JPS61153279A - 硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法 - Google Patents

硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法

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JPS61153279A
JPS61153279A JP27852084A JP27852084A JPS61153279A JP S61153279 A JPS61153279 A JP S61153279A JP 27852084 A JP27852084 A JP 27852084A JP 27852084 A JP27852084 A JP 27852084A JP S61153279 A JPS61153279 A JP S61153279A
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boron nitride
borazine
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coating layer
hydrogen
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Masaru Yagi
優 八木
Noritoshi Horie
堀江 則俊
Yoshitaka Maekawa
前川 善孝
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、基体表面に窒化ホウ素からなる被覆層を気相
反応法により形成させる硬質窒化ホウ素被覆材料の製造
方法に関する。
(従来の技術) 窒化ホウ素は、主として31i額の結晶m浩のものが存
在し、その1つは常圧で容易に合成される軟質で潤滑性
にすぐれた六方晶型窒化ホウ素であり、他の2つは、高
圧、高温という特殊な条件で合成される硬質で緻密な立
方晶型窒化ホウ素及びウルツ鉱型窒化ホウ素である。こ
れらの窒化ホウ素の内、立方晶型窒化ホウ素は、製造方
法が確立されており、又ダイヤモンドに次いで高硬度で
、しかもダイヤモンドが鉄との親和性が高いのに対し立
方晶型窒化ホウ素は鉄との親和性が低いことから、例え
ば鉄系材料の切削工具として注目されている材料である
。このように鉄との親和性が低く、高硬度、高熱伝導性
、高電気絶縁性を有する立方晶型窒化ホウ素を被覆層と
して基体表面に形成する方法が種々追究されている。
従来、基体表面に窒化ホウ素からなる被覆層を形成させ
る方法としては、大別すると化学蒸着法(cvn)と物
理蒸着法(PVD)がある、この内、前者の方法として
は、ハロゲン化ホウ素又はジポランの如きホウ素含有化
合物とアンモニア又はヒドラジンと水素との反応ガス中
で行なう方法がある、一方後者の方法としては、イオン
ビームデボジシ冒ン法、イオン注入法又はイオンビーム
デポジション法と蒸着法を組合せた方法もしくはイオン
注入法と蒸着法を組合せた方法がある。
(発明が解決しようとする問題点) 従来、基体表面に窒化ホウ素からなる被覆層を形成する
方法の内、化学蒸着法による場合は、軟質な六方晶型窒
化ホウ素からなる被覆層であって硬質な窒化ホウ素の被
覆層が形成され難いという問題がある。物理蒸着法の内
、イオンビームデポジション法による場合は、高真空高
電圧用装置とイオンビーム発生装置及び集束装置が必要
で設備容除に対する処理量も少ないために高価に付くと
いう問題があり、イオン注入法による場合は、処理に要
する時間が長く、しかも高硬度の窒化ホウ素の被覆層が
形成され難いという問題がある。
これらのイオンビームデポジション法又はイオン注入法
と蒸着法を組合わせた場合は、得られる被覆層の解析か
らは高硬度な立方晶型窒化ホウ素の含有が確認されてい
るけれども実用化できるだけの被覆層が形成されていな
いという問題がある。
本発明は、上記のような問題点を解決したもので、特に
基体表面に緻密で硬質な窒化ホウ素の被覆層を低温で容
