JPH101332A - Chemical resistant member - Google Patents

Chemical resistant member

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JPH101332A
JPH101332A JP8155799A JP15579996A JPH101332A JP H101332 A JPH101332 A JP H101332A JP 8155799 A JP8155799 A JP 8155799A JP 15579996 A JP15579996 A JP 15579996A JP H101332 A JPH101332 A JP H101332A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
diamond
hard carbon
carbon film
base material
Prior art date
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Pending
Application number
JP8155799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeo Atsunushi
成生 厚主
Fumio Fukumaru
文雄 福丸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP8155799A priority Critical patent/JPH101332A/en
Publication of JPH101332A publication Critical patent/JPH101332A/en
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  • Devices For Use In Laboratory Experiments (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of local corrosion of the conventional diamond film by contact with an acid or alkali. SOLUTION: The surface of a member brought into contact with an acid, alkali, etc., is made of a dense void-free diamond-base hard carbon film excellent in surface smoothness. This hard carbon film has peaks in 1,340±40cm-1 and 1,160±40cm<-1> in its Raman spectrum and the peak intensity ratio (H1 /H2 ) of the peak intensity H1 of the highest peak in 1,160±40cm<-1> to the peak intensity H2 of the highest peak in 1,340±40cm<-1> is >=0.05.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸やアルカリなど
の薬品と接触する化学実験用器具、化学プラント用部
材、医療用器具などに使用される耐薬品性部材に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical resistant member used for a chemical laboratory device, a chemical plant member, a medical device, etc., which comes into contact with a chemical such as an acid or an alkali.

【0002】[0002]

【従来技術】従来より、化学実験用器具、化学プラント
用部材として、酸やアルカリと接触する部材としては、
耐薬品性に優れることが要求され、これまで、ステンレ
ス鋼や銅のような金属材料、石英ガラスやホウケイ酸ガ
ラスのようなガラス材料、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素系樹
脂、Al2 3 (アルミナ)などのセラミックス等が用
いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a member for chemical experiments, a member for a chemical plant, and a member for contact with an acid or an alkali,
It is required to have excellent chemical resistance, and until now, metal materials such as stainless steel and copper, glass materials such as quartz glass and borosilicate glass, and fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene and polychlorotrifluoroethylene And ceramics such as Al 2 O 3 (alumina) have been used.

【0003】ところが、特に、フッ酸(フッ化水素酸)
などの強酸や強アルカリ性の薬品に対しては、金属材
料、ガラス材料やセラミックスは、腐食するためにその
用途が限られていた。また、樹脂などからなる部材は、
耐腐食性にはある程度優れるものの、溶剤に対して溶解
したり耐熱性に劣ることからその用途も限定されてい
た。
However, in particular, hydrofluoric acid (hydrofluoric acid)
Metallic materials, glass materials, and ceramics corrode chemicals such as strong acids and strong alkalis, and their uses have been limited. In addition, members made of resin, etc.
Although its corrosion resistance is excellent to some extent, its use has been limited due to its dissolution in solvents and poor heat resistance.

【0004】そこで、これら耐薬品性部材として、その
表面にダイヤモンド状炭素やダイヤモンド薄膜を形成す
ることが特開昭64−27638号、特開平4−194
86号等に提案されている。これらの薄膜は、炭素によ
るSP3 結合した化学的に非常に安定したダイヤモンド
を含むことからフッ酸等に対しても高い耐薬品性が期待
される。
[0004] Therefore, as these chemical resistant members, it is known to form diamond-like carbon or a diamond thin film on the surface thereof, as disclosed in JP-A-64-27638 and JP-A-4-194.
No. 86 has been proposed. Since these thin films contain chemically very stable diamond bonded by SP 3 with carbon, high chemical resistance to hydrofluoric acid or the like is expected.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ダイヤモンド薄膜は、その表面は、平均粒径が1〜10
μm程度のダイヤモンド結晶粒によって構成され、結晶
粒間には、粒界相が存在し、場合によっては、結晶粒間
にボイドが形成されている場合もある。このようなダイ
ヤモンド薄膜を例えば、フッ酸等と接触させると、粒界
相やボイド部分が局所的に浸食されて、薬品が薄膜内部
まで浸食し、最終的には薄膜を形成した部材にまで到達
するという問題があった。
However, the surface of the above-mentioned diamond thin film has an average particle diameter of 1-10.
It is composed of diamond crystal grains of about μm, and a grain boundary phase exists between the crystal grains. In some cases, voids are formed between the crystal grains. When such a diamond thin film is brought into contact with, for example, hydrofluoric acid, the grain boundary phase and voids are locally eroded, and the chemical erodes into the inside of the thin film, and finally reaches the member on which the thin film is formed. There was a problem of doing.

