JPS61261480A - ダイヤモンド被覆部材 - Google Patents

ダイヤモンド被覆部材

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JPS61261480A
JPS61261480A JP10115885A JP10115885A JPS61261480A JP S61261480 A JPS61261480 A JP S61261480A JP 10115885 A JP10115885 A JP 10115885A JP 10115885 A JP10115885 A JP 10115885A JP S61261480 A JPS61261480 A JP S61261480A
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diamond
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alloy
carbon
base material
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Noritoshi Horie
堀江 則俊
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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、ダイヤモンド状カーボン及び/又はダイヤモ
ンドからなる被覆層を形成したダイヤモンド被覆部材に
関する。
(従来の技術) 従来、ダイヤモンド状カーボン及び/又はダイヤモンド
からなる被覆層の形成方法としては、大別すると特開昭
53−10394及び特開昭56−22616に開示さ
れているようなダイヤモンド又はカーボンを加熱蒸着し
て被覆層を形成する。所謂内相合成法と特開昭58−9
1100に開示されているような炭化水素と水素の混合
ガスを加熱して炭化水素の熱分解によりダイヤモンドの
被覆層を形成する、所謂気相合成法がある。
これらの方法を利用して各種の基材表面にダイヤモンド
の被覆層を形成したダイヤモンド被覆部材の提案が多数
行なわれている。この内、気相合成法によって基材表面
にダイヤモンドの被覆層を形成した工具部材の提案が特
開昭59−159981で行なわれている。
(発明が解決しようとする問題点) 一般に、ダイヤモンドは他の物質との濡れ性が著しく悪
く、又熱膨張率が小さく、更にダイヤモンド中への他派
子の拡散が少ないなどのために各種の基材表面にダイヤ
モンド状カーボン及び/又はダイヤモンドの被塑層を形
成するのが非常に困難であるといわれている。そこで、
本発明者は、気相合成法においてダイヤモンドの被覆層
を形成する場合のダイヤモンドの形成要因を検討した所
、気相合成法で使用するガスの種類及び純度、全ガス量
、ガス流量、ガス分解条件の他にダイヤモンド被覆層を
形成するための基材の表面状態と材質による影響が大き
いことを見い出した。
この内、ダイヤモンド被覆層を形成するための基材の表
面状態については、本発明者が特願昭59−24454
0で提供しており、ダイヤモンド被覆層を形成するため
の材質については、例えば特開昭58−91100で開
示されている方法ではSt又はMoを基材とし、特開昭
59−159981’t’はW 、 N b 、 T 
a 、 V 、 Cr又はHfを基材として使用してい
る。このようにSiや周期律表4a、5a、Ba族の金
属であるTi 、Zr、Hf 、V、Nb、Ta、Cr
M o 、 Wなどを基材とし、この基材の表面に気相
合成法によってダイヤモンドの被覆層を形成する場合、
基材と加熱分解して励起された炭素ガス及び水素ガスが
容易に反応する。すなわち、ダイヤモンドの核形成に作
用する活性化された炭素ガスはSiや周期律表4a、5
a、6a族の金属からなる基材との反応に使用されるた
めにダイヤモンドの成長速度が非常に遅くなるという問
題がある。また、ダイヤモンドの核が生成して、ダイヤ
モンドが成長するときに促進作用をする活性化された水
素ガスは、Stや周期律表4a、5a。
6a族の金属からなる基材に吸収されてしまうためにダ
イヤモンドの被覆層中にグラファイトやアモルファス状
カーボンが残存してくるという問題がある。
本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には炭素ガス及び水素ガスとの反応性の悪い金属部材
の表面に良質なダイヤモンドの被Wi層を形成したダイ
ヤモンド被覆部材の提供を目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) ダイヤモンドの被覆層を形成するには、それを形成する
ための基材の材質に大きく影響するという知見を得た。
そこで、本発明者は各種の材質からなる基材の表面にダ
イヤモンドの被覆層を形成することを試みた所、気相合
成法によって生ずる分解励起した炭素と励起した水素が
基材と反応し、この反応の強弱によって生成するダイヤ
モンド被覆層の質、形状、密度及び成長速度が異なって
くるという知見を得た。この知見に基づいて本発明を完
成するに至ったものである。
すなわち1本発明のダイヤモンド被覆部材は、Au、A
g、Cu又はこれらの相互合金もしくはAu、Ag、C
