JPH10101463A - 硬質カーボン膜形成摺動セラミック材 - Google Patents
硬質カーボン膜形成摺動セラミック材Info
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- JPH10101463A JPH10101463A JP25657896A JP25657896A JPH10101463A JP H10101463 A JPH10101463 A JP H10101463A JP 25657896 A JP25657896 A JP 25657896A JP 25657896 A JP25657896 A JP 25657896A JP H10101463 A JPH10101463 A JP H10101463A
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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
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質カーボン膜が摺動面に形成された密着強
度が高く、剥離寿命の長い、摺動セラミックス材を提供
することである。 【解決手段】 摺動セラミック材1の摺動面に、WCを
主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム化合
物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物から
選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合物か
らなる膜2を介して硬質カーボン膜3を被覆する。
度が高く、剥離寿命の長い、摺動セラミックス材を提供
することである。 【解決手段】 摺動セラミック材1の摺動面に、WCを
主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム化合
物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物から
選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合物か
らなる膜2を介して硬質カーボン膜3を被覆する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、摺動する部材の
少なくとも一方がセラミック製である摺動セラミック材
に関し、詳しくは、セラミック製の摺動部材の摺動面に
硬質カーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)を被
覆した摺動セラミック材に関する。
少なくとも一方がセラミック製である摺動セラミック材
に関し、詳しくは、セラミック製の摺動部材の摺動面に
硬質カーボン膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)を被
覆した摺動セラミック材に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックは高硬度で耐食性が良いが、
摺動部材として用いた場合、摺接面の摩擦係数が高いた
め、摺動部材同士の凝着、剥離が生じたり、スムーズな
摺動運動ができない場合が生じる。そこで、この摺動抵
抗を低減するため、セラミックス製部材の摺動面に硬質
カーボン膜を形成する方法が知られている。
摺動部材として用いた場合、摺接面の摩擦係数が高いた
め、摺動部材同士の凝着、剥離が生じたり、スムーズな
摺動運動ができない場合が生じる。そこで、この摺動抵
抗を低減するため、セラミックス製部材の摺動面に硬質
カーボン膜を形成する方法が知られている。
【0003】しかし、直接セラミックス製部材に硬質カ
ーボン膜を形成した場合、その硬質カーボン膜の密着強
度に問題があるため、剥離寿命に大きなバラツキが生じ
る。
ーボン膜を形成した場合、その硬質カーボン膜の密着強
度に問題があるため、剥離寿命に大きなバラツキが生じ
る。
【0004】このため、硬質カーボン膜と母材のセラミ
ックスとの間にSiC等の中間層を設けることにより、
硬質カーボン膜とセラミックスとの密着性を向上させる
ことが知られている。
ックスとの間にSiC等の中間層を設けることにより、
硬質カーボン膜とセラミックスとの密着性を向上させる
ことが知られている。
【0005】また、混合水栓等のディスクバルブの素材
としてセラミックスが使用される場合は、セラミックス
摺動面に直接硬質カーボン膜を形成する以外に、摺動面
の中央部を凸状の中高形状とすることが知られている。
としてセラミックスが使用される場合は、セラミックス
摺動面に直接硬質カーボン膜を形成する以外に、摺動面