【0006】また、ダイヤモンド状炭素では、膜厚を大
きくすると基体との密着性が不十分となり剥離しやすく
なるために膜厚を小さくする必要があり、そのため、浸
食のの進行によって基体が容易に露出してしまうという
問題があった。
Further, in the case of diamond-like carbon, when the film thickness is increased, the adhesion to the substrate becomes insufficient and the film is liable to be peeled off. Therefore, it is necessary to reduce the film thickness. There was a problem of exposure.

【0007】さらに、従来のダイヤモンド膜表面には、
粗大なダイヤモンド結晶による凹凸が存在し、各種薬品
類と接触した時に、凹部やボイド中にその薬品が残存し
てしまう場合もあった。
[0007] Further, the conventional diamond film surface has
Irregularities due to coarse diamond crystals exist, and when they come into contact with various chemicals, the chemicals sometimes remain in the recesses and voids.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するための方法について検討を重ねた結果、酸や
アルカリ等の薬品と接触する部材表面を、ラマン分光ス
ペクトルにおいて1160±40cm-1と1340±4
0cm-1にピークが存在する硬質炭素膜によって構成す
ることにより、薬品に対して局所的な腐食を生じること
なく、信頼性の高い耐薬品性に優れた表面を形成するこ
とができることを見いだし、本発明に至った。
The inventors of the present invention have repeatedly studied methods for solving the above-mentioned problems. As a result, the surface of the member which comes into contact with chemicals such as acids and alkalis has a Raman spectrum of 1160 ± 40 cm. -1 and 1340 ± 4
By forming a hard carbon film having a peak at 0 cm −1 , it is possible to form a highly reliable surface having excellent chemical resistance without causing local corrosion to chemicals, The present invention has been reached.

【0009】即ち、本発明の耐薬品性部材は、酸やアル
カリ等の薬品と接する表面が、ラマン分光スペクトルに
おいて1340±40cm-1と1160±40cm-1
ピークが存在し、且つ1160±40cm-1に存在する
ピークのうち最も強度の強いピーク強度をH1 、134
0±40cm-1に存在するピークのうち最も強度の強い
ピーク強度をH2 とした時、H1 /H2 で表されるピー
ク強度比が0.05以上の硬質炭素膜からなることを特
徴とするものである。
That is, in the chemical resistant member of the present invention, the surface in contact with a chemical such as an acid or an alkali has peaks at 1340 ± 40 cm -1 and 1160 ± 40 cm -1 in Raman spectroscopy, and 1160 ± 40 cm 1 a strong peak intensity of most intense among the peaks present in -1 H 1, 134
0 when a strong peak intensity of most intense among the peaks present in ± 40 cm -1 was H 2, characterized in that the peak intensity ratio represented by H 1 / H 2 is 0.05 or more hard carbon film It is assumed that.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明における耐薬品性部材は、
酸またはアルカリ等の薬品と直接接する必要のある部
材、例えば、ビーカ、フラスコなどの化学実験用器具、
酸またはアルカリの液体が流れる管部材等の化学プラン
ト用部材、ピンセットなどの医療用器具などに使用され
るものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The chemical resistant member according to the present invention comprises:
Materials that need to be in direct contact with chemicals such as acids or alkalis, for example, beakers, instruments for chemical experiments such as flasks,
It is used for chemical plant members such as pipe members through which an acid or alkali liquid flows, and medical instruments such as tweezers.

【0011】一般に知られるダイヤモンド膜は、高純度
ダイヤモンドからなり、炭素原子間がSP3 混成で結合
された構造からなり、ラマン分光スペクトルにおいて、
1340±40cm-1にのみピークを有するものであ
り、場合によってSP2 混成で結合されたグラファイト
構造の炭素等を含む場合は、1500〜1600cm-1
付近にブロードなピークを有する場合もある。また、こ
のダイヤモンド膜は、ダイヤモンド結晶粒が大きいこと
により、結晶の自形による成膜後の表面の凹凸が大き
く、結晶粒界が存在し、また薄膜内部にボイドが多量に
存在する。
A generally known diamond film is made of high-purity diamond, and has a structure in which carbon atoms are combined by SP 3 hybridization.
It has a peak only at 1340 ± 40 cm −1 , and in some cases contains carbon having a graphite structure bonded by SP 2 hybridization, it is 1500 to 1600 cm −1.
There may be a broad peak in the vicinity. In addition, since the diamond film has large diamond crystal grains, the surface of the diamond film has large irregularities due to its own shape, crystal grain boundaries exist, and a large amount of voids exist inside the thin film.

