JPH07316816A - 硬質層被覆部材 - Google Patents
硬質層被覆部材Info
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- JPH07316816A JPH07316816A JP11087194A JP11087194A JPH07316816A JP H07316816 A JPH07316816 A JP H07316816A JP 11087194 A JP11087194 A JP 11087194A JP 11087194 A JP11087194 A JP 11087194A JP H07316816 A JPH07316816 A JP H07316816A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】基体１上に、接合層２、金属炭化物と金属窒化
物の少なくとも１種からなるセラミック層５、および硬
質炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質層３を
順次積層してなる硬質層被覆部材、あるいは基体１上
に、接合層２、金属層６、セラミック層５および硬質層
３を順次積層してなる硬質層被覆部材であって、セラミ
ック層５と硬質層３との間に両者の成分の混合層４が存
在することを特徴とする。 【効果】硬質層の基体に対する密着性が向上するため硬
質層の剥離やクラックの発生を防止し、被覆部材の安定
性を向上できることから硬質層被覆部材の応力分野をさ
らに拡大することができる。
物の少なくとも１種からなるセラミック層５、および硬
質炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質層３を
順次積層してなる硬質層被覆部材、あるいは基体１上
に、接合層２、金属層６、セラミック層５および硬質層
３を順次積層してなる硬質層被覆部材であって、セラミ
ック層５と硬質層３との間に両者の成分の混合層４が存
在することを特徴とする。 【効果】硬質層の基体に対する密着性が向上するため硬
質層の剥離やクラックの発生を防止し、被覆部材の安定
性を向上できることから硬質層被覆部材の応力分野をさ
らに拡大することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドやダイヤ
モンド状炭素（ＤＬＣ）などの硬質炭素や立方晶窒化硼
素からなる硬質層が被覆された硬質層被覆部材に関し、
例えば、切削工具、耐摩耗性部品、ヒートシンク、ヒー
タ、静電チャック、耐食性部品、成形金型、加工治具等
に用いられる硬質層被覆部材に関するものである。
モンド状炭素（ＤＬＣ）などの硬質炭素や立方晶窒化硼
素からなる硬質層が被覆された硬質層被覆部材に関し、
例えば、切削工具、耐摩耗性部品、ヒートシンク、ヒー
タ、静電チャック、耐食性部品、成形金型、加工治具等
に用いられる硬質層被覆部材に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来から、ダイヤモンドやダイヤモンド状
炭素（ＤＬＣ）などの硬質炭素、立方晶窒化硼素等の硬
質材料は気相合成法によって薄膜化が可能となり、これ
によりその優れた耐摩耗性や熱伝導性を利用した各種の
分野への応用が期待されている。
炭素（ＤＬＣ）などの硬質炭素、立方晶窒化硼素等の硬
質材料は気相合成法によって薄膜化が可能となり、これ
によりその優れた耐摩耗性や熱伝導性を利用した各種の
分野への応用が期待されている。
【０００３】しかし、上記硬質層は、セラミックスや超
硬合金あるいは金属との密着性が低く、外力や熱応力に
よって剥離しやすいという問題があった。そこで、ダイ
ヤモンドを基材上に気相法により形成した後に基材を除
去してダイヤモンド層単体を得、これを超硬工具などの
基体にロウ付けすることが提案されている（特公平４−
１８９７５号）。
硬合金あるいは金属との密着性が低く、外力や熱応力に
よって剥離しやすいという問題があった。そこで、ダイ
ヤモンドを基材上に気相法により形成した後に基材を除
去してダイヤモンド層単体を得、これを超硬工具などの
基体にロウ付けすることが提案されている（特公平４−
１８９７５号）。
【０００４】また最近では、基材表面にダイヤモンド層
と金属層を順次被覆した後、基材を除去し、ダイヤモン
ド層と金属層との積層体の金属層側を他の基体の表面に
ロウ付けした切削工具が特開平５−２３７７０８号に提
案されている。
と金属層を順次被覆した後、基材を除去し、ダイヤモン
ド層と金属層との積層体の金属層側を他の基体の表面に
ロウ付けした切削工具が特開平５−２３７７０８号に提
案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、基材
を除去した後のダイヤモンド層単体を他の基体にロウ付
けする方法では、ダイヤモンドを強固に接着するための
ロウ付け方法やそのための適切なロウ材が見当たらず、
実用化が難しいものであった。また、この方法によれ
ば、厚さ０．１ｍｍ以上の厚いダイヤモンド層を生成す
る必要があり、そのために製法が制限されたり、成膜に
長時間を要するためコストが高くなるという問題があ
る。
を除去した後のダイヤモンド層単体を他の基体にロウ付
けする方法では、ダイヤモンドを強固に接着するための
ロウ付け方法やそのための適切なロウ材が見当たらず、
実用化が難しいものであった。また、この方法によれ
ば、厚さ０．１ｍｍ以上の厚いダイヤモンド層を生成す