uの少なくとも1種を主成分とする合金からなる金属部
材の表面にダイヤモンド状カーボン及び/又はダイヤモ
ンドからなる被覆層を形成したことを特徴とするもので
ある。ここで使用するAu 、Ag 、Cu又はこれら
の相互合金もしくはAu、Ag、Cuの少なくとも1種
を主成分とする合金からなる金属部材は、用途によって
膜状、線状、板状又は塊状など種々の形状のものに応用
できる0例えば、膜状のものにして応用すると、本発明
のダイヤモンド被覆部材は、ガラス、金属1合金、セラ
ミックス又は複合材料からなる基材の表面にAu 、A
g 、Cu又はこれらの相互合金もしくはAu、Ag、
Cuの少なくとも1種を主成分とする合金からなる金属
部材から選ばれた単層又は複層でなる内層と該内層の表
面にダイヤモンド状カーボン及び/又はダイヤモンドか
らなる被覆層を形成したものとなる。
このような金属部材の表面にダイヤモンド状カーボン及
び/又はダイヤモンドからなる被rrIeを形成させる
と被覆層の形成工程において、金属部材を構成している
Au 、Ag 、Cuが励起された炭素及び励起された
水素と殆んど反応しなく、このために励起された炭素は
殆んどがダイヤモンドの核形成のために消費されること
になり、ダイヤモンドの核形成密度が高くなる。また、
ダイヤモンドの核形成密度の高い状態にある所に励起さ
れた水素が充満されることにより、ダイヤモンドの核生
成及び成長がより促進される。このために本発明のダイ
ヤモンド被覆部材は、緻密で良質なダイヤモンド被覆層
が形成されている。
ダイヤモンド状カーボン及び/又はダイヤモンドからな
る被覆層を形成させるための金属部材の表面は、JI’
S・BO601の記載に基づく表面アテサで、その表面
アラサを平均1000Å以下にするとダイヤモンドの核
生成密度がより一層高くなると共に金属部材と被覆層と
の密着性もすぐれたものになる。このような本発明のダ
イヤモンド被覆部材は、耐摩耗性、高熱伝導性及び高電
気絶縁性などの被覆層の特性を充分に発揮することがで
きるものである。
ここで述べてきたAu、Ag、Cu又はこれらの相互合
金もしくはAu 、Ag 、Cuの少なくとも1種を主
成分とする合金からなる金属部材は、Au、Ag、Cu
それぞれの単−金属又はAu−Ag 、Au−Cu 、
Ag−Cuの合金もしくはAu、Ag、Cuの少なくと
も1種を50体積%以上含有した合金1例えば各種の黄
銅、青銅、洋白、銀合金又は金合金などを示すものであ
る。
特に、ガラス、金属2合金、セラミックス又は複合材料
からなる基材の表面に上述のような金属部材の単層又は
複層でなる内層を形成し、該内層の表面にダイヤモンド
状カーボン及び/又はダイヤモンドからなる被覆層を形
成した本発明のダイヤモンド被覆部材の場合は、金属部
材からなる内層をイオンブレーティング、スパッタリン
グ、真空蒸着又はメッキによって形成することができる
。この場合、ガラス、金属9合金、セラミックス又は複
合材料からなる基材は、内層及び被覆層を形成するとき
の温度に耐えられる物質にする必要があり、例えばガラ
スでは石英ガラス、パイレックスなどの耐熱ガラス、金
属では周期律表4a、5a、Sa族金属、Fe、Ni、
Goなどの融点が1000℃以上のもの、合金ではステ
ンレス、鋳鉄、高速度鋼、工具鋼、耐熱合金、焼結ハイ
ス、サーメット、超硬合金など、セラミックスではAl
2O3基セラミツクス、ZrO2基セラミックスなどの
酸化物系セラミックス又はSi3N4基セラミックス、
SiC基セラミックス、T iC基セラミックス、高密
度窒化ホウ素基焼結体、ダイヤモンド基焼結体などの非
酸化物系セラミックスがあり、複合材料としては異種材
種を2種以上接合したような複合材料並びに上述の金属
9合金又はセラミックスの表面に異種の金属1合金もし
くは金属化合物の被膜を形成させたもの、具体的には上
述°の金属9合金又はセラミックスの表面に周期律表4
a、5a、6a族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化
物、ケイ化物又はこれらの相互固溶体並びに酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素の少なくとも1
種からなる単層又は複層でなる0、1〜20.pm程度
の被膜を形成さ2せた複合材料である。
本発明のダイヤモンド被覆部材における製造方法は、A
u、Ag、Cu又はこれらの相互合金もしくはAu、A
g、Cuの少なくとも1!iを主成分とする合金からな
、る金属部材の表面にダイヤモンド状カーボン及び/又
はダイヤモンドからなる被覆層を形成する場合には、金
属部材の表面を従来から使用されている砥石又は砥粒に
よって平均toooÅ以下の表面アラサにして蒸留水及
び有機溶剤で洗浄乾燥後、その表面に従来から行なわれ
ている気相合成法によってダイヤモンド状カーボン及び
/又はダイヤモンドからなる被覆層を形成することがで
きる。また、ガラス、金属9合金、セラミックス又は複
合材料からなる基材の表面にAu、Ag、Cu又はこれ
らの相互合金もしくはAu、Ag、Cuの少なくとも1
種を主成分とする合金からなる金属部材から選ばれた単
層又は複層でなる内層とこの内層の表面にダイヤモンド
状カーボン及び/又はダイヤモンドからなる被覆層を形
成する場合には、基材の表面を蒸留水及び有機溶剤で洗