【0012】これに対して、本発明の耐薬品性部材の表
面に形成された硬質炭素膜は、ダイヤモンドを主とする
ものであるが、ラマン分光スペクトルにおいて、134
0±40cm-1に加え、1160±40cm-1にピーク
を有するものである。この1160±40cm-1のピー
クは、ダイヤモンド構造からなるものの、極めて微細な
結晶のダイヤモンド粒子からなるためにその結晶の周期
が短いことを意味するものと考えられる。従って、本発
明における硬質炭素膜は、ダイヤモンド結晶が極めて微
細な粒子により構成される。このように、硬質炭素膜自
体が非常に緻密質で且つ結晶粒界成分がほとんどない膜
によって構成されるために、薬品と接触した場合におい
て、膜中のボイド等や結晶粒界による局所的な浸食がな
く、優れた耐薬品性を発揮することができる。しかも、
従来のようなダイヤモンド結晶による凹凸がなく平坦性
に優れたものである。また、グラファイト構造を微量含
んでいても高硬度と耐摩耗性を有するものである。
On the other hand, the hard carbon film formed on the surface of the chemical resistant member of the present invention is mainly composed of diamond, and its Raman spectrum is 134%.
In addition to 0 ± 40 cm -1, and has a peak at 1160 ± 40 cm -1. This peak at 1160 ± 40 cm −1 is considered to mean that the period of the crystal is short because it is composed of diamond particles of extremely fine crystals, although it has a diamond structure. Therefore, the hard carbon film according to the present invention is composed of very fine diamond crystals. As described above, since the hard carbon film itself is formed of a film that is very dense and has almost no crystal grain boundary components, when it comes into contact with a chemical, local hardening due to voids or the like in the film or crystal grain boundaries occurs. There is no erosion and excellent chemical resistance can be exhibited. Moreover,
It is excellent in flatness without unevenness due to a diamond crystal as in the prior art. Further, even if it contains a trace amount of graphite structure, it has high hardness and wear resistance.

【0013】よって、上記硬質炭素膜を所定の母材表面
に形成する場合において、あらゆる形状の母材の表面に
形成しても、母材表面形状に整合した平滑で緻密な膜面
を形成でき、耐薬品性が要求される部材表面に高い平滑
性が要求される場合においても母材表面を所望の表面粗
さに仕上げておくと、平滑性に優れた硬質炭素膜を形成
することができる。仮に、膜表面を研磨する必要がある
時も従来のダイヤモンド膜に比較して容易に研磨でき、
ボイドのない膜面を形成できる。
Therefore, when the hard carbon film is formed on a predetermined base material surface, a smooth and dense film surface conforming to the base material surface shape can be formed even if the hard carbon film is formed on a base material surface of any shape. Even when high smoothness is required on the surface of a member requiring chemical resistance, a hard carbon film excellent in smoothness can be formed by finishing the base material surface to a desired surface roughness. . Even if it is necessary to polish the film surface, it can be easily polished compared to the conventional diamond film,
A film surface without voids can be formed.

【0014】本発明における硬質炭素膜のラマン分光ス
ペクトルにおける1160±40cm-1のピーク強度に
ついて具体的に説明する。図1に示すように得られたラ
マンスペクトルの曲線において、1100cm-1と17
00cm-1の位置間で斜線を引き、これをベースライン
として、1160±40cm-1に存在するピークのうち
最も強度の高いピーク強度をH1 、1340±40cm
-1に存在するピークのうち最も強度の高いピーク強度を
2 とする。このときH1 /H2 で表されるピーク強度
比が0.05以上であることが重要である。
The peak intensity of 1160 ± 40 cm −1 in the Raman spectrum of the hard carbon film according to the present invention will be specifically described. In the Raman spectrum curve obtained as shown in FIG. 1, 1100 cm −1 and 17
Pull the hatched between positions 00cm -1, this as a baseline, H 1 the highest intensity peak intensities of the peaks present in 1160 ± 40cm -1, 1340 ± 40cm
High peak intensity of most intense among the peaks present to -1 and H 2. At this time, it is important that the peak intensity ratio represented by H 1 / H 2 is 0.05 or more.

【0015】このピーク強度比が小さすぎると、ダイヤ
モンド結晶粒子が大きく成長し過ぎ、膜中にボイドが発
生したり膜の表面粗さが大きくなり、薬品による局所的
な腐食が進行しやすくなる。また、ピーク強度比が大き
すぎると非晶質ダイヤモンドの存在が増加し、非晶質ダ
イヤモンドの浸食が進行し膜表面に荒れや変色が生じ
る。このピーク強度比は0.2乃至1.0であることが
望ましい。
If the peak intensity ratio is too small, diamond crystal grains grow too large, voids are formed in the film, the surface roughness of the film becomes large, and local corrosion by chemicals easily proceeds. On the other hand, if the peak intensity ratio is too large, the presence of the amorphous diamond increases, and the erosion of the amorphous diamond proceeds to cause roughness and discoloration on the film surface. This peak intensity ratio is desirably 0.2 to 1.0.