る必要があり、そのために製法が制限されたり、成膜に
長時間を要するためコストが高くなるという問題があ
る。
【０００６】一方、ダイヤモンド層に金属層を設けて基
体にロウ付けする方法では、ダイヤモンド層と金属層と
の密着性が充分でなく、ダイヤモンド層の金属層からの
剥離、クラック、摩耗量が増加するなどの問題があっ
た。
体にロウ付けする方法では、ダイヤモンド層と金属層と
の密着性が充分でなく、ダイヤモンド層の金属層からの
剥離、クラック、摩耗量が増加するなどの問題があっ
た。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】そこで、本発明者は、
硬質層の剥離の原因となっている硬質層と基体との密着
性を向上し、硬質層の剥離やクラックの発生を低減する
ための層構成について検討を重ねた結果、ダイヤモンド
などの硬質炭素や立方晶窒化硼素等からなる硬質層と、
その直下層との間に、直下層の構成成分と硬質層形成成
分との混合層を設けることにより、硬質層の密着性に優
れた被覆部材が得られることを知見し、本発明に至っ
た。
硬質層の剥離の原因となっている硬質層と基体との密着
性を向上し、硬質層の剥離やクラックの発生を低減する
ための層構成について検討を重ねた結果、ダイヤモンド
などの硬質炭素や立方晶窒化硼素等からなる硬質層と、
その直下層との間に、直下層の構成成分と硬質層形成成
分との混合層を設けることにより、硬質層の密着性に優
れた被覆部材が得られることを知見し、本発明に至っ
た。
【０００８】即ち、本発明の硬質層被覆部材は、基体上
に、接合層、金属炭化物と金属窒化物との少なくとも１
種からなるセラミック層、および硬質炭素と窒化硼素と
の少なくとも１種からなる硬質層を順次積層してなる硬
質層被覆部材、あるいは基体上に、接合層、金属層、金
属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種からなるセラミ
ック層、および硬質炭素と窒化硼素の少なくとも１種か
らなる硬質層を順次積層してなる硬質層被覆部材であっ
て、前記セラミック層と前記硬質層との間に両者の成分
の混合層が存在することを特徴とするものである。さら
には、基体上に、接合層、金属層および硬質炭素と窒化
硼素の少なくとも１種からなる硬質層を順次積層してな
る硬質層被覆部材であって、前記金属層と前記硬質層と
の間に前記金属層を構成する金属の炭化物と窒化物の少
なくとも１種と、硬質層成分との混合層が存在すること
を特徴とするものである。
に、接合層、金属炭化物と金属窒化物との少なくとも１
種からなるセラミック層、および硬質炭素と窒化硼素と
の少なくとも１種からなる硬質層を順次積層してなる硬
質層被覆部材、あるいは基体上に、接合層、金属層、金
属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種からなるセラミ
ック層、および硬質炭素と窒化硼素の少なくとも１種か
らなる硬質層を順次積層してなる硬質層被覆部材であっ
て、前記セラミック層と前記硬質層との間に両者の成分
の混合層が存在することを特徴とするものである。さら
には、基体上に、接合層、金属層および硬質炭素と窒化
硼素の少なくとも１種からなる硬質層を順次積層してな
る硬質層被覆部材であって、前記金属層と前記硬質層と
の間に前記金属層を構成する金属の炭化物と窒化物の少
なくとも１種と、硬質層成分との混合層が存在すること
を特徴とするものである。
【０００９】以下、本発明を図面をもとに詳述する。図
１乃至図３は、本発明の硬質層被覆部材の層構成を説明
するための図である。図中、いずれも１は基体、２は接
合層、３は硬質炭素や窒化硼素からなる硬質層である。
１乃至図３は、本発明の硬質層被覆部材の層構成を説明
するための図である。図中、いずれも１は基体、２は接
合層、３は硬質炭素や窒化硼素からなる硬質層である。
【００１０】図１および図３の本願発明の態様によれ
ば、硬質炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質
層３の直下に存在する層と硬質層成分との混合層４が存
在する点に大きな特徴を有する。
ば、硬質炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質
層３の直下に存在する層と硬質層成分との混合層４が存
在する点に大きな特徴を有する。
【００１１】図１の構成によれば、基体１の表面に接合
層２を介して金属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種
からなるセラミック層５が被覆され、さらにセラミック
層５の上には、前述したような混合層４を介して硬質層
３が形成されている。この構成によれば、混合層４は、
セラミック層５の成分である金属炭化物と金属窒化物の
少なくとも１種と、硬質層成分である硬質炭素または窒
化硼素から構成されることになる。
層２を介して金属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種
からなるセラミック層５が被覆され、さらにセラミック
層５の上には、前述したような混合層４を介して硬質層
３が形成されている。この構成によれば、混合層４は、
セラミック層５の成分である金属炭化物と金属窒化物の
少なくとも１種と、硬質層成分である硬質炭素または窒
化硼素から構成されることになる。
【００１２】図１の構成において、基体１としては金
属、超硬合金、セラミックあるいはサーメットなどが選
