JPH09228050A - カーボン硬質膜を被覆したセラミックス部材 - Google Patents
カーボン硬質膜を被覆したセラミックス部材Info
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- JPH09228050A JPH09228050A JP3794596A JP3794596A JPH09228050A JP H09228050 A JPH09228050 A JP H09228050A JP 3794596 A JP3794596 A JP 3794596A JP 3794596 A JP3794596 A JP 3794596A JP H09228050 A JPH09228050 A JP H09228050A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 各種セラミックス部材とカーボン硬質膜との
密着性を向上し、カーボン硬質膜の剥離等の発生を低減
することができるカーボン硬質膜を提供する。 【解決手段】 各種セラミックス部材４とカーボン硬質
膜１との間に、クロムまたはチタンを主体とする下層３
とシリコンまたはゲルマニウムを主体とする上層２とか
らなる中間層５を介在させることでなされる。
密着性を向上し、カーボン硬質膜の剥離等の発生を低減
することができるカーボン硬質膜を提供する。 【解決手段】 各種セラミックス部材４とカーボン硬質
膜１との間に、クロムまたはチタンを主体とする下層３
とシリコンまたはゲルマニウムを主体とする上層２とか
らなる中間層５を介在させることでなされる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素を含有す
るガス雰囲気中における気相合成法により、カーボン硬
質膜を被覆したセラミックス部材に関するものである。
るガス雰囲気中における気相合成法により、カーボン硬
質膜を被覆したセラミックス部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の気相合成法によって形成されるカ
ーボン硬質膜は、優れた耐摩耗性、高硬度、低摩擦係数
を有し、工具や耐摩耗材料への応用が期待されている。
しかし下地基材の種類によっては、剥離が起こり寿命が
短い、あるいは膜形成が不可能であるなどの問題があっ
た。すなわち、シリコンウェハー、超硬基板上にはカー
ボン硬質膜の形成は可能であるが、特に応用範囲の広い
アルミナ、ジルコニアをはじめとする各種セラミックス
部材への形成は剥離したり、また粉末状の生成物が堆積
するのみで膜形成が不可能であった。
ーボン硬質膜は、優れた耐摩耗性、高硬度、低摩擦係数
を有し、工具や耐摩耗材料への応用が期待されている。
しかし下地基材の種類によっては、剥離が起こり寿命が
短い、あるいは膜形成が不可能であるなどの問題があっ
た。すなわち、シリコンウェハー、超硬基板上にはカー
ボン硬質膜の形成は可能であるが、特に応用範囲の広い
アルミナ、ジルコニアをはじめとする各種セラミックス
部材への形成は剥離したり、また粉末状の生成物が堆積
するのみで膜形成が不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスにカーボン硬質膜を形成したい場合、セラミック
ス部材の表面を粗らすなどして、カーボン硬質膜を０．
８μｍ以下の薄い膜で形成する方法なども考えられでい
るが、部材表面を粗らすため応用範囲が限定され、また
カーボン硬質膜の厚みが薄いため、下地の影響を受けカ
ーボン硬質膜本来の機能を充分生かせず、密着性も得ら
れなかった。
ックスにカーボン硬質膜を形成したい場合、セラミック
ス部材の表面を粗らすなどして、カーボン硬質膜を０．
８μｍ以下の薄い膜で形成する方法なども考えられでい
るが、部材表面を粗らすため応用範囲が限定され、また
カーボン硬質膜の厚みが薄いため、下地の影響を受けカ
ーボン硬質膜本来の機能を充分生かせず、密着性も得ら
れなかった。
【０００４】そこで本発明は、各種セラミックス部材上
に気相合成法によって形成されるカーボン硬質膜を表面
の形状を損なわずに密着性良く形成することを可能に
し、安定性及び信頼性のある硬質膜を形成したセラミッ
クス部材を提供することを目的とするものである。
に気相合成法によって形成されるカーボン硬質膜を表面
の形状を損なわずに密着性良く形成することを可能に
し、安定性及び信頼性のある硬質膜を形成したセラミッ
クス部材を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、各種セラミッ
クス部材へ気相合成法によって形成されるカーボン硬質
膜を密着良く強固に形成する手段として、カーボン硬質
膜とセラミックス部材との間に両者の設置の密着性を著
しく改善する２層から成る中間層を設置した積層構造に
することによってカーボン硬質膜のコーティングを可能
にするものである。
クス部材へ気相合成法によって形成されるカーボン硬質
膜を密着良く強固に形成する手段として、カーボン硬質
膜とセラミックス部材との間に両者の設置の密着性を著
しく改善する２層から成る中間層を設置した積層構造に
することによってカーボン硬質膜のコーティングを可能
にするものである。
【０００６】本発明において、カーボン硬質膜が強固な
密着性を保ちつつ形成可能な密着層を種種の金属薄膜、
窒化物薄膜、酸化物薄膜、半導体薄膜について検討した
