 72 and titanium carbide are generated and firmly bonded, so that the film does not peel off.

【0080】次に,このダイヤモンド膜状体70に膜破
壊工程を施すため,図5に模式的に示すような3本ロー
ル86にかけ,多結晶ダイヤモンド膜71を破壊した。
このロール86は,芯出ししたφ6mm×40mmLの
鋼材で出来ている。下側の一本のロール861だけが,
軸受けをネジで上下に移動可能なように構成してある。
そのため,この下側のロール861を上側のロール86
3の方へ上下動することで,ロール861とロール86
3との間のクリアランスが可変となる。また,この下側
のロール861にはハンドル862が装着されており,
これを手で回転させることでダイヤモンド膜状体70
が,ロール861と863の間へ巻き込まれるようにな
っている。
Next, in order to perform a film breaking process on the diamond film-like body 70, the polycrystalline diamond film 71 was broken by being applied to a three roll 86 as schematically shown in FIG.
The roll 86 is made of centered φ6 mm × 40 mmL steel material. Only the lower roll 861
The bearing can be moved up and down with a screw.
Therefore, this lower roll 861 is replaced by the upper roll 86
By moving up and down toward 3, roll 861 and roll 86
The clearance with the 3 becomes variable. A handle 862 is attached to the lower roll 861.
By rotating this by hand, the diamond film 70
Are to be rolled up between rolls 861 and 863.

【0081】また,ダイヤモンド膜状体70が小さい場
合には,同図に示すごとく,2枚の,厚さ0.3mmの
銅板84,84の間にダイヤモンド膜状体70を挟み込
み,銅板84を送り込むことによってダイヤモンド膜状
体70を湾曲させる。ダイヤモンド膜状体70は,ダイ
ヤモンド膜71側に引っ張り応力が働くように,即ち曲
げられる外側にダイヤモンド膜71が来るように挿入す
る。
When the diamond film 70 is small, the diamond film 70 is sandwiched between two copper plates 84 having a thickness of 0.3 mm as shown in FIG. The diamond film 70 is curved by being fed. The diamond film-like body 70 is inserted so that tensile stress acts on the diamond film 71 side, that is, the diamond film 71 comes outside to be bent.

【0082】ダイヤモンド膜71が厚い場合には,やや
大きめのクリアランスで一度通し,再度クリアランスを
狭めてロール掛けすると比較的ダイヤモンド粒子の欠損
が無く微細組織に分割できる。この走査は,ダイヤモン
ド膜状体70の縦方向と横方向に最低2回は行ない,出
来るだけ微細粒子に分割する。本実施例では縦方向,横
方向それぞれ3回ずつロール掛けを行なった。
When the diamond film 71 is thick, it can be divided into a fine structure with relatively few diamond particle defects by passing it once with a slightly larger clearance and then narrowing the clearance again and rolling. This scanning is performed at least twice in the vertical direction and the horizontal direction of the diamond film 70 to divide the diamond film 70 into fine particles as much as possible. In the present embodiment, rolling was performed three times in each of the vertical direction and the horizontal direction.

【0083】次に,ロール掛けしたダイヤモンド膜状体
70を,後述の図6に示すごとく,工具の基材55に装
着するため,該ダイヤモンド膜状体70のろう材側を,
一辺3mmの正3角形に,カッターナイフで切り出し,
工具用のダイヤモンド膜状体700とした(図6,図7
参照)。
Next, in order to mount the rolled diamond film-like body 70 on the base material 55 of the tool, as shown in FIG. 6 described later, the brazing filler metal side of the diamond film-like body 70 is
Cut into a regular triangle with a side of 3 mm with a cutter knife,
A diamond film 700 for a tool was prepared (Figs. 6 and 7).
reference).