択されるが、プラスチックなどの有機材料でも接合時に
高温加熱しない方法であれば容易に適用できる。
属、超硬合金、セラミックあるいはサーメットなどが選
択されるが、プラスチックなどの有機材料でも接合時に
高温加熱しない方法であれば容易に適用できる。
【００１３】また、接合層２は、接合層２より上の積層
構造物を基体１に接合するためのものであり、ＡｇやＡ
ｕ−Ｓｎ等のロウ材、エポキシ樹脂等の有機性接着材、
シリコン樹脂等の接着剤からなるもので、接合層は０．
０１〜２ｍｍ、望ましくは０．０５〜０．５ｍｍの厚み
で形成される。
構造物を基体１に接合するためのものであり、ＡｇやＡ
ｕ−Ｓｎ等のロウ材、エポキシ樹脂等の有機性接着材、
シリコン樹脂等の接着剤からなるもので、接合層は０．
０１〜２ｍｍ、望ましくは０．０５〜０．５ｍｍの厚み
で形成される。
【００１４】セラミック層５は、その上に位置する硬質
層とその下に位置する接合層２および基体１との残留応
力を小さくする目的で設けられるものであり、金属の炭
化物、窒化物のうち少なくとも１種から構成される。具
体的には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、ＳｉおよびＧｅの金属の炭化物、
窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも１種から
形成される。なお、セラミック層５は、その機能および
コスト的な観点から０．００１〜３ｍｍの厚みで形成さ
れるが、使用条件などを考慮すると０．００５〜０．５
ｍｍ、さらには０．０１〜０．１ｍｍが最適である。
層とその下に位置する接合層２および基体１との残留応
力を小さくする目的で設けられるものであり、金属の炭
化物、窒化物のうち少なくとも１種から構成される。具
体的には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、ＳｉおよびＧｅの金属の炭化物、
窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも１種から
形成される。なお、セラミック層５は、その機能および
コスト的な観点から０．００１〜３ｍｍの厚みで形成さ
れるが、使用条件などを考慮すると０．００５〜０．５
ｍｍ、さらには０．０１〜０．１ｍｍが最適である。
【００１５】そして、混合層４は、硬質層３とセラミッ
ク層５との密着性を高めるとともに、応力を緩和するた
めに形成されるものである。この混合層４は、前述のよ
うに上記セラミック層形成成分と硬質層形成成分の混合
体からなるが、その混合比率は特別限定するものでなく
応力を緩和するに適当な混合比率であればよく、場合に
よっては、セラミック層側から硬質層側にかけて硬質層
形成成分の含有量が徐々に、あるいは段階的に多くなる
ような傾斜組成になるように形成することもできる。な
お、この混合層４は１〜１００μｍ、特に３〜５０μ
ｍ、さらに望ましくは５〜２０μｍの厚みで形成される
のがよい。
ク層５との密着性を高めるとともに、応力を緩和するた
めに形成されるものである。この混合層４は、前述のよ
うに上記セラミック層形成成分と硬質層形成成分の混合
体からなるが、その混合比率は特別限定するものでなく
応力を緩和するに適当な混合比率であればよく、場合に
よっては、セラミック層側から硬質層側にかけて硬質層
形成成分の含有量が徐々に、あるいは段階的に多くなる
ような傾斜組成になるように形成することもできる。な
お、この混合層４は１〜１００μｍ、特に３〜５０μ
ｍ、さらに望ましくは５〜２０μｍの厚みで形成される
のがよい。
【００１６】さらに、この混合層４の表面に形成される
硬質層３は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、非晶
質炭素などの硬質炭素、あるいは立方晶窒化硼素などの
硬質の窒化硼素からなるものである。この硬質層３は、
その層厚が厚いとその特性が発揮されるが、耐摩耗部
材、摺動部材、工具などは表面のみ重要であり、成膜コ
ストを考慮すると短時間で成膜した方が好ましく、必ず
しも厚い膜は必要ない。
硬質層３は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、非晶
質炭素などの硬質炭素、あるいは立方晶窒化硼素などの
硬質の窒化硼素からなるものである。この硬質層３は、
その層厚が厚いとその特性が発揮されるが、耐摩耗部
材、摺動部材、工具などは表面のみ重要であり、成膜コ
ストを考慮すると短時間で成膜した方が好ましく、必ず
しも厚い膜は必要ない。
【００１７】機械部品や工具等の応用に関してはダイヤ
モンドの膜厚が３００μｍ以下であること、好ましくは
３〜１００μｍである。切り込み量の少ない条件で使用
する切削工具や低負荷の機械部品や摺動部品では１μｍ
〜５０μｍで、特に１〜１０μｍで充分である。
モンドの膜厚が３００μｍ以下であること、好ましくは
３〜１００μｍである。切り込み量の少ない条件で使用
する切削工具や低負荷の機械部品や摺動部品では１μｍ
〜５０μｍで、特に１〜１０μｍで充分である。
【００１８】図１に示すような層構成の被覆部材を作製
する方法としては、例えば、シリコンや金属などの基材
上に硬質層を形成し、その上に金属炭化物と金属窒化物
の少なくとも１種と硬質層成分との混合層を形成し、し
かる後に金属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種から
なるセラミック層を形成する。その後、セラミック層や