結果、第４族元素であるシリコン、ゲルマニウムの薄膜
上に非常に密着良く安定性、再現性に優れて形成される
ことが明らかとなった。
密着性を保ちつつ形成可能な密着層を種種の金属薄膜、
窒化物薄膜、酸化物薄膜、半導体薄膜について検討した
結果、第４族元素であるシリコン、ゲルマニウムの薄膜
上に非常に密着良く安定性、再現性に優れて形成される
ことが明らかとなった。
【０００７】しかしながら、以上の得られた知見を利用
してシリコンあるいはゲルマニウム層を各種セラミック
ス部材上に種々の薄膜形成技術を利用して形成し、さら
にその上にカーボン硬質膜を形成するとシリコン層ある
いはゲルマニウム層は各種セラミックス部材との界面に
於ける密着性に劣るため、剥離する現象がたびたび生
じ、極めて安定性、信頼性に乏しい。そこでさらにシリ
コン層あるいはゲルマニウム層とセラミックス部材間に
クロムあるいはチタンから成るコンタクトメタル層を形
成することを提案した。クロムあるいはチタン層は各種
セラミックス部材とシリコンあるいはゲルマニウム間の
密着性に大きく寄与し、シリコンあるいはゲルマニウム
層を強固にセラミックス部材上に形成させることができ
る。それゆえ、以上のような２層から成る中間層を介在
させることにより、各種セラミックス部材へのカーボン
硬質膜の形成が可能となった。またさらに、密着性を強
化するために、無電解ニッケルメッキを基材上に形成
し、その上に前記中間層を積層し、硬質カーボン膜を形
成する。金属層を設けることにより中間層形成時にバイ
アス電圧を印加することができ、密着力が向上する。
してシリコンあるいはゲルマニウム層を各種セラミック
ス部材上に種々の薄膜形成技術を利用して形成し、さら
にその上にカーボン硬質膜を形成するとシリコン層ある
いはゲルマニウム層は各種セラミックス部材との界面に
於ける密着性に劣るため、剥離する現象がたびたび生
じ、極めて安定性、信頼性に乏しい。そこでさらにシリ
コン層あるいはゲルマニウム層とセラミックス部材間に
クロムあるいはチタンから成るコンタクトメタル層を形
成することを提案した。クロムあるいはチタン層は各種
セラミックス部材とシリコンあるいはゲルマニウム間の
密着性に大きく寄与し、シリコンあるいはゲルマニウム
層を強固にセラミックス部材上に形成させることができ
る。それゆえ、以上のような２層から成る中間層を介在
させることにより、各種セラミックス部材へのカーボン
硬質膜の形成が可能となった。またさらに、密着性を強
化するために、無電解ニッケルメッキを基材上に形成
し、その上に前記中間層を積層し、硬質カーボン膜を形
成する。金属層を設けることにより中間層形成時にバイ
アス電圧を印加することができ、密着力が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明において、図１の要部断面
図に示すように気相合成法により形成されたカーボン硬
質膜１は、基材との密着性を強化するために２層からな
る中間層５を形成する。すなわち、上層２にシリコンあ
るいはゲルマニウムを形成し、下層３にクロムあるいは
チタンを介してセラミックス部材４上に積層されてい
る。上層２のシリコンあるいはゲルマニウムはカーボン
硬質膜１との密着性を改善するために介在させるもので
あり、膜厚０．１μｍ以上で充分な効果を得ることがで
きるが、０．２〜０．５μｍが好ましい。下層３のクロ
ムまたはチタンは、膜厚０．０５μｍ以上で強固にセラ
ミックスと密着し、充分な効果を得ることができるが、
０．１〜０．３μｍの範囲が好ましい。中間層５の形成
には種々の薄膜技術を適用できる。すなわち、本発明で
はスパッタリング法で行ったが他に、真空蒸着法、イオ
ンプレーティング法、あるいは気相合成法が利用され
る。
図に示すように気相合成法により形成されたカーボン硬
質膜１は、基材との密着性を強化するために２層からな
る中間層５を形成する。すなわち、上層２にシリコンあ
るいはゲルマニウムを形成し、下層３にクロムあるいは
チタンを介してセラミックス部材４上に積層されてい
る。上層２のシリコンあるいはゲルマニウムはカーボン
硬質膜１との密着性を改善するために介在させるもので
あり、膜厚０．１μｍ以上で充分な効果を得ることがで
きるが、０．２〜０．５μｍが好ましい。下層３のクロ
ムまたはチタンは、膜厚０．０５μｍ以上で強固にセラ
ミックスと密着し、充分な効果を得ることができるが、
０．１〜０．３μｍの範囲が好ましい。中間層５の形成
には種々の薄膜技術を適用できる。すなわち、本発明で
はスパッタリング法で行ったが他に、真空蒸着法、イオ
ンプレーティング法、あるいは気相合成法が利用され
る。
【０００９】以下、本発明の実施例で詳細に説明する。 （実施例１）図１の要部断面図に示す様に、各種セラミ
ックス部材４、例えばアルミナからなる部材で、この部
材の鏡面からなる摺動面に、スパッタリング法によりチ
タンの下層３を０．２μｍ形成し、次にシリコンの上層
２を０．４μｍ形成し中間層５とし、該中間層５上に気
相合成法の一つであるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でカーボン
硬質膜１を１．５μｍ形成した。
ックス部材４、例えばアルミナからなる部材で、この部
材の鏡面からなる摺動面に、スパッタリング法によりチ
タンの下層３を０．２μｍ形成し、次にシリコンの上層
２を０．４μｍ形成し中間層５とし、該中間層５上に気
相合成法の一つであるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でカーボン