【0084】一方,一辺の長さが15mmの正三角形
で,厚さ3mmのK種超硬合金(90%WC,10%C
o)を,図6,図7に示すごとく,スローアウェータイ
プ工具の基材55とした。この基材55の3つの隅部に
は,一辺3mmにわたって深さ80μmに削り込んだ,
切欠き部551を設けてある。この切欠部551に,一
辺3mmに切り出した上記ダイヤモンド膜状体700を
ろう付けした(図6,図7)。
On the other hand, a class K cemented carbide (90% WC, 10% C) having a regular side length of 15 mm and a thickness of 3 mm.
o) was used as the base material 55 of the throw-away type tool as shown in FIGS. The three corners of the base material 55 were carved to a depth of 80 μm over a side of 3 mm.
A cutout 551 is provided. The diamond film-shaped body 700 cut out to a side of 3 mm was brazed to the cutout portion 551 (FIGS. 6 and 7).

【0085】ろう付けの条件を以下に記す。即ち,図8
に示すごとく,厚さ5mmのMo(モリブデン)板(図
示略)上に両面を平行に研磨加工した厚さ7mmの焼結
アルミナ板810を置き,その上に工具基材55を置い
た。さらに,該工具基材55の3つの隅の切欠部551
の上に,上記ダイヤモンド膜状体700を,ろう材層7
2を付けた側が該工具基材55側に向くようにそれぞれ
設置した。
The brazing conditions are described below. That is, FIG.
As shown in FIG. 7, a 7 mm-thick sintered alumina plate 810 whose both surfaces were polished in parallel was placed on a 5 mm-thick Mo (molybdenum) plate (not shown), and the tool substrate 55 was placed thereon. Furthermore, the notch 551 at the three corners of the tool base 55
The diamond film 700 is placed on the brazing material layer 7
They were installed so that the side to which 2 was attached faces the tool base 55 side.

【0086】更に,この3枚のダイヤモンド膜状体70
0のそれぞれの上に,厚さ1mmの焼結アルミナ板81
5を乗せ,更にその上にφ30mm,厚さ20mmのS
US304製の荷重片82を乗せた。以上のセット物
を,真空炉内に水平に設置し,10-5Torr以上の真
空に保ちながら加熱した。最高720℃に10分間保持
した後,炉冷した。
Furthermore, these three diamond film-like bodies 70
0 on each of the sintered alumina plate 81 with a thickness of 1 mm
5 is placed on top of it, and on top of that, S with a diameter of 30 mm and a thickness of 20 mm
A load piece 82 made of US304 was placed. The above set was placed horizontally in a vacuum furnace and heated while maintaining a vacuum of 10 -5 Torr or more. The temperature was kept at a maximum of 720 ° C. for 10 minutes, and then the furnace was cooled.

【0087】以上のろう付け処理を施したものは,ダイ
ヤモンド膜71と超硬合金である工具基材55との接着
部外周部に,約0.3mmにわたってろう材層72が溶
出しており,ダイヤモンド膜71の構造が乱れること無
く強固にろう付けされていた。また,特に異なる点は,
ダイヤモンド膜71の表面が極端に黒変していることで
ある。この黒変物は,EPMAで分析したところ,チタ
ンカーバイド(TiC)であることが判明した。
In the product subjected to the above brazing treatment, the brazing material layer 72 is eluted over the outer peripheral portion of the bonding portion between the diamond film 71 and the tool base material 55 made of cemented carbide over about 0.3 mm, The diamond film 71 was firmly brazed without being disturbed. Also, the points that are particularly different are
That is, the surface of the diamond film 71 is extremely blackened. The black discoloration product was found to be titanium carbide (TiC) when analyzed by EPMA.

【0088】またある部分にはAg,Cuおよび,僅か
なInも観察され,ろう材自体も浸み出して来ている。
これは,ダイヤモンド膜71に多数の微細なクラックを
導入したため,このクラックからろう材中に含有してい
るTiが拡散浸出し,ダイヤモンド粒子の表面でTiC
を生成し,さらにその表面にろう材自体が浸み出してき
ているものと推察される。
Further, Ag, Cu and a small amount of In were also observed in a certain portion, and the brazing material itself was leaching out.
This is because many fine cracks were introduced into the diamond film 71, so that Ti contained in the brazing material was diffused and leached from the cracks, and TiC was formed on the surface of the diamond particles.
It is presumed that the brazing filler metal itself has leached onto the surface of the metal.