硬質層に影響を及ぼさない方法、例えば、機械的研磨や
エッチングにより母材を除去し、硬質層、混合層、セラ
ミック層からなる複合積層体を得る。そして、上記複合
積層体のセラミック層側を所定の基体の任意箇所にロウ
付けなどによる接合層を介して接合する。なお、初期の
基材の除去は、複合体と基体との接合前でも接合後でも
いずれでもかまわない。
する方法としては、例えば、シリコンや金属などの基材
上に硬質層を形成し、その上に金属炭化物と金属窒化物
の少なくとも１種と硬質層成分との混合層を形成し、し
かる後に金属炭化物と金属窒化物の少なくとも１種から
なるセラミック層を形成する。その後、セラミック層や
硬質層に影響を及ぼさない方法、例えば、機械的研磨や
エッチングにより母材を除去し、硬質層、混合層、セラ
ミック層からなる複合積層体を得る。そして、上記複合
積層体のセラミック層側を所定の基体の任意箇所にロウ
付けなどによる接合層を介して接合する。なお、初期の
基材の除去は、複合体と基体との接合前でも接合後でも
いずれでもかまわない。
【００１９】なお、上記各層の形成方法としては、真空
蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティングなどの
物理気相法（ＰＶＤ法）でも、熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法、光ＣＶＤ法などの化学気相法（ＣＶＤ法）のい
ずれでもよいが、各層の形成の容易性の点ではＣＶＤ法
が最もよい。中でも低温で成膜できるプラズマＣＶＤ法
が良い。
蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティングなどの
物理気相法（ＰＶＤ法）でも、熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法、光ＣＶＤ法などの化学気相法（ＣＶＤ法）のい
ずれでもよいが、各層の形成の容易性の点ではＣＶＤ法
が最もよい。中でも低温で成膜できるプラズマＣＶＤ法
が良い。
【００２０】次に、図２の態様によれば、基体１の表面
に接合層２、セラミック層５、混合層４および硬質層３
がこの順序で形成される点においては、図１の態様と変
わりないが、図２の態様によれば、接合層２とセラミッ
ク層５との間に金属層６を介在させることが特徴であ
る。
に接合層２、セラミック層５、混合層４および硬質層３
がこの順序で形成される点においては、図１の態様と変
わりないが、図２の態様によれば、接合層２とセラミッ
ク層５との間に金属層６を介在させることが特徴であ
る。
【００２１】この金属層６は、基体１との接合層２によ
る接合強度を高めるために形成されるものであり、特に
Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、ＴａおよびＮｂから選ば
れる少なくとも１種の金属からなるもので、厚みは０．
０５〜１．１ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍであること
が望ましい。機械的な応力が加わる場合には、金属層は
Ｗが好ましい。このような金属層を形成することによ
り、基体が金属や超硬合金の場合には金属対金属の接合
となるため接合強度が向上でき、基体がセラミックの場
合には金属層の存在により応力を緩和することができ、
接合強度を高めることができる。
る接合強度を高めるために形成されるものであり、特に
Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、ＴａおよびＮｂから選ば
れる少なくとも１種の金属からなるもので、厚みは０．
０５〜１．１ｍｍ、特に０．１〜０．５ｍｍであること
が望ましい。機械的な応力が加わる場合には、金属層は
Ｗが好ましい。このような金属層を形成することによ
り、基体が金属や超硬合金の場合には金属対金属の接合
となるため接合強度が向上でき、基体がセラミックの場
合には金属層の存在により応力を緩和することができ、
接合強度を高めることができる。
【００２２】図２の態様の被覆部材は、図１にて説明し
たような工程と同様な方法により作製することができる
が、除去可能な基材の表面に前述した方法により硬質層
３、混合層４、セラミック層５を形成した後、さらに気
相等により金属層６を形成した後、その金属層６側を所
定の基体の箇所に接合層２を介して接合することにより
得られる。
たような工程と同様な方法により作製することができる
が、除去可能な基材の表面に前述した方法により硬質層
３、混合層４、セラミック層５を形成した後、さらに気
相等により金属層６を形成した後、その金属層６側を所
定の基体の箇所に接合層２を介して接合することにより
得られる。
【００２３】また、図３の態様は、基体１の表面に接合
層２、金属層６、混合層７および硬質層３が形成された
ものであり、この場合、混合層７は、金属層６を構成す
る金属の炭化物あるいは窒化物の少なくとも１種と硬質
層成分から構成されることになる。混合層を形成する炭
化物、窒化物としては具体的には、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｎｉ、ＴａおよびＮｂの金属の炭化物、窒化物ある
いは炭窒化物の少なくとも１種であり、好適な組み合わ
せとしては、硬質層が硬質炭素である場合には金属炭化
物、窒化硼素である場合には金属窒化物を形成すること
が望ましい。この場合も混合層４と同様に混合層７は１
〜１００μｍ、特に５〜７０μｍの厚みで形成されるこ