硬質膜１を１．５μｍ形成した。
【００１０】上記サンプルと中間層５を用いないサンプ
ルでアルミナ部材上にプラズマＣＶＤ法によりカーボン
硬質膜１を形成したサンプルをスクラッチテストで比較
した。 従来品 荷重１００ｇでチッピング剥がれ発生。 本発明品 荷重３００ｇでチッピング発生。 以上のことから本発明品は、密着性に優れていることか
判る。さらに、各種セラミック部材４について同様なス
クラッチテストを行った結果を表１に示す。
ルでアルミナ部材上にプラズマＣＶＤ法によりカーボン
硬質膜１を形成したサンプルをスクラッチテストで比較
した。 従来品 荷重１００ｇでチッピング剥がれ発生。 本発明品 荷重３００ｇでチッピング発生。 以上のことから本発明品は、密着性に優れていることか
判る。さらに、各種セラミック部材４について同様なス
クラッチテストを行った結果を表１に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】この表１から判るように、各種セラミック
スの従来品の中のシリコンカーバイドを除いては、何れ
も荷重１００ｇでチッピング剥がれが発生した。一方、
本発明で処理した発明品は荷重３００ｇでチッピングが
発生し、従来品よりも密着性に優れていることが確認さ
れた。
スの従来品の中のシリコンカーバイドを除いては、何れ
も荷重１００ｇでチッピング剥がれが発生した。一方、
本発明で処理した発明品は荷重３００ｇでチッピングが
発生し、従来品よりも密着性に優れていることが確認さ
れた。
【００１３】（実施例２）密着性をさらに強化するため
に、各種セラミックス部材６に無電解ニッケルメッキ７
を３. ０μｍ施した後、実施例１と同様にＰＶＤ（Ｐｈ
ｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
によりチタンの下層８を０．２μｍ形成し、次にシリコ
ンの上層９を０．４μｍ形成し中間層１１とする。ここ
で中間層１１の形成の際は、バイアス電圧を印加し密着
性を強化した。
に、各種セラミックス部材６に無電解ニッケルメッキ７
を３. ０μｍ施した後、実施例１と同様にＰＶＤ（Ｐｈ
ｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
によりチタンの下層８を０．２μｍ形成し、次にシリコ
ンの上層９を０．４μｍ形成し中間層１１とする。ここ
で中間層１１の形成の際は、バイアス電圧を印加し密着
性を強化した。
【００１４】上記中間層１１の上に、プラズマＣＶＤ法
よりカーボン硬質膜１０を１．５μｍ形成した。上記サ
ンプルと中間層１１を用いないで各種セラミックス部材
６上にプラズマＣＶＤ法によりカーボン硬質膜１０を形
成した従来品サンプルをスクラッチテストで比較した。
その結果を表２に示す。
よりカーボン硬質膜１０を１．５μｍ形成した。上記サ
ンプルと中間層１１を用いないで各種セラミックス部材
６上にプラズマＣＶＤ法によりカーボン硬質膜１０を形
成した従来品サンプルをスクラッチテストで比較した。
その結果を表２に示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】この表から判るように、各種セラミックス
の従来品の中のシリコンカーバイドを除いては、何れも
荷重１００ｇでチッピング剥がれが発生した。一方本発
明で処理した発明品は荷重３５０ｇでチッピングが発生
し、従来品よりも密着性に優れていることが確認され
た。さらに、部材上に無電解ニッケルメッキを施してい
ない実施例１の場合よりも、部材上に無電解ニッケルメ
ッキを施した実施例２の場合の方がチッピングが発生が
荷重３００ｇから３５０ｇまで上がり、密着性が良好と
なった。
の従来品の中のシリコンカーバイドを除いては、何れも
荷重１００ｇでチッピング剥がれが発生した。一方本発
明で処理した発明品は荷重３５０ｇでチッピングが発生
し、従来品よりも密着性に優れていることが確認され
た。さらに、部材上に無電解ニッケルメッキを施してい
ない実施例１の場合よりも、部材上に無電解ニッケルメ
ッキを施した実施例２の場合の方がチッピングが発生が
荷重３００ｇから３５０ｇまで上がり、密着性が良好と
なった。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の各種セラミ
ックス部材上にカーボン硬質膜を形成する場合、セラミ
ックス部材上に、チタンまたはクロムとシリコンまたは
ゲルマニウムの中間層を設けることで密着性に優れるこ
とが判り、さらにはセラミックス基材上に無電解ニッケ
ルメッキを施し、チタンまたはクロムとシリコンまたは
ゲルマニウムの中間層を設けることでより密着性が強化
されることが判った。特に、セラミックス部材表面が鏡
面となった摺動面への密着が極めて良くなり、従来問題
となっていた点が解決された。このことから、各種セラ
ミックス部材上へのプラズマＣＶＤ法によるカーボン硬
質膜の形成を可能にする技術を提供するのみならず、種
々の応用が可能となり、実用上、極めて有効なものとい
える。
ックス部材上にカーボン硬質膜を形成する場合、セラミ
ックス部材上に、チタンまたはクロムとシリコンまたは
ゲルマニウムの中間層を設けることで密着性に優れるこ
とが判り、さらにはセラミックス基材上に無電解ニッケ
ルメッキを施し、チタンまたはクロムとシリコンまたは
ゲルマニウムの中間層を設けることでより密着性が強化