【0089】表面のTiCの層はその後の研磨加工時に
除去され,ダイヤモンド粒子が表面に出てくることから
僅かな表面層だけが反応していることが分かる。このよ
うに,本例におけるダイヤモンド膜のろう付けでは,微
細に破壊した個々の微細粒子が,それぞれろう材層の一
部で固められて強固に接合されていることに特徴があ
る。
The TiC layer on the surface was removed during the subsequent polishing process, and diamond particles appeared on the surface, indicating that only a small amount of the surface layer was reacting. As described above, the brazing of the diamond film in this example is characterized in that the finely broken individual fine particles are solidified and firmly joined by a part of the brazing material layer.

【0090】また,ラマン分光のピーク位置が,残留圧
縮応力のために,自立膜の1332cm-1から1335
cm-1にシフトしている。この値は,後述の比較例で示
す析出膜そのものをろう付けした場合に,1338cm
-1へシフトするのに対してかなり小さくなっており,個
々の微細粒子の間隙にろう材が浸透してきた構造を取っ
ているため,応力が緩和されているものと考えられる。
Further, the peak position of Raman spectroscopy is 1332 cm -1 to 1335 of the free-standing film due to residual compressive stress.
It has shifted to cm -1 . This value is 1338 cm when the deposited film itself shown in the comparative example described later is brazed.
It shifts to -1 and is much smaller, and it is thought that the stress is relaxed because the brazing filler metal has penetrated into the spaces between the individual fine particles.

【0091】次に,上記ダイヤモンド膜状体700をろ
う付けした工具に関して,ダイヤモンド膜状体700に
つき横逃げ面,前逃げ面ともに5°,刃先を0.4mm
Rになるように♯600番および♯1000番のダイヤ
モンド砥石で粗加工した。その後すくい面まで含めて,
♯3000番の砥石で仕上げ加工した。これにより,バ
イト用工具を作製した。
Next, regarding the tool to which the diamond film 700 was brazed, both the lateral flank and the front flank of the diamond film 700 were 5 ° and the cutting edge was 0.4 mm.
Roughening was performed with # 600 and # 1000 diamond grindstones so as to obtain R. After that, including the rake face,
Finished with # 3000 grindstone. As a result, a tool for bite was manufactured.

【0092】[0092]

【実験例】上記実施例6により製造した工具を用いて,
アルミニウム合金の切削試験を行なった。また,比較の
ために,比較用工具を作製した。比較用工具は,上記実
施例6と同様に析出させたダイヤモンド自立膜を,実施
例6と同じ形状の超硬合金の基材55の3隅に,ろう材
を用いてダイヤモンド膜71の成長面側を超硬合金側に
ろう付けした(ダイヤモンド多結晶膜は成膜したまま
で,クラックを導入する工程は踏んでいない)。
[Experimental Example] Using the tool manufactured according to Example 6 above,
A cutting test was performed on an aluminum alloy. A comparison tool was also prepared for comparison. The comparative tool was prepared by depositing the diamond free-standing film deposited in the same manner as in Example 6 above at three corners of the cemented carbide base material 55 having the same shape as in Example 6 and using the brazing material to grow the diamond film 71. The side was brazed to the cemented carbide side (the polycrystalline diamond film was still formed, and the step of introducing cracks was not taken).

【0093】すなわち,前記図6〜図8に示したよう
に,アルミナ板810上に載置した超硬合金の基材55
の3隅に一辺の長さが3mmの正3角形に切り出したろ
う材箔を置き,さらその上にダイヤモンド自立膜片を成
長面がろう材側を向くように設置した。
That is, as shown in FIGS. 6 to 8, the cemented carbide base material 55 placed on the alumina plate 810.
A brazing material foil cut into a regular triangle having a side length of 3 mm was placed at the three corners of the above, and a diamond self-supporting film piece was placed on the foil so that the growth surface faces the brazing material side.