の中央部を凸状の中高形状とすることが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質カ
ーボン膜と母材のセラミックスとの間にSiC等の中間
層を設ける場合は、このSiC等の中間層の耐久性が十
分でない。このため、Al2 O3 等のセラミックスと併
用して使用すると硬質カーボン膜の剥離が生じやすく、
また、Al2 O3 等のセラミックスを用いない場合は、
コスト的に問題が生じやすい。
ーボン膜と母材のセラミックスとの間にSiC等の中間
層を設ける場合は、このSiC等の中間層の耐久性が十
分でない。このため、Al2 O3 等のセラミックスと併
用して使用すると硬質カーボン膜の剥離が生じやすく、
また、Al2 O3 等のセラミックスを用いない場合は、
コスト的に問題が生じやすい。
【0007】また、セラミックス摺動面の中央部を凸状
の中高形状とした場合、摺動面の中央部を外周縁より5
μm以上盛り上げる必要がある。このため、摺動面の密
着性が低下し、漏水が生じやすくなる。
の中高形状とした場合、摺動面の中央部を外周縁より5
μm以上盛り上げる必要がある。このため、摺動面の密
着性が低下し、漏水が生じやすくなる。
【0008】そこで、この発明の課題は、硬質カーボン
膜が摺動面に形成された密着強度が高く、剥離寿命の長
い、摺動セラミックス材を提供することにある。
膜が摺動面に形成された密着強度が高く、剥離寿命の長
い、摺動セラミックス材を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、摺動セラミック材の摺動面に、WCを
主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム化合
物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物から
選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合物か
らなる膜を介して硬質カーボン膜を被覆ことを特徴とす
る。
め、この発明は、摺動セラミック材の摺動面に、WCを
主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム化合
物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物から
選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合物か
らなる膜を介して硬質カーボン膜を被覆ことを特徴とす
る。
【0010】また、上記ケイ素化合物、アルミニウム化
合物、チタン金属、チタン化合物又はニオブ化合物から
選ばれる成分を、SiC、Si3 N4 、Al2 O3 、T
i、TiC又はNbNから選ばれる成分とすることがで
きる。
合物、チタン金属、チタン化合物又はニオブ化合物から
選ばれる成分を、SiC、Si3 N4 、Al2 O3 、T
i、TiC又はNbNから選ばれる成分とすることがで
きる。
【0011】摺動セラミック材の摺動面と硬質カーボン
膜の間に上記のWC混合物からなる膜を介したので、硬
質カーボン膜の摺動セラミック材に対する密着性が向上
し、剥離寿命のばらつきも小さくなる。
膜の間に上記のWC混合物からなる膜を介したので、硬
質カーボン膜の摺動セラミック材に対する密着性が向上
し、剥離寿命のばらつきも小さくなる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【0013】この発明にかかる硬質カーボン膜形成摺動
セラミック材は、図1に示すように、摺動セラミック材
1の摺動面に、WC混合物からなる膜2を介して硬質カ
ーボン膜3を被覆したものである。
セラミック材は、図1に示すように、摺動セラミック材
1の摺動面に、WC混合物からなる膜2を介して硬質カ
ーボン膜3を被覆したものである。
【0014】上記の摺動セラミック材1としては、Al
2 O3 、ZrO2 等の酸化物セラミックスや、SiCや
Si3 N4 等のSi化合物を主成分とする非酸化物セラ
ミックス等のセラッミックをあげることができる。
2 O3 、ZrO2 等の酸化物セラミックスや、SiCや
Si3 N4 等のSi化合物を主成分とする非酸化物セラ
ミックス等のセラッミックをあげることができる。
【0015】上記のWC混合物からなる膜2としては、
WCを主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム
化合物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物
から選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合
物からなる膜があげられる。
