JPH07150337A - 窒化膜の製造方法 - Google Patents
窒化膜の製造方法Info
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- JPH07150337A JPH07150337A JP30292193A JP30292193A JPH07150337A JP H07150337 A JPH07150337 A JP H07150337A JP 30292193 A JP30292193 A JP 30292193A JP 30292193 A JP30292193 A JP 30292193A JP H07150337 A JPH07150337 A JP H07150337A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
- C04B41/5064—Boron nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
Abstract
(57)【要約】
【構成】 クロム及びホウ素の真空蒸着またはスパッタ
と窒素イオンの照射とを併用することによって、窒化ク
ロムと窒化ホウ素とからなる膜を基体上に形成するに際
し、窒素イオンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギー
で前記基体に照射し、膜中に存在する窒素原子、クロム
原子及びホウ素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４０
とする窒化膜の製造方法。 【効果】 照射する窒素イオンとホウ素原子とを衝突さ
せることにより、ホウ素原子を励起化させることがで
き、ｃ−ＢＮを形成することができる。また、基体と膜
との界面に、両者の構成原子よりなる混合層を形成する
ことができる。従って、高温での耐酸性、耐アルカリ性
という耐食性全般を向上させることができるとともに、
密着性に優れた窒化膜を製造することができる。
と窒素イオンの照射とを併用することによって、窒化ク
ロムと窒化ホウ素とからなる膜を基体上に形成するに際
し、窒素イオンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギー
で前記基体に照射し、膜中に存在する窒素原子、クロム
原子及びホウ素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４０
とする窒化膜の製造方法。 【効果】 照射する窒素イオンとホウ素原子とを衝突さ
せることにより、ホウ素原子を励起化させることがで
き、ｃ−ＢＮを形成することができる。また、基体と膜
との界面に、両者の構成原子よりなる混合層を形成する
ことができる。従って、高温での耐酸性、耐アルカリ性
という耐食性全般を向上させることができるとともに、
密着性に優れた窒化膜を製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化膜の製造方法に関
し、より詳しくは、基体の耐摩耗性や耐食性等を向上さ
せ、密着性、硬度及び化学的安定性に優れた窒化膜の製
造方法に関する。
し、より詳しくは、基体の耐摩耗性や耐食性等を向上さ
せ、密着性、硬度及び化学的安定性に優れた窒化膜の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、各種基体の耐摩耗性、耐摺動
性あるいは耐食性を向上させるために、それら特性を向
上させる機能を有する膜を基体上に形成させることが試
みられてきた。上記のような特性を有する膜の代表的な
ものには、各種窒化物があり、窒化物の例としては、窒
化チタン（ＴｉＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化
ホウ素（ＢＮ）又は窒化クロム（ＣｒＮ）等が挙げられ
る。これら窒化物は、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法によっ
て、種々の基体上に形成されている。中でも、窒化ホウ
素（ＢＮ）は、高温での耐酸化性に優れ、特に、結晶構
造が立方晶である窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）は、高硬度、
高熱伝導性を有し、基体の耐摩耗性や耐食性等を向上さ
せる特性を持つため、盛んに用いられている。また、窒
化クロムもｃ−ＢＮに比べ硬度は劣るものの、高硬度と
優れた化学的安定性を有するため、盛んに用いられてい
る。
性あるいは耐食性を向上させるために、それら特性を向
上させる機能を有する膜を基体上に形成させることが試