【0094】ろう付け時の条件は,実施例6と全く同様
に行なった。ろう付けを行なったダイヤモンド膜71は
接着面においてチタンカーバイドを生成しているため
に,見かけ上黒色をしているが,表面にまでTiが拡散
していない。そのため,表面は黒色に見えるが良く光を
反射するダイヤモンドが表面に出ている。また,ダイヤ
モンド膜71の加工も実施例6と同様に行ない最終的に
♯3000番の砥石で仕上げ加工を行なった。
The brazing conditions were exactly the same as in Example 6. The brazed diamond film 71 is apparently black because titanium carbide is generated on the bonding surface, but Ti does not diffuse to the surface. Therefore, the surface of the diamond appears to be black but reflects light well. Further, the diamond film 71 was also processed in the same manner as in Example 6 and finally finished with a # 3000 grindstone.

【0095】次に,切削試験につき示す。まず,φ70
mm,長さ200mmのアルミニウム合金〔AC4C−
T6(AI−7.0 SI−0.35Mg)〕の丸棒を
旋盤に取付け,実施例試料および比較試料を用いた超仕
上げ切削試験を行なった。即ち,スローアウェイタイプ
に仕上げた両切削工具を,クランプでセッティング角度
0.4°に取り付けた。実験条件は切削速度300m/
min,切り込み0.1mm,送り0.05mm/re
v.加工液なしの条件で60分間連続切削試験を行なっ
た。
Next, the cutting test will be described. First, φ70
mm, 200 mm long aluminum alloy [AC4C-
A round bar of T6 (AI-7.0 SI-0.35Mg)] was attached to a lathe, and a superfinishing cutting test was performed using the example sample and the comparative sample. That is, both cutting tools finished in throw-away type were attached with a clamp at a setting angle of 0.4 °. Experimental condition is cutting speed 300m /
min, notch 0.1 mm, feed 0.05 mm / re
v. A continuous cutting test was performed for 60 minutes under the condition of no working fluid.

【0096】試験後の仕上げ面精度および刃先の損傷
(逃げ面摩耗幅)を表1に示す。表1より知られるよう
に,本発明の性能上の効果は明らかである。次に,切削
試験後の刃先を50℃に保った30%の可性ソーダ水溶
液中に30分間放置し,刃先の付着物を溶解除去して,
SEMによって詳細に調べた。その結果,比較例のバイ
ト刃先のダイヤモンド膜は柱状の粒子が一部剥がれ,座
屈して途中で折れた状態になっていた。
Table 1 shows the precision of the finished surface and the damage of the cutting edge (flank wear width) after the test. As is known from Table 1, the performance effect of the present invention is clear. Next, the blade edge after the cutting test was left in a 30% aqueous solution of potable soda kept at 50 ° C. for 30 minutes to dissolve and remove the deposit on the blade edge,
It was examined in detail by SEM. As a result, in the diamond film at the cutting edge of the comparative example, some columnar particles were peeled off, buckled, and were broken in the middle.

【0097】一方,本例の実施例品では,柱状の粒子の
座屈部分が皆無ではないが,非常に少なかった。これ
は,ある大きさの単位で破壊されたダイヤモンド膜の微
細粒子の間に,Tiおよびろう材が浸透し,個々の粒子
を包むような構造で強固な接合が行なわれているため,
(1)膜自体の靱性が改良されたこと,および(2)膜
にかかる圧縮応力が緩和されていることが原因している
と考えられる。
On the other hand, in the example product of this example, the buckling portion of the columnar particles was not completely absent, but was extremely small. This is because Ti and the brazing material permeate between the fine particles of the diamond film that have been destroyed in units of a certain size, and strong bonding is performed with a structure that wraps the individual particles.
This is probably because (1) the toughness of the film itself is improved, and (2) the compressive stress applied to the film is relaxed.