【0016】本発明における耐薬品性部材によれば、上
記硬質炭素膜は、所定の母材表面に被覆されたものであ
ることが望ましい。その場合、硬質炭素膜は、母材との
密着性が高いことが要求される。耐薬品性部材の母材材
種としては、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミ
ナ、ジルコニアなどのセラミックス、チタン合金、超硬
合金、サーメット、ステンレス鋼などの金属材料、石英
ガラス、ホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が挙げられ
る。これらの中でもガラス、窒化ケイ素、Ti合金が望
ましい。これらの母材はそのまま用いることもできる
し、気相成長法などの薄膜形成技術で、これらの母材材
種を他の部材表面に薄膜として形成されたものでもよ
い。また、硬質炭素膜の厚みは、平均で1〜10μm、
特に2〜8μmの厚みが好適である。
According to the chemical resistant member of the present invention, it is preferable that the hard carbon film is coated on a predetermined base material surface. In that case, the hard carbon film is required to have high adhesion to the base material. As the base material of the chemical resistant member, for example, ceramics such as silicon nitride, silicon carbide, alumina, zirconia, titanium alloy, cemented carbide, cermet, metal materials such as stainless steel, quartz glass, borosilicate glass, etc. Glass material. Among these, glass, silicon nitride, and Ti alloy are desirable. These base materials may be used as they are, or may be formed by forming these base material types as thin films on the surface of another member by a thin film forming technique such as a vapor phase growth method. The thickness of the hard carbon film is 1 to 10 μm on average,
Particularly, a thickness of 2 to 8 μm is preferable.

【0017】また、硬質炭素膜の母材との密着性を高め
る上で、母材表面と硬質炭素膜との間に、少なくともダ
イヤモンドと金属炭化物との複合体からなる中間層を介
在させることにより、極めて密着性の良い硬質炭素膜を
形成することができる。
In order to enhance the adhesion between the hard carbon film and the base material, an intermediate layer comprising at least a composite of diamond and metal carbide is interposed between the base material surface and the hard carbon film. Thus, a hard carbon film having extremely good adhesion can be formed.

【0018】このような中間層の介在によって硬質炭素
膜と母材との密着強度が向上する理由は次のように考え
られる。原子同士は電子を介在することにより結合され
ているが、一般に、原子間の電子が一方に存在して電気
的な結び付きにより結合しているイオン結合よりも、電
子を双方の原子で共有している共有結合の方が強い結合
力を持つ。ダイヤモンドは炭素の共有結合により構成さ
れているので強い結合力を有している。したがって、ダ
イヤモンドと異種化合物との密着強度を向上させるため
には類似の結合様式である共有結合性の化合物であるこ
とが望ましいと考えられる。またダイヤモンドの成分で
ある炭素を含む化合物の方がより整合性がよいと思われ
る。金属炭化物は数多く存在するがその多くはイオン性
結合を主体としたものである。共有結合性炭化物として
は炭化ケイ素や炭化ホウ素があるが、本発明の耐薬品性
部材においては炭化ケイ素が最も望ましい。
The reason why the adhesion strength between the hard carbon film and the base material is improved by the interposition of the intermediate layer is considered as follows. Atoms are bonded by intervening electrons, but in general, electrons are shared by both atoms rather than ionic bonds, in which electrons between atoms are present on one side and bonded by electrical connection. An existing covalent bond has a stronger binding force. Diamond has a strong bonding force because it is constituted by a covalent bond of carbon. Therefore, in order to improve the adhesion strength between diamond and a different compound, it is considered that a covalent compound having a similar bonding mode is desirable. Also, it seems that a compound containing carbon which is a component of diamond has better consistency. There are many metal carbides, most of which are mainly ionic bonds. The covalent carbide includes silicon carbide and boron carbide, but silicon carbide is most desirable in the chemical resistant member of the present invention.

【0019】このような金属炭化物とダイヤモンドが混
在する中間層を硬質炭素膜と母材との間に形成すること
により、硬質炭素膜と母材との密着強度が向上する。ま
たこのダイヤモンドと、金属炭化物は層分離して存在し
ているのではなく、ダイヤモンドの周りを金属炭化物が
取り囲むような構造を呈し、ダイヤモンドが島状に分布
した構造となるために、いわゆるアンカー効果により密
着性が向上する。
By forming such an intermediate layer containing a mixture of metal carbide and diamond between the hard carbon film and the base material, the adhesion strength between the hard carbon film and the base material is improved. In addition, the diamond and the metal carbide do not exist in a layer-separated state, but have a structure in which the metal carbide surrounds the diamond. This improves the adhesion.

【0020】本発明における硬質炭素膜を作製する方法
としては、従来より炭素膜を生成手段として、マイクロ
波や高周波によりプラズマを発生させて所定の基体表面
に炭素膜を形成する、いわゆるプラズマCVD法あるい
は熱フィラメント法が主流である。しかしながら、プラ
ズマCVD法では、プラズマ発生領域が小さいために、
成膜できる面積が小さく、成膜できる面積が一般に直径
20mm程度であり、加工用部材としての応用が限られ
る。また圧力が高すぎるか、もしくはプラズマ密度が低
すぎるために基体が複雑な構造を有する場合や曲面構造
を有する場合、その構造に沿った均一なプラズマが得ら
れず、膜厚分布が不均一になりやすい。
As a method of manufacturing a hard carbon film in the present invention, a so-called plasma CVD method has been used in which a carbon film is formed on a predetermined substrate surface by using a carbon film as a means for generating plasma by microwaves or high frequencies. Alternatively, the hot filament method is the mainstream. However, in the plasma CVD method, since the plasma generation area is small,
The area in which a film can be formed is small, and the area in which a film can be formed is generally about 20 mm in diameter, and its application as a processing member is limited. In addition, when the pressure is too high or the plasma density is too low, if the substrate has a complicated structure or has a curved surface structure, uniform plasma along the structure cannot be obtained, and the film thickness distribution becomes uneven. Prone.