WCを主成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム
化合物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物
から選ばれる成分を少なくとも1つを含有するWC混合
物からなる膜があげられる。
【0016】上記のWC混合物中の主成分としてのWC
の含有量は、摺動セラミック材1と硬質カーボン膜3の
密着性を向上させ、剥離寿命を向上させる点から、50
重量%を越えれば特に限定されるものではない。上記の
ケイ素化合物、アルミニウム化合物、チタン金属、チタ
ン化合物、又はニオブ化合物から選ばれる成分をWCに
加えると、密着性や剥離寿命をさらに向上させるので、
WC混合物中のWCの含有率は、50重量%を越え、9
5%以下が好ましい。
の含有量は、摺動セラミック材1と硬質カーボン膜3の
密着性を向上させ、剥離寿命を向上させる点から、50
重量%を越えれば特に限定されるものではない。上記の
ケイ素化合物、アルミニウム化合物、チタン金属、チタ
ン化合物、又はニオブ化合物から選ばれる成分をWCに
加えると、密着性や剥離寿命をさらに向上させるので、
WC混合物中のWCの含有率は、50重量%を越え、9
5%以下が好ましい。
【0017】また、上記のケイ素化合物、アルミニウム
化合物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物
の含有量は、主成分たるWCの密着性や剥離寿命の向上
の効果を生かし、かつ、その密着性や剥離寿命をさらに
向上させるため、WC混合物に対して、上記各化合物単
独で、又は含有させる数種類の化合物の合計で5重量%
以上50%未満が好ましい。
化合物、チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物
の含有量は、主成分たるWCの密着性や剥離寿命の向上
の効果を生かし、かつ、その密着性や剥離寿命をさらに
向上させるため、WC混合物に対して、上記各化合物単
独で、又は含有させる数種類の化合物の合計で5重量%
以上50%未満が好ましい。
【0018】ケイ素化合物としては、SiC、Si3 N
4 等があげられ、アルミニウム化合物としては、Al2
O3 等があげられる。また、チタン金属やチタン化合物
としては、Ti、TiC等があげられ、ニオブ化合物と
しては、NbN等があげられる。
4 等があげられ、アルミニウム化合物としては、Al2
O3 等があげられる。また、チタン金属やチタン化合物
としては、Ti、TiC等があげられ、ニオブ化合物と
しては、NbN等があげられる。
【0019】上記硬質カーボン膜3は、ダイヤモンドラ
イクカーボン(DLC)の膜であり、炭素又は炭化水素
系ガスを蒸着源とするPCD法(物理蒸着法、例えば、
高周波スパッタ、マグネトロンスパッタ法、イオンプレ
ーティング法、イオン注入法)やCVD法(化学蒸着
法、例えば、プラスマCVD法)等により形成すること
ができる。
イクカーボン(DLC)の膜であり、炭素又は炭化水素
系ガスを蒸着源とするPCD法(物理蒸着法、例えば、
高周波スパッタ、マグネトロンスパッタ法、イオンプレ
ーティング法、イオン注入法)やCVD法(化学蒸着
法、例えば、プラスマCVD法)等により形成すること
ができる。
【0020】上記のWC混合物からなる膜2は、摺動セ
ラミック材1に硬質カーボン膜3を密着させるために設
けられるので、これらの密着性や剥離寿命を向上させる
ため、この膜2の厚みは、0.1〜1μmがよい。膜2
の厚みが0.1μm以下では、密着性や剥離寿命が十分
でなく、また、1μmを越えると、時間やコストがかか
るという問題が生じる場合がある。
ラミック材1に硬質カーボン膜3を密着させるために設
けられるので、これらの密着性や剥離寿命を向上させる
ため、この膜2の厚みは、0.1〜1μmがよい。膜2
の厚みが0.1μm以下では、密着性や剥離寿命が十分
でなく、また、1μmを越えると、時間やコストがかか
るという問題が生じる場合がある。
【0021】このWC混合物からなる膜2は、高周波ス
パッタ法、マグネトロンスパッタ法又はイオンプレーテ
ィング法により形成することができる。
パッタ法、マグネトロンスパッタ法又はイオンプレーテ
ィング法により形成することができる。
【0022】イオンプレーティング法による膜形成方法
は、真空容器内に、蒸着源として炭素又は炭化水素系ガ
スを導入し、基板(ターゲット)に直流電圧を印加して
グロー放電を発生させ、その放電下で基板上に硬質カー
ボン膜を形成させることにより行われる。
は、真空容器内に、蒸着源として炭素又は炭化水素系ガ
スを導入し、基板(ターゲット)に直流電圧を印加して
グロー放電を発生させ、その放電下で基板上に硬質カー
ボン膜を形成させることにより行われる。
【0023】また、マグネトロンスパッタ法による膜形