【0098】また,本実施例において,ロール掛けした
後のダイヤモンド膜は,平均90μm程度の大きさの微
細粒子に破壊されていることが,超硬合金の基材55に
ろう付けした後のダイヤモンド膜の表面に浸出したTi
の様子から伺えた。なお,ロール掛けの時点での膜の破
壊される大きさは,ロール径,ロール間隔,ダイヤモン
ド膜の膜厚および膜質によって影響される。また,ロー
ル掛け時点におけるダイヤモンド膜の破損による粒子欠
損も,上述の条件によって影響される。
Further, in this embodiment, the diamond film after being rolled is broken into fine particles having an average size of about 90 μm. Ti leached on the surface of the film
I was able to hear from the situation. The size of the film that is broken at the time of rolling is affected by the roll diameter, the roll interval, the film thickness of the diamond film, and the film quality. In addition, particle loss due to damage to the diamond film at the time of rolling is also affected by the above conditions.

【0099】次に,第2製造法により得られた上記の工
具が,上記のごとき優れた性能を有する理由につき,以
下に考察する。即ち,加工用工具の刃先部分は被切削体
との接触による応力発生,あるいは切削時の熱応力の発
生など,非常に大きな且つ複雑な応力が働いている。さ
らに,ダイヤモンド膜自体に大きな圧縮応力が働いてい
るにも係わらず,刃先部などの大きな曲率で削られてい
る部位は応力のかかり方が非対称であり,刃先に存在す
る結晶子には外に向かって押し出されるような力が働い
ている。
Next, the reason why the above-mentioned tool obtained by the second manufacturing method has the above-mentioned excellent performance will be discussed below. That is, a very large and complicated stress is exerted on the cutting edge portion of the working tool, such as stress generation due to contact with the body to be cut or generation of thermal stress during cutting. Furthermore, even though a large compressive stress acts on the diamond film itself, stress is asymmetric in the part that is cut with a large curvature, such as the cutting edge, and the crystallites existing at the cutting edge are exposed to the outside. The force that pushes toward you is working.

【0100】このような部分に存在する結晶子に,上記
加工時の応力が作用すると結晶子は劈開や粒間破壊によ
って剥脱を起こし易い。その対策としては,上記第2製
造法で実現したように,ダイヤモンド膜に働く応力を低
減するか,ダイヤモンド粒子間の接合力を高める必要が
ある。この第2製造法には,ダイヤモンド多結晶膜にろ
う材で裏打ちしたダイヤモンド膜状体が重要な要素を握
る。このろう材がダイヤモンド多結晶膜を構成する個々
の結晶子と強固な結合をしているために,膜構造を破損
することなく,その中に微細なクラックを多数導入する
ことが出来る。
When the stress during the above-mentioned working acts on the crystallites existing in such a portion, the crystallites are apt to exfoliate due to cleavage or intergranular fracture. As a countermeasure, it is necessary to reduce the stress acting on the diamond film or increase the bonding force between the diamond particles, as realized by the second manufacturing method. In this second manufacturing method, a diamond film-like body in which a diamond polycrystal film is lined with a brazing filler metal is an important factor. Since this brazing material is firmly bonded to the individual crystallites that make up the diamond polycrystalline film, many fine cracks can be introduced into it without damaging the film structure.

【0101】また,Tiなどの活性金属を含むろう材は
最終的に基材にろう付けする時点において,上記のダイ
ヤモンド膜中のクラック中に良く拡散浸透する。浸透し
たTiは,ダイヤモンド粒子の表面でTiCを生成し,
Ag,Cuを主成分とするろう材との濡れ性を改善す
る。
The brazing material containing an active metal such as Ti diffuses and penetrates well into the cracks in the diamond film when it is finally brazed to the base material. The infiltrated Ti produces TiC on the surface of the diamond particles,
Improves wettability with a brazing material containing Ag and Cu as main components.

【0102】その結果,ろう材も微細粒子間のクラック
中に浸透する。微細粒子間に浸透したろう材は,ダイヤ
モンド膜状体中のダイヤモンド粒子を強固に接合し,同
時に膜の靱性を改善すると共に耐摩耗性を一層向上させ
る。また,それと同時にダイヤモンド膜状体の平均的な
熱膨張率を高め,ろう付け後の冷却時に発生する残留圧
縮応力を低減させる。
As a result, the brazing material also penetrates into the cracks between the fine particles. The brazing material penetrating between the fine particles firmly bonds the diamond particles in the diamond film, and at the same time improves the toughness of the film and further improves the wear resistance. At the same time, it also increases the average coefficient of thermal expansion of the diamond film and reduces the residual compressive stress generated during cooling after brazing.