【0021】一方、熱フィラメントCVD法では、フィ
ラメントが切れやすく、また膜厚のバラツキを抑制する
ために母材の形状に合わせてフィラメントを設置する必
要があり、装置が汎用性に欠けるなどの欠点を有してい
る。
On the other hand, in the hot filament CVD method, the filament is liable to be cut, and it is necessary to set the filament according to the shape of the base material in order to suppress the variation in the film thickness. have.

【0022】これに対して、プラズマCVD法における
プラズマ発生領域に磁界をかけた、いわゆる電子サイク
ロトロン共鳴プラズマCVD法によれば、低圧下(1t
orr以下)で高密度のプラズマを得ることができるた
めに、プラズマを広い領域に均一に発生させることがで
き、通常のプラズマCVD法に比較して約10倍程度の
面積に均一に膜の形成を行うことができる。
On the other hand, according to the so-called electron cyclotron resonance plasma CVD method in which a magnetic field is applied to the plasma generation region in the plasma CVD method, low pressure (1 t)
or less), high-density plasma can be obtained, so that plasma can be uniformly generated in a wide area, and a film can be uniformly formed in an area about 10 times as large as that of a normal plasma CVD method. It can be performed.

【0023】よって、ここでは、電子サイクロトロン共
鳴プラズマCVD法(ECRプラズマCVD法)を例に
とって説明する。この方法では、内部に所定の母材が設
置された反応炉内に反応ガスを導入すると同時に2.4
5GHzのマイクロ波を導入する。それと同時にこの領
域に対して875ガウス以上のレベルの磁界を印加す
る。これにより電子はサイクロトロン周波数f=eB/
2πm(但し,m:電子の質量、e:電子の電荷,B:
磁束密度)にもとづきサイクロトロン運動を起こす。こ
の周波数がマイクロ波の周波数(2.45GHz)と一
致すると共鳴し、電子はマイクロ波のエネルギーを著し
く吸収して加速され、中性分子に衝突、電離を生じせし
めて高密度のプラズマを生成するようになる。この時の
母材の温度は150〜1000℃、炉内圧力1×10-2
〜1torrに設定される。
Therefore, here, the electron cyclotron resonance plasma CVD method (ECR plasma CVD method) will be described as an example. In this method, a reaction gas is introduced into a reaction furnace in which a predetermined base material is installed, and at the same time, 2.4 is introduced.
A microwave of 5 GHz is introduced. At the same time, a magnetic field of a level of 875 Gauss or more is applied to this region. This allows the electrons to have a cyclotron frequency f = eB /
2πm (m: mass of electron, e: charge of electron, B:
Cyclotron motion is generated based on the magnetic flux density). When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), it resonates and electrons are remarkably absorbed by the energy of the microwave, accelerated, collide with neutral molecules and cause ionization to generate high-density plasma. Become like At this time, the temperature of the base material was 150 to 1000 ° C., and the furnace pressure was 1 × 10 −2.
11 torr.

【0024】かかる方法によれば、成膜時の母材温度、
炉内圧力および反応ガス濃度を変化させることにより成
膜される硬質炭素膜の成分等が変化する。具体的には、
炉内圧力が高くなるとプラズマの領域が小さくなり、膜
の成長速度が下がるが結晶性は向上する傾向にある。ま
た、反応ガス濃度が高くなると、膜を構成する粒子の大
きさが小さくなり、結晶性が悪くなる傾向にある。これ
らの条件を具体的には後述する実施例に記載されるよう
に適宜制御することにより、前述したH1 /H2 比を制
御することができる。
According to this method, the base material temperature during film formation,
By changing the furnace pressure and the reaction gas concentration, the components and the like of the formed hard carbon film change. In particular,
As the pressure in the furnace increases, the area of the plasma decreases, and the growth rate of the film decreases, but the crystallinity tends to improve. Also, when the concentration of the reaction gas increases, the size of the particles constituting the film tends to decrease, and the crystallinity tends to deteriorate. Specifically these conditions by controlled appropriately as described in the examples below, it is possible to control the H 1 / H 2 ratio described above.