みられてきた。上記のような特性を有する膜の代表的な
ものには、各種窒化物があり、窒化物の例としては、窒
化チタン（ＴｉＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化
ホウ素（ＢＮ）又は窒化クロム（ＣｒＮ）等が挙げられ
る。これら窒化物は、各種ＣＶＤ法、ＰＶＤ法によっ
て、種々の基体上に形成されている。中でも、窒化ホウ
素（ＢＮ）は、高温での耐酸化性に優れ、特に、結晶構
造が立方晶である窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）は、高硬度、
高熱伝導性を有し、基体の耐摩耗性や耐食性等を向上さ
せる特性を持つため、盛んに用いられている。また、窒
化クロムもｃ−ＢＮに比べ硬度は劣るものの、高硬度と
優れた化学的安定性を有するため、盛んに用いられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、ｃ−
ＢＮ膜で被覆された基体は、耐摩耗性と耐食性とを向上
させることができ、耐食性に関しては、特に高温での耐
酸化性あるいは鉄系金属に対する耐凝着性に優れるとい
う特性を有する。また、酸に対する耐食性にも優れる
が、耐アルカリに対する耐食性は、窒化クロムに比べて
劣る傾向にある。
ＢＮ膜で被覆された基体は、耐摩耗性と耐食性とを向上
させることができ、耐食性に関しては、特に高温での耐
酸化性あるいは鉄系金属に対する耐凝着性に優れるとい
う特性を有する。また、酸に対する耐食性にも優れる
が、耐アルカリに対する耐食性は、窒化クロムに比べて
劣る傾向にある。
【０００４】一方、窒化クロムは、酸、アルカリに対す
る耐食性には優れるものの、硬度がｃ−ＢＮに比較して
劣るため、耐摩耗性はｃ−ＢＮの方が優れる。従って、
耐アルカリに対する耐食性を有すると同時に、ｃ−ＢＮ
に劣らない耐摩耗性を有する膜を形成することが望まれ
ている。この発明は上記記載の課題に鑑みなされたもの
であり、基体に十分な密着性を有する膜を被覆させると
同時に、基体の耐摩耗性、耐食性、硬度及び化学的安定
性に優れた窒化膜の製造方法を提供するものである。
る耐食性には優れるものの、硬度がｃ−ＢＮに比較して
劣るため、耐摩耗性はｃ−ＢＮの方が優れる。従って、
耐アルカリに対する耐食性を有すると同時に、ｃ−ＢＮ
に劣らない耐摩耗性を有する膜を形成することが望まれ
ている。この発明は上記記載の課題に鑑みなされたもの
であり、基体に十分な密着性を有する膜を被覆させると
同時に、基体の耐摩耗性、耐食性、硬度及び化学的安定
性に優れた窒化膜の製造方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化膜の製造方
法によれば、クロム及びホウ素の真空蒸着またはスパッ
タと窒素イオンの照射とを併用することによって、窒化
クロムと窒化ホウ素とからなる膜を基体上に形成するに
際し、窒素イオンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギ
ーで前記基体に照射し、膜中に存在する窒素原子、クロ
ム原子及びホウ素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４
０とする窒化膜の製造方法が提供される。
法によれば、クロム及びホウ素の真空蒸着またはスパッ
タと窒素イオンの照射とを併用することによって、窒化
クロムと窒化ホウ素とからなる膜を基体上に形成するに
際し、窒素イオンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギ
ーで前記基体に照射し、膜中に存在する窒素原子、クロ
ム原子及びホウ素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４
０とする窒化膜の製造方法が提供される。
【０００６】本発明の窒化膜の製造方法において用いら
れる基体は、特に限定されるものではなく、例えば、ポ
リカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のポリ
エチレン類、ポリイミド等の高分子よりなる基体、高速
度工具鋼、超硬合金、炭素綱等の金属、アルミナ、窒化
珪素、炭化珪素等のセラミックよりなる材料を用いるこ
とができる。この基体上に、窒化クロムと窒化ホウ素と
が混在した膜が形成されている。
れる基体は、特に限定されるものではなく、例えば、ポ
リカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のポリ
エチレン類、ポリイミド等の高分子よりなる基体、高速