易に形成することができる方法を提供することを目的と
する。
(発明を解決するための手段) 本発明の硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法は、水素又
は水素及び不活性ガスとボラジン又はボラジン誘導体を
直流、高周波又はマイクロ波による放電中を通過させた
混合ガス、もしくは水素を直流、高周波又はマイクロ波
による放電中を通過させた後ボラジン又はボラジン誘導
体と不活性ガスとで混合した混合ガスを200℃〜13
00℃に加熱した基体表面に導入して窒化ホウ素からな
る被覆層を基体表面に形成させる方法である。
この本発明の方法を具体的に説明すると、金属。
合金、焼結合金、セラミックス又は複合材料からなる基
体の表面を必要によっては研削、研摩又はラッピングな
どの加工を施した後木、中性洗剤。
有機溶剤などで洗浄したり、必要によっては蒸気洗浄、
超音波洗浄又は表面エツチングを行ない、次いで基体を
乾燥後反応容器内にセットする。この反応容器を真空に
排気した後水素とボラジン又はボラジン誘導体もしくは
水素と不活性ガスとボラジン又はボラジン誘導体を反応
容器内に送入して直流、高周波又はマイクロ波により発
生した放電中を通過させた混合ガスを200”0〜13
00℃に加熱した基体表面に導入して窒化ホウ素からな
る被覆層を基体表面に形成することができる。
また、反応容器を真空に排気した後水素を反応容器内に
送入して直流、高周波又はマイクロ波により発生した放
電中を通過させた後ボラジン又はボラジン誘導体と不活
性ガスとで混合した混合ガスを200℃〜1300℃に
加熱した基体表面に導入して窒化ホウ素からなる被覆層
を基体表面に形成することができる。ここで使用するボ
ラジン又はボラジン誘導体とは、化学式がB3N3H6
のボラジン又はBX NY H2(X、Y 、Zは、そ
れぞれ整数を表わす)で表示されるボラジン誘導体を示
し、ボラジン誘導体としては、例えば化学式がus H
5H8のボラゾナフタレン。
Bb Nb H+oのボラゾビフェニル、 H3H5H
8の2.4−ジアミノボラジンなどがある。このボラジ
ン又はボラジン誘導体は、水素ガス又はAr、Kr、X
e、Ne、Heなどの不活性ガスをキャリアガスとして
反応容器内に送入することができる。水素とボラジン又
はボラジン誘導体もしくは水素と不活性ガスとボラジン
又はボラジン誘導体を直流、高周波又はマイクロ波によ
り放電中を通過させてなる混合ガスを基体表面に導入す
るときは、反応容器内に設置する基体の位置は。
放電領域内もしくは放電領域外で放電中を通過した混合
ガスが排出口側に対流している対流領域内であってもよ
い、また、水素を放電中に通過させた後ボラジン又はボ
ラジン誘導体とでなる混合ガスを基体表面に導入すると
きには、反応容器内に設置する基体の位置は、放電領域
内よりもむしろ放電領域外で混合ガスが排出口側に対流
している対流領域内の方が望ましい、ここで使用する基
体は、加熱温度が200℃〜1300℃と低温であるこ
とからAJJ、Cu、鉄族金属又はM o 、 W 。
T i 、 T aなどの高融点金属などの各種金属、
AJI合金、Cu合金、鉄族金属合金又は工具鋼を含め
た各種の鋼、鋳物などの鉄系材料もしくは粉末冶金法に
よって作製される焼結ハイス、超硬合金、サーメットな
どの焼結合金あるいはAu203系セラミツクス、Zr
O2系セラミックスなどの酸化物系セラミックスからS
i3N4クスを含めた各種セラミックス、更にこれらの
金属2合金、焼結合金、セラミックスなどにメッキ、C
VD 、PVDによって金属9合金又は周期律表4a、
5a、6a族金属の炭化物、窒化物。
酸化物、ホウ化物もしくはこれらの相互固溶体あるいは
An? 03  、Al’N 、などを単層又は多重層
に被覆した複合材料からこれら金属9合金、焼結合金、
セラミックスなどの異種材料を少なくとも2種以上積層
した複合材料などが使用できる。
これら各種の基体の表面に被覆する窒化ホウ素からなる
被覆層は、用途によって異なるけれども被覆層の特性を
有効に発揮させるのと被覆層内剥離を防ぐ必要から0.