とが望ましい。
層２、金属層６、混合層７および硬質層３が形成された
ものであり、この場合、混合層７は、金属層６を構成す
る金属の炭化物あるいは窒化物の少なくとも１種と硬質
層成分から構成されることになる。混合層を形成する炭
化物、窒化物としては具体的には、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｎｉ、ＴａおよびＮｂの金属の炭化物、窒化物ある
いは炭窒化物の少なくとも１種であり、好適な組み合わ
せとしては、硬質層が硬質炭素である場合には金属炭化
物、窒化硼素である場合には金属窒化物を形成すること
が望ましい。この場合も混合層４と同様に混合層７は１
〜１００μｍ、特に５〜７０μｍの厚みで形成されるこ
とが望ましい。
【００２４】また、図３の態様を作製する場合には、基
本的には図１および図２の態様の場合の手法と変わりな
く、除去可能な基材の表面に、硬質層３、混合層７、金
属層６を形成した後、金属層６側を所定の基体１の表面
に接合層２を介して接合することにより得ることができ
る。
本的には図１および図２の態様の場合の手法と変わりな
く、除去可能な基材の表面に、硬質層３、混合層７、金
属層６を形成した後、金属層６側を所定の基体１の表面
に接合層２を介して接合することにより得ることができ
る。
【００２５】
【作用】本発明の硬質層被覆部材によれば、ダイヤモン
ドなどの硬質炭素や立方晶窒化硼素などからなる硬質層
と基体との間に、接合層と、金属層および／またはセラ
ミック層、混合層が介在する。通常、ダイヤモンドの熱
膨張係数は金属やサーメットの熱膨張係数に比べて小さ
いので、ダイヤモンド層（硬質層）に隣接する層との間
で、成膜時の残留応力によって硬質層に応力を誘起し、
特性劣化の原因になったり剥離やクラック発生の原因と
なる。
ドなどの硬質炭素や立方晶窒化硼素などからなる硬質層
と基体との間に、接合層と、金属層および／またはセラ
ミック層、混合層が介在する。通常、ダイヤモンドの熱
膨張係数は金属やサーメットの熱膨張係数に比べて小さ
いので、ダイヤモンド層（硬質層）に隣接する層との間
で、成膜時の残留応力によって硬質層に応力を誘起し、
特性劣化の原因になったり剥離やクラック発生の原因と
なる。
【００２６】そのため、基体と硬質層との間にセラミッ
ク層５や、金属層６を介在させることにより基体との密
着性を高めることができるが、本発明によれば、さらに
これらのセラミック層や金属層との間に、硬質層形成成
分とセラミック層形成成分との混合層、あるいは硬質層
形成成分と金属層の構成元素の炭化物や窒化物との混合
層を形成することにより、硬質層内の応力が分散され、
基体との密着性が強化され、硬質層の基体からの剥離や
クラックの発生を防止することができる。
ク層５や、金属層６を介在させることにより基体との密
着性を高めることができるが、本発明によれば、さらに
これらのセラミック層や金属層との間に、硬質層形成成
分とセラミック層形成成分との混合層、あるいは硬質層
形成成分と金属層の構成元素の炭化物や窒化物との混合
層を形成することにより、硬質層内の応力が分散され、
基体との密着性が強化され、硬質層の基体からの剥離や
クラックの発生を防止することができる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明を次の例で説明する。 実施例１ 単結晶シリコン基材上にプラズマＣＶＤ法によって、Ｃ
Ｈ4 濃度０．５％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２０μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を形成した。その後、ダイヤモンドとＳｉＣ、ＴｉＣと
の混合層を形成した。この混合層は、Ｓｉ（ＣＨ3 ）4
濃度５００ｐｐｍのＨ2 ／Ｓｉ（ＣＨ3）4 混合ガスを
２０ｓｃｃｍ・ＣＨ4 １．０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス１８０
ｓｃｃｍの流量で導入するか、あるいはＴｉＣｌ4 濃度
５００ｐｐｍのＨ2 ／ＴｉＣｌ4混合ガスを１００ｓｃ
ｃｍ、ＣＨ4 ガスを１．０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスを１００
ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力０．３０ｋＰａで成膜を
行った。そして、この混合層の上にさらに、周知のプラ
ズマＣＶＤ法により表１に示すセラミック層を形成し
た。
Ｈ4 濃度０．５％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２０μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を形成した。その後、ダイヤモンドとＳｉＣ、ＴｉＣと
の混合層を形成した。この混合層は、Ｓｉ（ＣＨ3 ）4
濃度５００ｐｐｍのＨ2 ／Ｓｉ（ＣＨ3）4 混合ガスを
２０ｓｃｃｍ・ＣＨ4 １．０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス１８０
ｓｃｃｍの流量で導入するか、あるいはＴｉＣｌ4 濃度
５００ｐｐｍのＨ2 ／ＴｉＣｌ4混合ガスを１００ｓｃ
ｃｍ、ＣＨ4 ガスを１．０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガスを１００