度工具鋼、超硬合金、炭素綱等の金属、アルミナ、窒化
珪素、炭化珪素等のセラミックよりなる材料を用いるこ
とができる。この基体上に、窒化クロムと窒化ホウ素と
が混在した膜が形成されている。
【０００７】窒化クロムと窒化ホウ素とが混在した膜に
おいて、窒化クロムの結晶構造は、特に限定されるもの
ではなく、ＣｒＮ，Ｃｒ2 Ｎ等を含有する。窒化ホウ素
としては、ｃ−ＢＮの結晶構造を有しているものであれ
ば、高硬度を有することがきでるので好ましく、六方晶
系のグラファイトに類似した構造（ｈ−ＢＮ）が混合さ
れていてもよい。窒化クロムと窒化ホウ素との混合比
は、特に限定されるものではないが、高硬度を要求する
場合、例えばビッカース硬度（Ｈｖ）で３０００以上の
膜を要求する場合には、ＢＮの混合比を窒化クロムの混
合比よりも大きくする。膜の硬度が大きすぎる場合に
は、慴動する相手側を傷つけてしまうおそれがある。従
って、若干硬度を下げた値にする必要がある場合、例え
ばビッカース硬度（Ｈｖ）で２５００程度の膜を要求す
る場合には、窒化クロムの混合比をＢＮの混合比よりも
大きくすることが好ましい。また、本願発明における窒
化クロムと窒化ホウ素とが混在した膜においては、窒素
原子と結合しないクロム原子や、窒素原子と結合しない
ホウ素原子を含有してもよい。この場合にはクロム原子
と窒素原子との比（Ｃｒ／Ｎ原子比）又はホウ素原子と
窒素原子との比（Ｂ／Ｎ原子比）が４０を越えないよう
にすることが好ましい。つまり、膜中に存在する窒素原
子、クロム原子及びホウ素原子の個数比が、１：１〜４
０：１〜４０であることが好ましい。ホウ素原子と窒素
原子の個数比が４０を越えた場合には、膜の硬度が著し
く低下するので好ましくない。だたし、窒素原子と結合
しないクロム原子や、窒素原子と結合しないホウ素原子
が含有されている場合には、膜組成がストイキオメトリ
に近いほうが、化学的安定性が向上するので、膜の表面
近くでは窒素原子と結合しないクロム原子やホウ素原子
が存在しないようにすることが好ましい。
おいて、窒化クロムの結晶構造は、特に限定されるもの
ではなく、ＣｒＮ，Ｃｒ2 Ｎ等を含有する。窒化ホウ素
としては、ｃ−ＢＮの結晶構造を有しているものであれ
ば、高硬度を有することがきでるので好ましく、六方晶
系のグラファイトに類似した構造（ｈ−ＢＮ）が混合さ
れていてもよい。窒化クロムと窒化ホウ素との混合比
は、特に限定されるものではないが、高硬度を要求する
場合、例えばビッカース硬度（Ｈｖ）で３０００以上の
膜を要求する場合には、ＢＮの混合比を窒化クロムの混
合比よりも大きくする。膜の硬度が大きすぎる場合に
は、慴動する相手側を傷つけてしまうおそれがある。従
って、若干硬度を下げた値にする必要がある場合、例え
ばビッカース硬度（Ｈｖ）で２５００程度の膜を要求す
る場合には、窒化クロムの混合比をＢＮの混合比よりも
大きくすることが好ましい。また、本願発明における窒
化クロムと窒化ホウ素とが混在した膜においては、窒素
原子と結合しないクロム原子や、窒素原子と結合しない
ホウ素原子を含有してもよい。この場合にはクロム原子
と窒素原子との比（Ｃｒ／Ｎ原子比）又はホウ素原子と
窒素原子との比（Ｂ／Ｎ原子比）が４０を越えないよう
にすることが好ましい。つまり、膜中に存在する窒素原
子、クロム原子及びホウ素原子の個数比が、１：１〜４
０：１〜４０であることが好ましい。ホウ素原子と窒素
原子の個数比が４０を越えた場合には、膜の硬度が著し
く低下するので好ましくない。だたし、窒素原子と結合
しないクロム原子や、窒素原子と結合しないホウ素原子
が含有されている場合には、膜組成がストイキオメトリ
に近いほうが、化学的安定性が向上するので、膜の表面
近くでは窒素原子と結合しないクロム原子やホウ素原子
が存在しないようにすることが好ましい。
【０００８】本発明においては、例えば、イオン蒸着薄
膜形成法、イオンプレーティング法、各種スパッタリン
グ法を適宜用いて、基体上に膜を形成することができ
る。この際の膜を形成する装置としては特に限定される
ものではないが、ＢＮ膜中に高硬度のｃ−ＢＮ構造を含
有させることが容易な方法である真空蒸着又はスパッタ
とイオン照射とを同時に行えるものが好ましい。例え
ば、図１に示すような真空蒸着とイオン照射とが同時に
行える装置を用いることができる。この装置によれば、
ホウ素の蒸発原子が照射イオンとの衝突によって高励起
化され、ｃ−ＢＮ結晶が形成されやすい。図１におい
て、１は基体であり、基体ホルダー８は、基体１を載置
できるように構成されている。また、基体１に対向する
位置に蒸発源３ａ、３ｂ、イオン源４がそれぞれ配設さ
れており、これらはすべて真空容器５内に納められてい