【0025】上記の成膜方法において、本発明の耐薬品
性部材を作製する場合、硬質炭素膜の形成にあたっては
原料ガスとして水素と炭素含有ガスを用いる。用いる炭
素含有ガスとしては、例えば、メタン、エタン、プロパ
ンなどのアルカン類、エチレン、プロピレンなどのアル
ケン類、アセチレンなどのアルキン類、ベンゼンなどの
芳香族炭化水素類、シクロプロパンなどのシクロパラフ
ィン類、シクロペンテンなどのシクロオレフィン類など
が挙げられる。また一酸化炭素、二酸化炭素、メチルア
ルコール、エチルアルコール、アセトンなどの含酸素炭
素化合物、モノ(ジ、トリ)メチルアミン、モノ(ジ、
トリ)エチルアミンなどの含窒素炭素化合物なども炭素
源ガスとして使用することができる。これらは一種単独
で用いることもできるし、二種以上で併用することもで
きる。
In the above-described film forming method, when producing the chemical resistant member of the present invention, hydrogen and a carbon-containing gas are used as raw material gases in forming the hard carbon film. Examples of the carbon-containing gas used include, for example, alkanes such as methane, ethane, and propane; alkenes such as ethylene and propylene; alkynes such as acetylene; aromatic hydrocarbons such as benzene; cycloparaffins such as cyclopropane; And cycloolefins such as cyclopentene. In addition, oxygen-containing carbon compounds such as carbon monoxide, carbon dioxide, methyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, mono (di, tri) methylamine, mono (di,
Nitrogen-containing carbon compounds such as tri) ethylamine can also be used as the carbon source gas. These can be used alone or in combination of two or more.

【0026】また、前述したようなダイヤモンドと炭化
ケイ素の混合物からなる中間層を形成するには、所望に
よりダイヤモンド核発生処理を行った後、反応ガスとし
て、水素と、炭素含有ガスおよびケイ素含有ガスを導入
する。前記ケイ素含有ガスとしては、四フッ化ケイ素、
四塩化ケイ素、四臭化ケイ素などのハロゲン化物、二酸
化ケイ素などの酸化物の他に、モノ(ジ、トリ、テト
ラ、ペンタ)シラン、モノ(ジ、トリ、テトラ)メチル
シランなどのシラン化合物、トリメチルシラノールなど
のシラノール化合物などが挙げられる。これらは一種単
独で用いることもできるし、二種以上で併用することも
できる。
In order to form an intermediate layer comprising a mixture of diamond and silicon carbide as described above, after performing a diamond nucleation treatment as desired, hydrogen, a carbon-containing gas and a silicon-containing gas are used as reaction gases. Is introduced. As the silicon-containing gas, silicon tetrafluoride,
In addition to halides such as silicon tetrachloride and silicon tetrabromide, oxides such as silicon dioxide, silane compounds such as mono (di, tri, tetra, penta) silane and mono (di, tri, tetra) methylsilane, and trimethyl And silanol compounds such as silanol. These can be used alone or in combination of two or more.

【0027】このように、本発明における硬質炭素膜
は、微粒組織のダイヤモンドを主体とするものであり、
しかも緻密質で膜表面および内部にボイド等の欠陥がな
く、また膜表面も平滑性に優れたものである。したがっ
て酸やアルカリと接する部材表面にこの硬質炭素膜を形
成すると、これら薬品に対する高い耐腐食性を付与する
ことができ、特に薬品によるボイド等による局所的な腐
食の発生を防止するとともに、薬品の膜のボイドや凹部
への残留も防止することができる。
As described above, the hard carbon film of the present invention is mainly composed of diamond having a fine grain structure.
Moreover, the film is dense, has no defects such as voids on the surface and inside of the film, and has excellent smoothness on the film surface. Therefore, when this hard carbon film is formed on the surface of a member that comes into contact with an acid or an alkali, high corrosion resistance to these chemicals can be imparted. It is also possible to prevent the film from remaining in voids and concave portions.

【0028】また、部材表面と硬質炭素膜との間に、少
なくともダイヤモンドと金属炭化物とを含む中間層を介
在させることにより、硬質炭素膜の母材への密着性を高
めることができるために、硬質炭素膜の母材からの剥離
等を防止できる。
Further, by interposing an intermediate layer containing at least diamond and metal carbide between the member surface and the hard carbon film, the adhesion of the hard carbon film to the base material can be increased. The peeling of the hard carbon film from the base material can be prevented.

【0029】[0029]

【実施例】【Example】

(実施例)電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD装置
の炉内に、母材として窒化ケイ素質焼結体(Y2O33重量
%、Al2O3 4重量%含有)、チタン合金(Ti−6Al
−4V)、ホウケイ酸ガラスのいずれかからなる100
ml容器を設置した。
(Example) in an oven at electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus, silicon nitride sintered bodies as the base material (Y 2 O 3 3% by weight, Al 2 O 3 4% by weight containing), titanium alloy (Ti-6Al
-4V), 100 of any of borosilicate glass
ml container was set up.