ｓｃｃｍの流量で導入し、圧力０．３０ｋＰａで成膜を
行った。そして、この混合層の上にさらに、周知のプラ
ズマＣＶＤ法により表１に示すセラミック層を形成し
た。
【００２８】次に、シリコン基材を酸処理によって除去
した後、この積層構造体のセラミック層側を銀ロウを用
い、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系超硬合金工具の刃先部にロウ
付けした。なお、この時のロウ材からなる接合層の厚み
は５０μｍであった。
した後、この積層構造体のセラミック層側を銀ロウを用
い、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系超硬合金工具の刃先部にロウ
付けした。なお、この時のロウ材からなる接合層の厚み
は５０μｍであった。
【００２９】得られた被覆部材を切削工具として切削試
験を行なった。切削試験は被削材としてＡｌ−Ｓｉ（１
２％）を用い、切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ、切り込み
０．２ｍｍ、送り２ｍｍ／ｒｅｖで硬質層の剥離が生じ
るまでの時間を測定し、最長６０分まで試験を行った。
験を行なった。切削試験は被削材としてＡｌ−Ｓｉ（１
２％）を用い、切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ、切り込み
０．２ｍｍ、送り２ｍｍ／ｒｅｖで硬質層の剥離が生じ
るまでの時間を測定し、最長６０分まで試験を行った。
【００３０】
【表１】
【００３１】実施例２ 単結晶シリコン基材上にイオンアシスト法によって多結
晶立方晶窒化硼素層を１５μｍの厚みで形成した。その
後、窒化硼素とＳｉ3 Ｎ4 、ＴｉＮあるいはＡｌＮとの
混合層を形成した。この混合層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａ
ｌを蒸着しながら窒素イオンを照射して形成した。そし
て、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法により表
２に示すセラミック層を形成した。
晶立方晶窒化硼素層を１５μｍの厚みで形成した。その
後、窒化硼素とＳｉ3 Ｎ4 、ＴｉＮあるいはＡｌＮとの
混合層を形成した。この混合層は、Ｂ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａ
ｌを蒸着しながら窒素イオンを照射して形成した。そし
て、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法により表
２に示すセラミック層を形成した。
【００３２】次に、シリコン基材を酸処理によって除去
した後、この積層構造体のセラミック層側を銀ロウを用
い、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系超硬合金工具の刃先部にロウ
付けした。なお、この時のロウ材からなる接合層の厚み
は７０μｍであった。得られた被覆部材を切削工具とし
て実施例１と同様な条件で切削試験を行ない評価を行い
結果を表２に示した。
した後、この積層構造体のセラミック層側を銀ロウを用
い、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系超硬合金工具の刃先部にロウ
付けした。なお、この時のロウ材からなる接合層の厚み
は７０μｍであった。得られた被覆部材を切削工具とし
て実施例１と同様な条件で切削試験を行ない評価を行い
結果を表２に示した。
【００３３】
【表２】
【００３４】実施例３ 単結晶シリコン基材上にプラズマＣＶＤ法によって、Ｃ
Ｈ4 濃度０．４％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２５μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を、あるいは実施例２と同様な方法で３μｍの立方晶窒
化硼素膜を形成した。そして、その硬質層の表面に実施
例１と同様な方法でダイヤモンドと金属炭化物あるいは
金属窒化物の混合層、あるいは窒化硼素と金属炭化物あ
るいは金属窒化物の混合層を所定の厚みで形成した。そ
して、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法により
表３に示すセラミック層および金属層を順次形成した。
Ｈ4 濃度０．４％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２５μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を、あるいは実施例２と同様な方法で３μｍの立方晶窒
化硼素膜を形成した。そして、その硬質層の表面に実施
例１と同様な方法でダイヤモンドと金属炭化物あるいは
金属窒化物の混合層、あるいは窒化硼素と金属炭化物あ
るいは金属窒化物の混合層を所定の厚みで形成した。そ
して、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法により
表３に示すセラミック層および金属層を順次形成した。
【００３５】次に、前記シリコン基材を機械的に除去し
た後、この積層構造体の金属層側を銀ロウを用い、Ｔｉ
ＣＮ−ＴａＣ−ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｏ系サーメット工具の刃