る。真空容器５は排気装置（図示せず）によって真空状
態に保持される。さらに、基体ホルダー８近傍には基体
１への蒸着原子の蒸着量をモニターすることができる膜
厚モニター６が、基体１へのイオンの照射量をモニター
することができるイオン電流測定器７がそれぞれ配設さ
れている。また、基体ホルダー８には、基体１を冷却す
るための冷却管（図示せず）が内設されていてもよい。
膜形成法、イオンプレーティング法、各種スパッタリン
グ法を適宜用いて、基体上に膜を形成することができ
る。この際の膜を形成する装置としては特に限定される
ものではないが、ＢＮ膜中に高硬度のｃ−ＢＮ構造を含
有させることが容易な方法である真空蒸着又はスパッタ
とイオン照射とを同時に行えるものが好ましい。例え
ば、図１に示すような真空蒸着とイオン照射とが同時に
行える装置を用いることができる。この装置によれば、
ホウ素の蒸発原子が照射イオンとの衝突によって高励起
化され、ｃ−ＢＮ結晶が形成されやすい。図１におい
て、１は基体であり、基体ホルダー８は、基体１を載置
できるように構成されている。また、基体１に対向する
位置に蒸発源３ａ、３ｂ、イオン源４がそれぞれ配設さ
れており、これらはすべて真空容器５内に納められてい
る。真空容器５は排気装置（図示せず）によって真空状
態に保持される。さらに、基体ホルダー８近傍には基体
１への蒸着原子の蒸着量をモニターすることができる膜
厚モニター６が、基体１へのイオンの照射量をモニター
することができるイオン電流測定器７がそれぞれ配設さ
れている。また、基体ホルダー８には、基体１を冷却す
るための冷却管（図示せず）が内設されていてもよい。
【０００９】このように構成される装置においては、真
空容器５は排気装置によって、所定の真空度に排気さ
れ、保持される。蒸発源３ａ，３ｂは電子ビーム、抵抗
や高周波によってクロム又はホウ素元素含有物質を加熱
させ蒸気化させるものである。但し、クロム又はホウ素
元素含有物質として昇華性の物質を用いて加熱気化させ
る場合には、蒸発速度が安定しないことがあるため、ス
パッタリング法を用いることができる。また、イオン源
４の方式も特に限定されず、カウフマン型やバケット型
等を適宜用いることができる。これら膜厚モニター６及
びイオン電流測定器７の方式は特に限定されるものでは
なく、例えば、膜厚モニター６としては水晶振動子を用
いたもの、イオン電流測定器７としてはファラデーカッ
プ等を適宜用いることができる。
空容器５は排気装置によって、所定の真空度に排気さ
れ、保持される。蒸発源３ａ，３ｂは電子ビーム、抵抗
や高周波によってクロム又はホウ素元素含有物質を加熱
させ蒸気化させるものである。但し、クロム又はホウ素
元素含有物質として昇華性の物質を用いて加熱気化させ
る場合には、蒸発速度が安定しないことがあるため、ス
パッタリング法を用いることができる。また、イオン源
４の方式も特に限定されず、カウフマン型やバケット型
等を適宜用いることができる。これら膜厚モニター６及
びイオン電流測定器７の方式は特に限定されるものでは
なく、例えば、膜厚モニター６としては水晶振動子を用
いたもの、イオン電流測定器７としてはファラデーカッ
プ等を適宜用いることができる。
【００１０】本発明を実施するにあたっては、基体を基
体ホルダーに設置することによって真空容器内に納め、
例えば、１×１０-6torr以下の真空度に排気した後、基
体上にクロム及びホウ素の堆積と窒素イオンのイオン照
射とを行い、窒化クロム及び窒化ホウ素の混合膜を形成
する。なお、基体表面に、まず、窒素イオン等のイオン
照射をしたのち、基体上に膜を形成してもよい。
体ホルダーに設置することによって真空容器内に納め、
例えば、１×１０-6torr以下の真空度に排気した後、基
体上にクロム及びホウ素の堆積と窒素イオンのイオン照
射とを行い、窒化クロム及び窒化ホウ素の混合膜を形成
する。なお、基体表面に、まず、窒素イオン等のイオン
照射をしたのち、基体上に膜を形成してもよい。
【００１１】クロム及びホウ素を堆積させる方法として
は、蒸発源よりクロム含有物質及びホウ素含有物質を加
熱し、蒸気化させる真空蒸着又はスパッタリング等が挙
げられる。蒸発源からの蒸気化又はスパッタリングする
クロム含有物質及びホウ素含有物質としては、クロム又
はホウ素の単体、酸化物、窒化物、あるいは炭化物等を
用いることができる。そして、該物質の蒸着又は堆積と
同時、あるいは蒸着又は堆積後に、イオン源より少なく
とも窒素元素を含有するイオンを照射する。この際、照
射するイオンとしては、窒素イオンを用いるのが効果的
であるが、窒素イオンと、不活性ガスイオンや水素イオ
ンとを含有するもの等を用いることができる。これら