31Lm〜30ILm厚さにすることが望ましく、特に
衝撃が加わるような用途に応用するときには被覆層厚さ
は、0.3Qm〜5gmと薄くすることが望ましい。被
覆層を形成するときの基体の加熱温度は、基体の種類又
は形状によっても異なるけれども基体と被覆層との密着
性及び被覆層の析出速度から500℃〜1100℃が望
ましい。
(作用) 本発明の硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法は、実際の
理論的メカニズムは明らかでないが化学的反応性に富む
ボラジン又はボラジン誘導体が分解して原子状態になり
、放電中を通過して励起状態又は原子状態にある高エネ
ルギーの水素から原子状態のボラジン又はボラジン誘導
体がエネルギーを吸収してより高いエネルギーをもつ状
態に励起され、この励起されたBとNが加熱した基体表
面でB−Nの構造を形成することによって硬質窒化ホウ
素からなる被覆層になるものである。この本発明の方法
は、気相反応法によって低温で容易に硬質窒化ホウ素の
被覆層を形成することが可能で、その被覆層は1.04
m以下の微細な粒子で緻密な膜状の薄層になりやすく、
このために基体表面との密着性もすぐれたものになる。
(実施例) 実施例1 反応容器内を真空排気した後水素ガス100J/win
を供給して系内圧力を5Torrにした。
次いでArをキャリアガスとしてボラジン5−/■in
を反応容器内に供給し、水素ガスとArガスとボラジン
をマイクロ波出力300W 、による放電中を通過させ
て混合した混合ガスを放電領域内に設置して500℃に
加熱したSi基体表面に導入し、窒化ホウ素からなる被
覆層を形成した。
得られた被覆材料を走査型顕微鏡、X線回折、オージェ
分光法により測定した所、被覆層は1.0pm厚さで、
立方晶型窒化ホウ素からなる膜状の薄層であることが確
認できた。このようにして得た被覆層の硬さをビッカー
ス硬度計〒測定した所4000 kg/mm2テあった
実施例2 反応容器内を真空排気した後水素、ガス300wO7■
inを供給して系内圧力を30Torrにし、この水素
をマイクロ波出力300Wによ“る放電中を通過させて
ArガスをキャリアガスとしてボラジンIOJ/win
と混合した混合ガスを放電領域外でガス排出側に設置し
て1000℃に加熱したSi3N4系セラミックス基体
表面に導入して窒化ホウ素からなる被覆層を形成した。
得られた被覆材料を走査型顕微鏡、X線回折、オージェ
分光法により測定した所、被覆層が1.5pm厚さで、
立方晶型窒化ホウ素の微細粒子の薄膜であった。
実施例3 反応容器内を真空排気した後水素ガス150J /wi
nと水素ガスをキャリアガスとしてボラジン10WO/
winを反応容器に供給し、この水素とポラジンをマイ
クロ波出力300Wによる放電中を通過させて混合した
混合ガスを放電領域外でガス排出側に設置して1000
℃に加熱した基体表面に導入し、窒化ホウ素からなる被
覆層を形成した。
ここで使用した基体はJIS規格P30相当の超硬合金
の表面に1.0pmのT1CN層の内層と0.5JLm
のAILN層を外層とする複合材料であ被覆層は1.0
#Lm厚さの立方晶型窒化ホウ素からなる多重層の被覆
材料であった。
(発明の効果) 以上の結果、本発明の硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方
法は、立方晶型窒化ホウ素からなる硬質な被覆層が低温
で容易に得られることから切削用工具及び耐摩耗用工具
に応用することができ。
特に鉄との親和性の低い立方晶型窒化ホウ素の被覆層を
形成することができることから鋼、鋳物又は耐熱合金を
含めた各種難削材料の切削用工具として利用することが
できる。また、耐食性及び化学的安定性にすぐれた窒化
ホウ素の被覆層からノズル、メカニカルシール、バルブ
などの耐摩耗用工具にも利用することができる。さらに
、高電気絶縁性、高熱伝導性及び高硬度性の被覆層から
半導体用チップ及びベンチ、ニッパ等の電気工具部品な
どにも利用できるもので産業上有用なものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 水素又は水素及び不活性ガスとボラジン又はボラジン誘
    導体を直流、高周波又はマイクロ波による放電中を通過
    させた混合ガス、もしくは水素を直流、高周波又はマイ
    クロ波による放電中を通過させた後ボラジン又はボラジ
    ン誘導体と不活性ガスとで混合した混合ガスを200℃
    〜1300℃に加熱した基体表面に導入して、該基体表
    面に窒化ホウ素からなる被覆層を形成することを特徴と
    する硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法。
JP27852084A 1984-12-27 1984-12-27 硬質窒化ホウ素被覆材料の製造方法 Granted JPS61153279A (ja)

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