されることが判った。特に、セラミックス部材表面が鏡
面となった摺動面への密着が極めて良くなり、従来問題
となっていた点が解決された。このことから、各種セラ
ミックス部材上へのプラズマＣＶＤ法によるカーボン硬
質膜の形成を可能にする技術を提供するのみならず、種
々の応用が可能となり、実用上、極めて有効なものとい
える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で各種セラミックス部材上に形
成した被膜の要部断面図である。
成した被膜の要部断面図である。
【図２】本発明の他実施で各種セラミックス部材上に形
成した被膜の要部断面図である。
成した被膜の要部断面図である。
１ カーボン硬質膜 ２ 上層 ３ 下層 ４ 各種セラミックス部材 ５ 中間層 ６ 各種セラミックス部材 ７ 無電解ニッケルメッキ ８ 下層 ９ 上層 １０ カーボン硬質膜 １１ 中間層
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化水素を含有するガス雰囲気中におけ
る気相合成法処理によりカーボン硬質膜を被覆したセラ
ミックス部材において、クロムまたはチタンを主体とす
る下層と、シリコンまたはゲルマニウムを主体とする上
層とからなる中間層を前記セラミックス部材と前記カー
ボン硬質膜との間に介在させたことを特徴とするカーボ
ン硬質膜を被覆したセラミックス部材。 - 【請求項２】 上記セラミックス部材とクロムまたはチ
タンを主体とする下層との間に、ニッケルメッキを施し
たことを特徴とする請求項１記載のカーボン硬質膜を被
覆したセラミックス部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3794596A JPH09228050A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | カーボン硬質膜を被覆したセラミックス部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3794596A JPH09228050A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | カーボン硬質膜を被覆したセラミックス部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09228050A true JPH09228050A (ja) | 1997-09-02 |
Family
ID=12511699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3794596A Pending JPH09228050A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | カーボン硬質膜を被覆したセラミックス部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09228050A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7121717B2 (en) | 2003-12-23 | 2006-10-17 | Rolex S. A. | Ceramic element for a watch case and process for manufacturing this element |
| WO2018147169A1 (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 三菱重工業株式会社 | 耐環境性部材、並びに、これを用いた羽根車、圧縮機及びエンジン |
-
1996
- 1996-02-26 JP JP3794596A patent/JPH09228050A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7121717B2 (en) | 2003-12-23 | 2006-10-17 | Rolex S. A. | Ceramic element for a watch case and process for manufacturing this element |
| WO2018147169A1 (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 三菱重工業株式会社 | 耐環境性部材、並びに、これを用いた羽根車、圧縮機及びエンジン |
| JP2018127706A (ja) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | 三菱重工業株式会社 | 耐環境性部材、並びに、これを用いた羽根車、圧縮機及びエンジン |
| CN110225998A (zh) * | 2017-02-10 | 2019-09-10 | 三菱重工业株式会社 | 耐环境性构件和使用该耐环境性构件的叶轮、压缩机以及发动机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20060904 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070220 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070619 |