は、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、あるいは窒素ガ
スと不活性ガスあるいは水素ガス等とを導入することに
よって得ることができる。この場合には、不活性ガスイ
オンや水素イオンによって、堆積したクロム原子及びホ
ウ素原子が、より一層高励起化状態になるので、膜の結
晶化度が向上するという利点がある。照射するイオンの
加速エネルギーは約０．１〜約４０ＫｅＶの範囲内が好
ましい。また、膜を形成する際の基体に到達するクロム
原子と窒素イオンとの組成比、ホウ素原子と窒素イオン
との組成比は、それぞれ約１．０〜約４０．０が好まし
い。なお、Ｃｒ／Ｎの組成比、Ｂ／Ｎの組成比は、図１
における膜厚モニター６によって、基体に到達するクロ
ム原子及びホウ素原子の数を測定し、電流測定器７によ
って、基体に照射されるイオンの個数を計測することに
よって調整することができる。窒化クロムと窒化ホウ素
の混合膜としては、膜中、組成比が一定のものであって
もよいし、基体側から膜表面側にかけて、Ｃｒ／Ｎ組成
比又はＢ／Ｎ組成比等が徐々に、あるいは段階的に異な
るように形成することも可能である。また、この際の窒
化クロムと窒化ホウ素とからなる膜の膜厚は、特に限定
されるものではないが、０．５〜１０μｍが好ましい。
は、蒸発源よりクロム含有物質及びホウ素含有物質を加
熱し、蒸気化させる真空蒸着又はスパッタリング等が挙
げられる。蒸発源からの蒸気化又はスパッタリングする
クロム含有物質及びホウ素含有物質としては、クロム又
はホウ素の単体、酸化物、窒化物、あるいは炭化物等を
用いることができる。そして、該物質の蒸着又は堆積と
同時、あるいは蒸着又は堆積後に、イオン源より少なく
とも窒素元素を含有するイオンを照射する。この際、照
射するイオンとしては、窒素イオンを用いるのが効果的
であるが、窒素イオンと、不活性ガスイオンや水素イオ
ンとを含有するもの等を用いることができる。これら
は、例えば、イオン源に窒素ガスのみ、あるいは窒素ガ
スと不活性ガスあるいは水素ガス等とを導入することに
よって得ることができる。この場合には、不活性ガスイ
オンや水素イオンによって、堆積したクロム原子及びホ
ウ素原子が、より一層高励起化状態になるので、膜の結
晶化度が向上するという利点がある。照射するイオンの
加速エネルギーは約０．１〜約４０ＫｅＶの範囲内が好
ましい。また、膜を形成する際の基体に到達するクロム
原子と窒素イオンとの組成比、ホウ素原子と窒素イオン
との組成比は、それぞれ約１．０〜約４０．０が好まし
い。なお、Ｃｒ／Ｎの組成比、Ｂ／Ｎの組成比は、図１
における膜厚モニター６によって、基体に到達するクロ
ム原子及びホウ素原子の数を測定し、電流測定器７によ
って、基体に照射されるイオンの個数を計測することに
よって調整することができる。窒化クロムと窒化ホウ素
の混合膜としては、膜中、組成比が一定のものであって
もよいし、基体側から膜表面側にかけて、Ｃｒ／Ｎ組成
比又はＢ／Ｎ組成比等が徐々に、あるいは段階的に異な
るように形成することも可能である。また、この際の窒
化クロムと窒化ホウ素とからなる膜の膜厚は、特に限定
されるものではないが、０．５〜１０μｍが好ましい。
【００１２】本発明において、膜を形成する際の基体の
温度は、約６０〜約２００℃が好ましく、約６０〜約１
５０℃がより好ましい。これは基体ホルダー８を水冷さ
せることにより得られる。これによって、本発明の効果
が変化することはないが、熱的なダメージを避けなけれ
ばならないような種々の材質の基体を用いることができ
る。
温度は、約６０〜約２００℃が好ましく、約６０〜約１
５０℃がより好ましい。これは基体ホルダー８を水冷さ
せることにより得られる。これによって、本発明の効果
が変化することはないが、熱的なダメージを避けなけれ
ばならないような種々の材質の基体を用いることができ
る。
【００１３】
【作用】本発明の窒化膜の製造方法によれば、クロム及
びホウ素の真空蒸着またはスパッタと窒素イオンの照射
とを併用することによって、窒化クロムと窒化ホウ素と
からなる膜を基体上に形成するに際し、窒素イオンを
０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギーで前記基体に照射
し、膜中に存在する窒素原子、クロム原子及びホウ素原
子の個数比を１：１〜４０：１〜４０とするので、照射
する窒素イオンとホウ素原子とが衝突することにより、
ホウ素原子が励起化されることとなり、形成されるＢＮ
の結晶構造がｃ−ＢＮになりやすくなる。また、基体と
膜との界面に、両者の構成原子よりなる混合層が形成さ
れることとなる。
びホウ素の真空蒸着またはスパッタと窒素イオンの照射