【0103】上記の実施例では,K種超硬合金を基材に
取り上げ,また本発明の効果の確認実験に,AC4C−
T6のアルミニウム合金を被削材として用いた。ここで
得られた効果は,上述したような多結晶ダイヤモンド膜
に,意識的に導入したクラック中にろう材が浸透させた
結果得られたものである。また,このことからも分かる
ように,工具の基材はK種超硬合金に限定されず,P種
超硬合金,種々の工具鋼やセラミックスなどを用いて
も,上記の優れた効果が発揮されるものである。
In the above examples, the K-type cemented carbide was taken as the base material, and in the experiment for confirming the effect of the present invention, AC4C-
An aluminum alloy of T6 was used as a work material. The effect obtained here is obtained as a result of the permeation of the brazing filler metal into the crack intentionally introduced into the above-mentioned polycrystalline diamond film. Further, as can be seen from this, the base material of the tool is not limited to the K-type cemented carbide, and the above-mentioned excellent effects can be obtained even if the P-type cemented carbide, various tool steels and ceramics are used. It is what is done.

【0104】また,切削試験もAl−Si−Mg系のA
C4Cを被削体として用いたが,これもSiの含有量が
20%近辺のAl−Si系,あるいはAl−Cu系アル
ミニウム合金,銅,真鍮などの銅合金さらには炭素の含
有量が約1%以上の鋼材あるいは鋳鉄であれば,被削材
の種類をとわず,その効果が発揮される。
In addition, the cutting test was carried out in the Al--Si--Mg system A.
C4C was used as the work piece, but this also has an Al-Si-based or Al-Cu-based aluminum alloy having a Si content of about 20%, a copper alloy such as copper and brass, and a carbon content of about 1%. % Steel or cast iron, the effect is exhibited regardless of the type of work material.

【0105】[0105]

【表1】 [Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1における,ダイヤモンド膜状体作製の
膜形成工程ないし接合工程を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory view showing a film forming process or a bonding process for manufacturing a diamond film body in Example 1.

【図2】図1に続く,基板除去,ダイヤモンド膜状体の
切出し及び成形工程を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory view showing the steps of substrate removal, diamond film-like body cutting and forming, which follows FIG.

【図3】図2に続く,ダイヤモンド膜状体の相手材への
接着工程を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view showing a step of adhering the diamond film-like body to a mating material, following FIG. 2.

【図4】実施例6におけるダイヤモンド膜状体の製造法
を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory view showing a method for manufacturing a diamond film body in Example 6.

【図5】実施例6における,ダイヤモンド膜状体を湾曲
加工する工程を示す説明図。
FIG. 5 is an explanatory view showing a process of bending a diamond film-like body in Example 6.

【図6】実施例6における,ダイヤモンド膜状体をろう
付け接合した工具の平面図。
FIG. 6 is a plan view of a tool to which a diamond film-like body is brazed and bonded in Example 6;

【図7】図6のA−A線矢視断面図。7 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図8】実施例6における,工具へのダイヤモンド膜状
体のろう付け工程の説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a brazing process of a diamond film-shaped body on a tool in Example 6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,71...ダイヤモンド膜, 10,70...ダイヤモンド膜状体, 11...析出成長面, 2...ろう材層, 3...基板, 31...中間体, 32...積層物, 5...相手材, 55...工具用の基材, 72...ろう材, 84...銅板, 861,863...ロール, 1,71. . . Diamond film, 10, 70. . . Diamond film, 11. . . Precipitation growth surface, 2. . . Brazing material layer, 3. . . Substrate, 31. . . Intermediate, 32. . . Laminate, 5. . . Mating material, 55. . . Base material for tools, 72. . . Brazing material, 84. . . Copper plate, 861,863. . . roll,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 和夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 神崎 昌郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 明生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuo Higuchi, Kazuo Higuchi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture, No. 41, Yokoshiro, Yokosuka Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor, Masao Kanzaki 1st 41st Yokomichi, Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Akio Ito 1st 41st Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Toyota Central Research Institute 1st