先部にロウ付けした。なお、この時のロウ材からなる接
合層の厚みは７０μｍであった。得られた被覆部材を切
削工具として実施例１と同様な条件で切削試験を行ない
評価を行い結果を表３に示した。
た後、この積層構造体の金属層側を銀ロウを用い、Ｔｉ
ＣＮ−ＴａＣ−ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｏ系サーメット工具の刃
先部にロウ付けした。なお、この時のロウ材からなる接
合層の厚みは７０μｍであった。得られた被覆部材を切
削工具として実施例１と同様な条件で切削試験を行ない
評価を行い結果を表３に示した。
【００３６】
【表３】
【００３７】実施例４ 単結晶シリコン基材上にプラズマＣＶＤ法によって、Ｃ
Ｈ4 濃度０．４％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２５μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を、あるいは実施例２と同様な方法で１０μｍの立方晶
窒化硼素膜を形成した。そして、その硬質層の表面に実
施例１と同様な方法で、ダイヤモンドと金属炭化物ある
いは金属窒化物の混合層、または窒化硼素と金属炭化物
あるいは金属窒化物の混合層を所定の厚みで形成した。
そして、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法によ
り表４に示す金属層を形成した。
Ｈ4 濃度０．４％のＨ2 ／ＣＨ4 混合ガスで圧力０．３
０ｋＰａで２５μｍの多結晶ダイヤモンド層（硬質層）
を、あるいは実施例２と同様な方法で１０μｍの立方晶
窒化硼素膜を形成した。そして、その硬質層の表面に実
施例１と同様な方法で、ダイヤモンドと金属炭化物ある
いは金属窒化物の混合層、または窒化硼素と金属炭化物
あるいは金属窒化物の混合層を所定の厚みで形成した。
そして、この混合層の上にさらに、周知のＣＶＤ法によ
り表４に示す金属層を形成した。
【００３８】次に、シリコン基材を機械的に除去した
後、この積層構造体の金属層側を銀ロウからなるロウ材
を用い、ＴｉＣＮ−ＴａＣ−ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｏ系サーメ
ット工具の刃先部にロウ付けした。なお、この時のロウ
材からなる接合層の厚みは６０μｍであった。得られた
被覆部材を切削工具として実施例１と同様な条件で切削
試験を行ないその結果を表４に示した。
後、この積層構造体の金属層側を銀ロウからなるロウ材
を用い、ＴｉＣＮ−ＴａＣ−ＷＣ−Ｎｉ−Ｃｏ系サーメ
ット工具の刃先部にロウ付けした。なお、この時のロウ
材からなる接合層の厚みは６０μｍであった。得られた
被覆部材を切削工具として実施例１と同様な条件で切削
試験を行ないその結果を表４に示した。
【００３９】
【表４】
【００４０】表１乃至表４の結果から明らかなように、
混合層を形成しない試料に比較して混合層を形成した本
発明品は、いずれも切削試験結果で硬質層の剥離が生じ
にくく、耐久性に優れるものであった。
混合層を形成しない試料に比較して混合層を形成した本
発明品は、いずれも切削試験結果で硬質層の剥離が生じ
にくく、耐久性に優れるものであった。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、ダ
イヤモンドや立方晶窒化硼素などの硬質層を表面に有す
る硬質部材において、硬質層をセラミック層や金属層を
介してロウ材などにより基体に接合するとともに、硬質
層とセラミック層あるいは金属層間に所定の混合層を形
成せしめることにより、硬質層の基体に対する密着性が
向上するために剥離やクラックの発生を防止し、被覆部
材の安定性を向上できることから硬質層被覆部材の応用
分野をさらに拡大することができる。
イヤモンドや立方晶窒化硼素などの硬質層を表面に有す
る硬質部材において、硬質層をセラミック層や金属層を
介してロウ材などにより基体に接合するとともに、硬質
層とセラミック層あるいは金属層間に所定の混合層を形
成せしめることにより、硬質層の基体に対する密着性が
向上するために剥離やクラックの発生を防止し、被覆部
材の安定性を向上できることから硬質層被覆部材の応用
分野をさらに拡大することができる。
【図１】本発明の硬質層被覆部材の構造を説明するため
の図である。
の図である。
【図２】本発明の硬質層被覆部材の他の構造を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】本発明の硬質層被覆部材の他の構造を説明する
ための図である。
ための図である。
１ 基体 ２ 接合層 ３ 硬質層 ４，７ 混合層 ５ セラミック層 ６ 金属層
Claims (3)
- 【請求項１】基体上に、接合層、金属炭化物と金属窒化
物の少なくとも１種からなるセラミック層、および硬質
炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質層を順次
積層してなる硬質層被覆部材であって、前記セラミック
層と前記硬質層との間に両者の成分の混合層が存在する
ことを特徴とする硬質層被覆部材。 - 【請求項２】基体上に、接合層、金属層、金属炭化物と
金属窒化物の少なくとも１種からなるセラミック層、お
よび硬質炭素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質
層を順次積層してなる硬質層被覆部材であって、前記セ