とを併用することによって、窒化クロムと窒化ホウ素と
からなる膜を基体上に形成するに際し、窒素イオンを
０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギーで前記基体に照射
し、膜中に存在する窒素原子、クロム原子及びホウ素原
子の個数比を１：１〜４０：１〜４０とするので、照射
する窒素イオンとホウ素原子とが衝突することにより、
ホウ素原子が励起化されることとなり、形成されるＢＮ
の結晶構造がｃ−ＢＮになりやすくなる。また、基体と
膜との界面に、両者の構成原子よりなる混合層が形成さ
れることとなる。
【００１４】従って、耐アルカリ性に優れる窒化クロム
の性質と、高温で耐酸化性を有するとともにｃ−ＢＮに
基づいて硬度に優れた窒化ホウ素との性質を備えること
となり、高温での耐酸性、耐アルカリ性という耐食性全
般が向上するとともに、両者の構成原子よりなる混合層
により密着性に優れた窒化膜が製造されることとなる。
の性質と、高温で耐酸化性を有するとともにｃ−ＢＮに
基づいて硬度に優れた窒化ホウ素との性質を備えること
となり、高温での耐酸性、耐アルカリ性という耐食性全
般が向上するとともに、両者の構成原子よりなる混合層
により密着性に優れた窒化膜が製造されることとなる。
【００１５】
【実施例】本発明に係る窒化膜の製造方法の実施例を以
下に示す。 実施例１ まず、超硬合金（Ｋ種）基体をイオン蒸着薄膜形成装置
の真空容器内に収納し、真空容器内を１×１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下の真空度に保持した。次いで、真空容器内の蒸発
源よりクロムとホウ素を加熱、気化させ、基体上に蒸着
した。この蒸着と同時に、イオン源より窒素イオンを１
０ＫｅＶの加速エネルギーで、基体に照射した。なお、
この際、形成された膜の膜厚は１μｍ、組成比はＢ／Ｎ
比で２０、Ｃｒ／Ｎ比で１になるようにクロム原子、ホ
ウ素原子の蒸発量、窒素イオンの照射量を調整した。こ
のように、基体上に、窒化クロムと窒化ホウ素とが混在
した膜を形成した。
下に示す。 実施例１ まず、超硬合金（Ｋ種）基体をイオン蒸着薄膜形成装置
の真空容器内に収納し、真空容器内を１×１０-6Ｔｏｒ
ｒ以下の真空度に保持した。次いで、真空容器内の蒸発
源よりクロムとホウ素を加熱、気化させ、基体上に蒸着
した。この蒸着と同時に、イオン源より窒素イオンを１
０ＫｅＶの加速エネルギーで、基体に照射した。なお、
この際、形成された膜の膜厚は１μｍ、組成比はＢ／Ｎ
比で２０、Ｃｒ／Ｎ比で１になるようにクロム原子、ホ
ウ素原子の蒸発量、窒素イオンの照射量を調整した。こ
のように、基体上に、窒化クロムと窒化ホウ素とが混在
した膜を形成した。
【００１６】比較例１ 超硬合金（Ｋ種）基体をマグネトロン方式のスパッタリ
ング装置の真空容器内に収納し、真空容器内を１×１０
-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保持した。次いで、クロムと
ホウ素からなるペレットをターゲットとしたスパッタリ
ングにより、基体上にクロムとホウ素からなる膜を形成
すると同時に、真空容器内に窒素ガスを導入し、プラズ
マを生成し、基体上に１μｍの膜を形成した。なお、こ
の際、形成された膜の組成比はＢ／Ｎ比で２０、Ｃｒ／
Ｎ比で１になるようにターゲットの組成比、窒素ガスの
圧力を調製した。
ング装置の真空容器内に収納し、真空容器内を１×１０
-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保持した。次いで、クロムと
ホウ素からなるペレットをターゲットとしたスパッタリ
ングにより、基体上にクロムとホウ素からなる膜を形成
すると同時に、真空容器内に窒素ガスを導入し、プラズ
マを生成し、基体上に１μｍの膜を形成した。なお、こ
の際、形成された膜の組成比はＢ／Ｎ比で２０、Ｃｒ／
Ｎ比で１になるようにターゲットの組成比、窒素ガスの
圧力を調製した。
【００１７】比較例２ 実施例１と同様の基体を用い、同様の方法で窒化ホウ素
と窒化クロムが混在した膜を１μｍ形成した。この際の
形成された膜の組成比は、Ｂ／Ｎ比で４５、Ｃｒ／Ｎ比
で１になるようにクロム原子、ホウ素原子の蒸発量、窒
素イオンの照射量を調整した。
と窒化クロムが混在した膜を１μｍ形成した。この際の
形成された膜の組成比は、Ｂ／Ｎ比で４５、Ｃｒ／Ｎ比
で１になるようにクロム原子、ホウ素原子の蒸発量、窒
素イオンの照射量を調整した。
【００１８】比較例３ 実施例１と同様の基体を用い、同様の方法で窒化ホウ素
と窒化クロムが混在した膜を１μｍ形成した。この際の