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多結晶のダイヤモンド膜と,該ダイヤモ
ンド膜の一方の面に対して接合したチタン等の活性金属
を含有するろう材層とよりなることを特徴とするダイヤ
モンド膜状体。
1. A diamond film body comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface of the diamond film.
【請求項2】 請求項1において,上記ダイヤモンド膜
は微細粒子に破壊されていることを特徴とするダイヤモ
ンド膜状体。
2. The diamond film-like body according to claim 1, wherein the diamond film is broken into fine particles.
【請求項3】 多結晶のダイヤモンド膜を析出形成する
膜形成工程と,上記ダイヤモンド膜の一方の面に対し
て,チタン等の活性金属を含有するろう材を積層する積
層工程と,これら積層物を,真空中又は不活性ガス中に
おいて加熱して,ダイヤモンド膜とろう材層とを接合す
る接合工程とよりなることを特徴とするダイヤモンド膜
状体の製造方法。
3. A film forming step of depositing and forming a polycrystalline diamond film, a laminating step of laminating a brazing material containing an active metal such as titanium on one surface of the diamond film, and a laminate of these. A method for producing a diamond film-like body, comprising: a step of heating a diamond film and a brazing material layer by heating in a vacuum or in an inert gas.
【請求項4】 請求項3において,上記ろう材層は,ろ
う材の片面にインジューム等の低融点化物質の薄層を設
け,更に該低融点化物質の上に活性金属層を設けてなる
ことを特徴とするダイヤモンド膜状体の製造方法。
4. The brazing material layer according to claim 3, wherein a thin layer of a low melting point substance such as indium is provided on one surface of the brazing material, and an active metal layer is further provided on the low melting point substance. A method for producing a diamond film-like body, comprising:
【請求項5】 多結晶のダイヤモンド膜とその一方の面
に対して接合したチタン等の活性金属を含有するろう材
層とからなるダイヤモンド膜状体を準備し,該ダイヤモ
ンド膜状体をそのダイヤモンド膜が外側に湾曲するよう
に加工し,上記ダイヤモンド膜を微細粒子に破壊する膜
破壊工程とからなることを特徴とするダイヤモンド膜状
体の製造方法。
5. A diamond film body comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface thereof is prepared, and the diamond film body is formed from the diamond film body. A method for producing a diamond film-like body, which comprises a step of processing the film so that the film is curved outward and destroying the diamond film into fine particles.
【請求項6】 多結晶のダイヤモンド膜とその一方の面
に対して接合したチタン等の活性金属を含有するろう材
層とからなるダイヤモンド膜状体を準備し,該ダイヤモ
ンド膜状体をそのダイヤモンド膜が外側に湾曲するよう
に加工し,上記ダイヤモンド膜を微細粒子に破壊する膜
破壊工程と,上記ダイヤモンド膜状体を,そのろう材層
側が基材表面に対向するように,基材上に積層する工程
と,これらを真空中又は不活性雰囲気中で加熱して,上
記ろう材層の一部を前記微細粒子間に浸入させると共に
前記ダイヤモンド膜状体を基材にろう付けするろう付け
工程とからなることを特徴とするダイヤモンド被覆体の
製造方法。
6. A diamond film body comprising a polycrystalline diamond film and a brazing material layer containing an active metal such as titanium bonded to one surface thereof is prepared, and the diamond film body is formed from the diamond film body. A film breaking step of processing the film so that the film is curved outward, and breaking the diamond film into fine particles, and the diamond film-like body on the base material so that the brazing material layer side faces the base material surface. Laminating step and brazing step of heating these in a vacuum or in an inert atmosphere to infiltrate a part of the brazing material layer between the fine particles and brazing the diamond film body to a base material A method for producing a diamond-coated body, comprising:
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