【0030】そこに、H2 297sccm、CH4 3s
ccmのガスを用いて、ガス濃度1%、母材温度650
℃、炉内圧力0.1torrで3時間処理して、ダイヤ
モンド核を発生させた後、原料ガスとしてH2 ガス、C
4 ガスおよびSi(CH34 ガスを用いて、 H2 297sccm CH4 3sccm Si(CH3)4 0.3sccm の割合でガス濃度1%、母材温度650℃、炉内圧力
0.05torrの条件で電子サイクロトロン共鳴(E
CR)プラズマCVD法により最大2kガウスの強度の
磁場を印加させ、マイクロ波出力3.0KWの条件で1
0時間成膜して容器内面にダイヤモンドと炭化ケイ素が
混在した厚さ1μmの中間層を形成した。
There, 297 sccm of H 2 , 3 s of CH 4
ccm gas, gas concentration 1%, base material temperature 650
° C., 3 hours to at reactor pressure 0.1 torr, after generating the diamond nuclei, H 2 gas as the source gas, C
Using H 4 gas and Si (CH 3 ) 4 gas, the gas concentration is 1% at a rate of H 2 297 sccm CH 4 3 sccm Si (CH 3 ) 4 0.3 sccm, the base material temperature is 650 ° C., and the furnace pressure is 0.05 torr. Electron cyclotron resonance (E
CR) A magnetic field having a maximum intensity of 2 kGauss was applied by a plasma CVD method, and a microwave power of 3.0 KW was applied.
Film formation was performed for 0 hour to form an intermediate layer having a thickness of 1 μm in which diamond and silicon carbide were mixed on the inner surface of the container.

【0031】また、表1中、試料No.4については、中
間層形成を H2 300sccm Si(CH3)4 0.3sccm のガス比とする以外は前記と全く同様にして、炭化ケイ
素からなる中間層を1μmの厚みで形成し、同様に評価
を行った。
In Table 1, sample No. 4 was made of silicon carbide in exactly the same manner as described above except that the intermediate layer was formed at a gas ratio of H 2 300 sccm Si (CH 3 ) 4 0.3 sccm. The intermediate layer was formed with a thickness of 1 μm, and was evaluated similarly.

【0032】次に、中間層の上に、純度99.9%以上
のH2 ガス、CH4 ガス、CO2 ガスを用いて、表1に
示すガス比、ガス濃度、母材温度、炉内圧力で成膜を行
い、容器内面にさらに4μmの硬質炭素膜を形成した。
Next, on the intermediate layer, gas ratios, gas concentrations, base material temperatures, and furnace interiors shown in Table 1 were used by using H 2 gas, CH 4 gas, and CO 2 gas having a purity of 99.9% or more. Film formation was performed under pressure, and a 4 μm hard carbon film was further formed on the inner surface of the container.

【0033】成膜した硬質炭素膜に対して、膜表面のラ
マン分光スペクトル分析を行い、ラマン分光スペクトル
チャートから1100cm-1と1700cm-1の位置間
で線を引き、これをベースラインとし、1160±40
cm-1に存在する最大ピークのピーク強度をH1 、13
40±40cm-1に存在する最大ピークのピーク強度を
2 として、H1 /H2 で表される強度比を算出した。
尚、表1中、試料No.3と試料No.9についてチャート
を図1、図2に示した。なお、ラマン分光分析における
発振源として、レーザーはArレーザー(発振線48
8.0nm)を用いた。
[0033] For the formed hard carbon film, subjected to Raman spectrum analysis of the film surface, draw a line between positions 1100 cm -1 and 1700 cm -1 from the Raman spectrum chart, which was the baseline, 1160 ± 40
The peak intensity of the maximum peak existing at cm -1 is H 1 , 13
The peak intensity of the maximum peak present in 40 ± 40 cm -1 as H 2, was calculated intensity ratio expressed by H 1 / H 2.
In Table 1, charts of Sample No. 3 and Sample No. 9 are shown in FIGS. The laser used as an oscillation source in the Raman spectroscopic analysis was an Ar laser (oscillation line 48).
8.0 nm).

【0034】次に、得られた容器に、45%フッ化水素
酸溶液80mlを注ぎ込み、48時間放置した。放置後
の表面を双眼顕微鏡で観察し腐食の状態を表1に示し
た。
Next, 80 ml of a 45% hydrofluoric acid solution was poured into the obtained container and left for 48 hours. The surface after standing was observed with a binocular microscope and the state of corrosion is shown in Table 1.

【0035】(比較例1)ホウケイ酸ガラスを用いて、
実施例1および実施例2と同様の腐食試験を行い、その
結果を表1試料No.17に示した。
Comparative Example 1 Using borosilicate glass,
The same corrosion test as in Examples 1 and 2 was performed, and the results are shown in Table 1 Sample No. 17.

【0036】(比較例2)母材として実施例において用
いたホウケイ酸ガラスを用いて、マイクロ波CVD法に
よって、中間層形成を実施例と同じガス比でガス濃度1
%、母材温度950℃、炉内圧力30torrの条件で
10時間成膜した後、さらに表1の試料No.9に示す条
件で成膜し4μmの硬質炭素膜を形成した。
(Comparative Example 2) Using the borosilicate glass used in the examples as a base material, the intermediate layer was formed by microwave CVD at a gas concentration of 1 at the same gas ratio as in the examples.
%, A base material temperature of 950 ° C. and a furnace pressure of 30 torr for 10 hours, and then a film was formed under the conditions shown in Sample No. 9 in Table 1 to form a 4 μm hard carbon film.