形成された膜の組成比は、Ｂ／Ｎ比で１、Ｃｒ／Ｎ比で
４５になるようにクロム原子、ホウ素原子の蒸発量、窒
素イオンの照射量を調整した。
と窒化クロムが混在した膜を１μｍ形成した。この際の
形成された膜の組成比は、Ｂ／Ｎ比で１、Ｃｒ／Ｎ比で
４５になるようにクロム原子、ホウ素原子の蒸発量、窒
素イオンの照射量を調整した。
【００１９】このようにして形成された膜の硬度と密着
性をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。なお、
硬度は１０ｇ荷重のビッカース硬度計により測定し、密
着性はスクラッチ試験によって測定した。
性をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。なお、
硬度は１０ｇ荷重のビッカース硬度計により測定し、密
着性はスクラッチ試験によって測定した。
【００２０】
【表１】 また、上記膜をそれぞれＸ線回折で分析したところ、実
施例１、比較例２及び３の膜からはｃ−ＢＮの回折ピー
クが検出されたが、比較例１の膜からはｃ−ＢＮの回折
ピークが検出されなかった。
施例１、比較例２及び３の膜からはｃ−ＢＮの回折ピー
クが検出されたが、比較例１の膜からはｃ−ＢＮの回折
ピークが検出されなかった。
【００２１】これらの結果から明らかなように、実施例
１の方法においてはｃ−ＢＮが形成されるのに対し、比
較例１の方法ではｃ−ＢＮが形成されず、膜の硬度は、
高いものが得られなかった。また、比較例２及び３の方
法においては、実施例１と同様に、ｃ−ＢＮが形成され
るが、その組成比が、本発明の範囲を越えていたため、
実施例１ほど高い硬度は得られなかった。また、膜の密
着性においても、実施例１の膜は、優れた値を示した。
１の方法においてはｃ−ＢＮが形成されるのに対し、比
較例１の方法ではｃ−ＢＮが形成されず、膜の硬度は、
高いものが得られなかった。また、比較例２及び３の方
法においては、実施例１と同様に、ｃ−ＢＮが形成され
るが、その組成比が、本発明の範囲を越えていたため、
実施例１ほど高い硬度は得られなかった。また、膜の密
着性においても、実施例１の膜は、優れた値を示した。
【００２２】
【発明の効果】本発明の窒化膜の製造方法によれば、ク
ロム及びホウ素の真空蒸着またはスパッタと窒素イオン
の照射とを併用することによって、窒化クロムと窒化ホ
ウ素とからなる膜を基体上に形成するに際し、窒素イオ
ンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギーで前記基体に
照射し、膜中に存在する窒素原子、クロム原子及びホウ
素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４０とするので、
照射する窒素イオンとホウ素原子とを衝突させることに
より、ホウ素原子を励起化させることができ、ｃ−ＢＮ
を形成することができる。また、基体と膜との界面に、
両者の構成原子よりなる混合層を形成することができ
る。
ロム及びホウ素の真空蒸着またはスパッタと窒素イオン
の照射とを併用することによって、窒化クロムと窒化ホ
ウ素とからなる膜を基体上に形成するに際し、窒素イオ
ンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネルギーで前記基体に
照射し、膜中に存在する窒素原子、クロム原子及びホウ
素原子の個数比を１：１〜４０：１〜４０とするので、
照射する窒素イオンとホウ素原子とを衝突させることに
より、ホウ素原子を励起化させることができ、ｃ−ＢＮ
を形成することができる。また、基体と膜との界面に、
両者の構成原子よりなる混合層を形成することができ
る。
【００２３】従って、耐アルカリ性に優れる窒化クロム
の性質と、高温で耐酸化性を有するとともにｃ−ＢＮに
基づいて硬度に優れた窒化ホウ素との性質を備えること
ができ、高温での耐酸性、耐アルカリ性という耐食性全
般を向上させることができる。また、両者の構成原子よ
りなる混合層により、密着性に優れた窒化膜を製造する
ことができる。つまり、硬度及び密着性に優れた膜を、
基体種に限定されることなく被覆させることができ、膜
全体としての化学的安定性を大きく改善させることがで
き、工具、金型、磁気ヘッド等の各種の用途に使用する
ことが可能となる。
の性質と、高温で耐酸化性を有するとともにｃ−ＢＮに
基づいて硬度に優れた窒化ホウ素との性質を備えること
ができ、高温での耐酸性、耐アルカリ性という耐食性全
般を向上させることができる。また、両者の構成原子よ
りなる混合層により、密着性に優れた窒化膜を製造する
ことができる。つまり、硬度及び密着性に優れた膜を、
基体種に限定されることなく被覆させることができ、膜