成方法は、真空容器内に蒸発源として炭素又は炭化水素
系ガスを導入し、基板に高周波電源を印加してグロー放
電を発生させ、その放電下で基板上に硬質カーボン膜を
形成させることにより行われる。
成方法は、真空容器内に蒸発源として炭素又は炭化水素
系ガスを導入し、基板に高周波電源を印加してグロー放
電を発生させ、その放電下で基板上に硬質カーボン膜を
形成させることにより行われる。
【0024】
〔WC混合膜の形成〕φ35mmのディスク型のAl2
O3 摺動セラミックス材の表面に、WCを粉体を主成分
(55wt%)とし、SiC粉体、NbN粉体、(それ
ぞれ45wt%)をそれぞれ混合した粉体をマクネトロ
ンスパッタ装置(処理時の入力電力50〜400W)で
被膜処理して、膜厚0.1μm以下のWC混合膜の中間
層を形成した。
O3 摺動セラミックス材の表面に、WCを粉体を主成分
(55wt%)とし、SiC粉体、NbN粉体、(それ
ぞれ45wt%)をそれぞれ混合した粉体をマクネトロ
ンスパッタ装置(処理時の入力電力50〜400W)で
被膜処理して、膜厚0.1μm以下のWC混合膜の中間
層を形成した。
【0025】〔イオンプレーティング法による硬質カー
ボン膜の形成〕上記の中間層の上に、イオンプレーティ
ング装置で、アセチレンガスを用いて、膜厚0.5μm
前後の硬質カーボン膜を形成した。このときの処理時の
電圧は、−1.2kVであった。これを下記の方法にし
たがって、耐久性試験を行った。結果を図2に示す。
ボン膜の形成〕上記の中間層の上に、イオンプレーティ
ング装置で、アセチレンガスを用いて、膜厚0.5μm
前後の硬質カーボン膜を形成した。このときの処理時の
電圧は、−1.2kVであった。これを下記の方法にし
たがって、耐久性試験を行った。結果を図2に示す。
【0026】〔マグネトロンスパッタ法による硬質カー
ボン膜の形成〕上記の中間層の上に、マグネトロンスパ
ッタ装置で、アセチレンガスを用いて、膜厚0.5μm
前後の硬質カーボン膜を形成した。このときの処理時の
入力電圧は、50〜400Wであった。これを下記の方
法にしたがって、耐久性試験を行った。結果を図2に示
す。
ボン膜の形成〕上記の中間層の上に、マグネトロンスパ
ッタ装置で、アセチレンガスを用いて、膜厚0.5μm
前後の硬質カーボン膜を形成した。このときの処理時の
入力電圧は、50〜400Wであった。これを下記の方
法にしたがって、耐久性試験を行った。結果を図2に示
す。
【0027】〔耐久性試験〕上記の方法により硬質カー
ボン膜を形成したセラミック材を用いて、表1に記載の
条件にて、リングオンディスク試験機を用いて、硬質カ
ーボン膜(DCL膜)が剥離する時間を測定した。
ボン膜を形成したセラミック材を用いて、表1に記載の
条件にて、リングオンディスク試験機を用いて、硬質カ
ーボン膜(DCL膜)が剥離する時間を測定した。
【0028】また、上記のWC混合膜と比較するため、
中間層としてSiC膜、及び有機シリコン化合物による
SiC膜をAl2 O3 摺動セラミックス材の表面に形成
したものについて、同様に硬質カーボン膜を形成し、リ
ングオンディスク試験機を用いて、硬質カーボン膜(D
CL膜)が剥離する時間を測定した。その結果を図2に
示す。
中間層としてSiC膜、及び有機シリコン化合物による
SiC膜をAl2 O3 摺動セラミックス材の表面に形成
したものについて、同様に硬質カーボン膜を形成し、リ
ングオンディスク試験機を用いて、硬質カーボン膜(D
CL膜)が剥離する時間を測定した。その結果を図2に
示す。
【0029】なお、上記のSiC膜は、マグネトロンス
パッタ法により形成した。
パッタ法により形成した。
【0030】さらに、試験中の動摩擦係数〔μ〕を測定
し、試験完了前又は膜はがれ前の動摩擦係数を表2に示
した。
し、試験完了前又は膜はがれ前の動摩擦係数を表2に示
した。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】結果 図2から明らかなように、マグネトロンスパッタ装置で
DCL膜処理をした場合、中間層がSiC、有機シリコ
ン化合物によるSiCの場合、1175min、110
0minでDCL膜の剥がれが生じたのに対し、中間層
がWC+SiC、WC+NbNでは1200min打ち
切り時においてもDCL膜の剥がれが認められなかっ
た。この結果の傾向は、イオンプレーティング処理品の
場合も同様であった。
DCL膜処理をした場合、中間層がSiC、有機シリコ
ン化合物によるSiCの場合、1175min、110
0minでDCL膜の剥がれが生じたのに対し、中間層
がWC+SiC、WC+NbNでは1200min打ち
切り時においてもDCL膜の剥がれが認められなかっ
た。この結果の傾向は、イオンプレーティング処理品の
場合も同様であった。
【0034】また、WC+SiC及びWC+NbNの摩
擦係数〔μ〕は、表2に示すように、0.02及び0.