【0037】これについて、実施例1および実施例2と
同様の腐食試験を行い、その結果を表1試料No.9に示
した。
For this, a corrosion test was performed in the same manner as in Examples 1 and 2, and the results are shown in Sample No. 9 in Table 1.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】表1の結果によれば、H1 /H2 が0.0
5以上の硬質炭素膜を形成した本発明の試料は、いずれ
も強酸、強アルカリ溶液に対しても全く腐食が認められ
ず、優れた耐薬品性を示した。
According to the results shown in Table 1, H 1 / H 2 is 0.0
All of the samples of the present invention on which a hard carbon film of 5 or more was formed showed no corrosion even in a strong acid or strong alkali solution, and showed excellent chemical resistance.

【0040】また、比較例として従来のホウケイ酸ガラ
スでは、強酸に対して1時間で表面が白く変色した。ま
た、マイクロ波CVD法等で作製された硬質炭素膜や、
成膜条件によってH1 /H2 の比率が0.05よりも小
さい試料No.1、2、9、10では、いずれも試験後の
膜表面に腐食によると思われる10〜1000μmのス
ポットが多数観察され、腐食が局所的に進行したことが
わかった。
As a comparative example, the surface of a conventional borosilicate glass turned white in one hour against a strong acid. In addition, a hard carbon film manufactured by a microwave CVD method or the like,
In Samples Nos. 1, 2, 9, and 10 in which the ratio of H 1 / H 2 was smaller than 0.05 depending on the film forming conditions, there were many spots of 10 to 1000 μm on the film surface after the test, which were considered to be due to corrosion. It was observed that the corrosion had progressed locally.

【0041】また、上記と同様にして容器内に40%N
aOH溶液のアルカリ溶液を80ml注ぎ込み、48時
間放置後の腐食の状態を観察した結果、試料No.17の
ホウケイ酸ガラスからなる容器では、全面に腐食が見ら
れたが、それ以外の試料No.1〜16についてはほとん
ど変化は見られなかった。
In the same manner as above, 40% N
80 ml of an alkaline solution of an aOH solution was poured, and the state of corrosion after being left for 48 hours was observed. As a result, corrosion was observed on the entire surface of the container made of borosilicate glass of Sample No. 17, but the other Sample No. For 1-16, little change was observed.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の耐薬品性
部材は、酸やアルカリとの接触面において、優れた耐腐
食性を示し、特に局所的な腐食等の進行を抑制し、長期
にわたり優れた耐薬品性を発揮することができる。これ
により、酸やアルカリと接触する部材の耐薬品性にかか
わる信頼性を高めることができる。
As described in detail above, the chemical resistant member of the present invention exhibits excellent corrosion resistance on the contact surface with an acid or alkali, and particularly suppresses the progress of local corrosion and the like, Excellent chemical resistance over a long period of time. As a result, the reliability of the member that comes into contact with the acid or the alkali with respect to the chemical resistance can be improved.

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

【図1】本発明における硬質炭素膜(表1中、試料No.
3)のラマン分光スペクトル図である。
FIG. 1 shows a hard carbon film (Sample No. in Table 1) of the present invention.
It is a Raman spectroscopy spectrum figure of 3).

【図2】従来の硬質炭素膜(表1中、試料No.9)のラ
マン分光スペクトル図である。
FIG. 2 is a Raman spectrum diagram of a conventional hard carbon film (sample No. 9 in Table 1).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 16/50 C23C 16/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location C23C 16/50 C23C 16/50

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸やアルカリ等の薬品と接する表面が、ラ
マン分光スペクトルにおいて1340±40cm-1と1
160±40cm-1にピークが存在し、且つ1160±
40cm-1に存在するピークのうち最も強度の強いピー
ク強度をH1 、1340±40cm-1に存在するピーク
のうち最も強度の強いピーク強度をH2とした時、H1
/H2 で表されるピーク強度比が0.05以上の硬質炭
素膜からなることを特徴とする耐薬品性部材。
The surface in contact with a chemical such as an acid or an alkali has a Raman spectrum of 1340 ± 40 cm -1 and 1
There is a peak at 160 ± 40 cm −1 and 1160 ±
When the highest peak intensity among peaks existing at 40 cm -1 is H 1 , and the highest intensity peak among 1340 ± 40 cm -1 peaks is H 2 , H 1
A chemical resistant member comprising a hard carbon film having a peak intensity ratio represented by / H 2 of 0.05 or more.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007231781A (en) * 2006-02-28 2007-09-13 Tocalo Co Ltd Compressor blade, method for manufacturing the same, and gas turbine for thermal power generation
JP2007327349A (en) * 2006-06-06 2007-12-20 Tocalo Co Ltd Member for feed pump and method for manufacturing same

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