全体としての化学的安定性を大きく改善させることがで
き、工具、金型、磁気ヘッド等の各種の用途に使用する
ことが可能となる。
【図１】本発明に係る窒化膜の製造方法に用いる膜形成
装置の要部の概略断面図である。
装置の要部の概略断面図である。
１ 基板 ２ 窒化クロムと窒化ホウ素とが混在した膜 ３ａ、３ｂ 蒸発源 ４ イオン源 ５ 真空容器 ６ 膜厚モニタ ７ イオン電流モニタ ８ 基体ホルダー
Claims (1)
- 【請求項１】 クロム及びホウ素の真空蒸着またはスパ
ッタと窒素イオンの照射とを併用することによって、窒
化クロムと窒化ホウ素とからなる膜を基体上に形成する
に際し、窒素イオンを０．１〜４０ＫｅＶの加速エネル
ギーで前記基体に照射し、膜中に存在する窒素原子、ク
ロム原子及びホウ素原子の個数比を１：１〜４０：１〜
４０とすることを特徴とする窒化膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30292193A JPH07150337A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 窒化膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30292193A JPH07150337A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 窒化膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07150337A true JPH07150337A (ja) | 1995-06-13 |
Family
ID=17914729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30292193A Pending JPH07150337A (ja) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | 窒化膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07150337A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6315840B1 (en) * | 1998-06-18 | 2001-11-13 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member |
| US6494461B1 (en) * | 1998-08-24 | 2002-12-17 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member |
| NL1019395C2 (nl) * | 2001-11-19 | 2003-05-20 | Univ Delft Tech | Werkwijze en inrichting voor sputtercoaten van functionele coatings. |
| JP2003321763A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 被覆部材 |
-
1993
- 1993-12-02 JP JP30292193A patent/JPH07150337A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6315840B1 (en) * | 1998-06-18 | 2001-11-13 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member |
| US6494461B1 (en) * | 1998-08-24 | 2002-12-17 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | Sliding member |
| NL1019395C2 (nl) * | 2001-11-19 | 2003-05-20 | Univ Delft Tech | Werkwijze en inrichting voor sputtercoaten van functionele coatings. |
| JP2003321763A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 被覆部材 |
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