16と、SiCの0.2と比較しても摩擦係数が小さい
ことがわかった。
擦係数〔μ〕は、表2に示すように、0.02及び0.
16と、SiCの0.2と比較しても摩擦係数が小さい
ことがわかった。
【0035】
【発明の効果】この発明によれば、摺動セラミック材の
摺動面と硬質カーボン膜の間に上記のWC混合物からな
る膜を介したので、硬質カーボン膜の摺動セラミック材
に対する密着性が向上し、剥離寿命のばらつきも小さく
なる。また、高荷重における耐久性も向上する。
摺動面と硬質カーボン膜の間に上記のWC混合物からな
る膜を介したので、硬質カーボン膜の摺動セラミック材
に対する密着性が向上し、剥離寿命のばらつきも小さく
なる。また、高荷重における耐久性も向上する。
【図1】この発明にかかる硬質カーボン膜形成摺動セラ
ミック材の部分断面図
ミック材の部分断面図
【図2】耐久試験の結果を示す図表
1 摺動セラミック材 2 WC混合膜 3 硬質カーボン膜
Claims (5)
- 【請求項1】 摺動セラミック材の摺動面に、WCを主
成分とし、これにケイ素化合物、アルミニウム化合物、
チタン金属、チタン化合物、又はニオブ化合物から選ば
れる成分を少なくとも1つを含有するWC混合物からな
る膜を介して硬質カーボン膜を被覆した硬質カーボン膜
形成摺動セラミック材。 - 【請求項2】 上記ケイ素化合物、アルミニウム化合
物、チタン金属、チタン化合物又はニオブ化合物から選
ばれる成分が、SiC、Si3 N4 、Al2 O3 、T
i、TiC又はNbNから選ばれる成分である請求項1
に記載の硬質カーボン膜形成摺動セラミック材。 - 【請求項3】 上記WC混合物からなる膜の厚み、が
0.1〜1μmである請求項1又は2のいずれかに記載
の硬質カーボン膜形成摺動セラミック材。 - 【請求項4】 上記硬質カーボン膜が、炭素又は炭化水
素系ガスを蒸着源とし、高周波スパッタ、マグネトロン
スパッタ、イオンプレーティング又はイオン注入法によ
り形成される硬質カーボン膜である請求項1〜3のいず
れか1項に記載の硬質カーボン膜形成摺動セラミック
材。 - 【請求項5】 上記WC混合物からなる膜が、高周波ス
パッタ、マグネトロンスパッタ又はイオンプレーティン
グにより形成される膜である請求項1〜4のいずれか1
項に記載の硬質カーボン膜形成摺動セラミック材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25657896A JPH10101463A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 硬質カーボン膜形成摺動セラミック材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25657896A JPH10101463A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 硬質カーボン膜形成摺動セラミック材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10101463A true JPH10101463A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17294587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25657896A Pending JPH10101463A (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 硬質カーボン膜形成摺動セラミック材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10101463A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006009991A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Kyocera Corp | 摺動部材、ディスクバルブ及びそれを用いた混合栓 |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25657896A patent/JPH10101463A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006009991A (ja) * | 2004-06-28 | 2006-01-12 | Kyocera Corp | 摺動部材、ディスクバルブ及びそれを用いた混合栓 |
JP4638181B2 (ja) * | 2004-06-28 | 2011-02-23 | 京セラ株式会社 | 摺動部材、ディスクバルブ及びそれを用いた混合栓 |
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