ラミック層と前記硬質層との間に両者の成分の混合層が
存在することを特徴とする硬質層被覆部材。 - 【請求項３】基体上に、接合層、金属層、および硬質炭
素と窒化硼素の少なくとも１種からなる硬質層を順次積
層してなる硬質層被覆部材であって、前記金属層と前記
硬質層との間に前記金属層を構成する金属の炭化物、窒
化物の少なくとも１種と、前記硬質層成分との混合層が
存在することを特徴とする硬質層被覆部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087194A JPH07316816A (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 硬質層被覆部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11087194A JPH07316816A (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 硬質層被覆部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07316816A true JPH07316816A (ja) | 1995-12-05 |
Family
ID=14546820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11087194A Pending JPH07316816A (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | 硬質層被覆部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07316816A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10158815A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Nissin Electric Co Ltd | 静電チャック用被保持物配置部材及びその製造方法並びに静電チャック |
| WO2002099879A1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-12 | Tokuyama Corporation | Heat sink and its manufacturing method |
| US7332695B2 (en) * | 1997-06-25 | 2008-02-19 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Carbon heating element and method of producing same |
| JP2021038629A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | チャイナ イノベーション アカデミー オブ インテリジェント イクイップメント カンパニー．，リミテッド．Ｃｈｉｎａ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ａｃａｄｅｍｙ Ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシン |
-
1994
- 1994-05-25 JP JP11087194A patent/JPH07316816A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10158815A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Nissin Electric Co Ltd | 静電チャック用被保持物配置部材及びその製造方法並びに静電チャック |
| US7332695B2 (en) * | 1997-06-25 | 2008-02-19 | Mitsubishi Pencil Co., Ltd. | Carbon heating element and method of producing same |
| WO2002099879A1 (en) * | 2001-05-30 | 2002-12-12 | Tokuyama Corporation | Heat sink and its manufacturing method |
| US6758264B2 (en) | 2001-05-30 | 2004-07-06 | Tokuyama Corporation | Heat sink and its manufacturing method |
| JP2021038629A (ja) * | 2019-09-02 | 2021-03-11 | チャイナ イノベーション アカデミー オブ インテリジェント イクイップメント カンパニー．，リミテッド．Ｃｈｉｎａ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ａｃａｄｅｍｙ Ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 耐摩耗性皮膜層、その形成方法、シールドマシン用ローラーカッターのカッターリング、シールドマシン用ローラーカッター及びシールドマシン |
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