浄乾燥後、その表面に従来から行なわれている真空蒸着
、イオンブレーティング。
スパッタリング又はメッキによって内層を形成し、次い
で気相合成法によってダイヤモンド状カーボン及び/又
はダイヤモンドからなる被覆層を形成したり、又は内層
の表面を砥粒又は砥石で平均1000^の表面アラサに
して後被覆層を形成する。ここで述べているダイヤモン
ド状カーボンとはダイヤモンドと殆んど同等の特性を有
するカーボンを示す。
(作用) 本発明のダイヤモンド被覆部材は、炭素及び水素との反
応性の低い金属部材の表面にダイヤモンド被覆層を形成
したものであることからダイヤモンド被覆工程では励起
された炭素のC−C結合がSP3軌道によるダイヤモン
ド結晶化になりやすく、このために非常に良質なダイヤ
モンドの被′mRとなっている。このことから、本発明
のダイヤモンド被覆材料の被覆層は、緻密で微細な結晶
粒子からなる膜状の被覆層になり、しかも高硬度性、耐
摩耗性、高熱伝導性及び高電気絶縁性がよりすぐれたも
のになっている。
(実施例) 実施例I Mo、WC−10%Co合金、Cuでなる約13X 1
3X5寸法の試料表面をそれぞれダイヤモンド砥粒で研
磨して平均500人の表面アラサにした後蒸留水及びア
ルコールで洗浄乾燥した。
これらの各試料をフィラメント温度2000℃。
試料表面温度920℃、水素ガス100J/win。
メタンガス0 、7−/win、圧力20To r r
の熱フィラメントの気相合成法によりダイヤモンドから
なる被覆層を形成させた。その結果、Moの表面には0
.7pm厚さのダイヤモンド被覆層が形成され、wc−
to%Co合金の表面には殆んどダイヤモンドは確認さ
れず、Cuの表面には自形面を有する約2.04mの厚
さのダイヤモンド被覆層が形成されていた。
実施例2 W、5i02.Si及びAuでなる約 1oxsxtの板状試料表面をそれぞれ洗浄乾燥後マイ
クロ波出力300W、圧力30Torr。
水素ガス300 wQ/@if1. x−タンガス1.
2mQ/min、反応時間10時間でプラズマCVD法
によりダイヤモンドの被i2層を形成させた。これらの
各試料のダイヤモンド被覆層をラマン分光分析によって
測定した所、W、SiO2、Siの各試料表面に形成し
たダイヤモンド被覆層は、非晶質炭素の混在が認められ
たのに対し、Au試料表面に形成してダイヤモンド被覆
層は、炭素の混在のない良質なダイヤモンドであった。
実施例3 Mo板とMo板の表面にスパッタ法により5pm厚さの
Cuを被覆した各試料にマイクロ波出力300W 、圧
力40To r r 、水素ガスio。
mlJ/sin、メタンガスO−5mQ /win +
反応時間20厘inの条件でダイヤモンドを被覆した。
このようにして得られた2種類の試料のダイヤモンド被
覆層の特性値を測定した結果、Mo板に直接ダイヤモン
ド被覆層を形成した試料に比較してMo板の表面にCu
を被覆した後ダイヤモンド被覆層を形成した試料の方が
ダイヤモンド被覆層の電気絶縁性及び熱伝導性がすぐれ
ていた。
(発明の効果) 以上の結果、本発明のダイヤモンド被覆部材は、不純物
のない良質のダイヤモンド被覆層を有する材料であり、
この被覆層の高硬度性、耐摩耗性、高熱伝導性及び高電
気絶縁性を応用してヒートシンク、半導体用マウント、
レコード針又はオーディオやビディオなどのピックアッ
プ用レバーなど電気部品用材料もしくは電子部品用材料
関係に利用できる。また、工具鋼、超硬合金、サーメッ
ト、セラミックス又は複合材料からなる基材の表面に内
層を形成し、この内層の表面にダイヤモンド被覆層を形
成した本発明のダイヤモンド被覆部材は、耐摩耗用工具
又は切削用工具をはじめとする各種の工具部品に利用す
ることができる産業上有用な材料である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例2で測定したラマン分光分析による回
折線を示す。 図中(a)は、W板の表面に形成したダイヤモンド被覆
層の回折線を示し、(b)は、Au板の表面に形成した
ダイヤモンド被覆層の回折線を示す。 特許出願人 東芝タンガロイ株式会社 第1図 +too    rsDo    t30D    t
 1005L 4文 (cfす

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Au、Ag、Cu又はこれらの相互合金もしくは
    Au、Ag、Cuの少なくとも1種を主成分とする合金
    からなる金属部材の表面にダイヤモンド状カーボン及び
    /又はダイヤモンドからなる被覆層を形成したことを特
    徴とするダイヤモンド被覆部材。
  2. (2)上記金属部材の表面が平均1000Å以下の表面
    アラサであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のダイヤモンド被覆部材。
  3. (3)ガラス、金属、合金、セラミックス又は複合材料
    からなる基材の表面にAu、Ag、Cu又はこれらの相
    互合金もしくはAu、Ag、Cuの少なくとも1種を主
    成分とする合金からなる金属部材から選ばれた単層又は
    複層でなる内層と該内層の表面にダイヤモンド状カーボ
    ン及び/又はダイヤモンドからなる被覆層を形成したこ
    とを特徴とするダイヤモンド被覆部材。
  4. (4)上記内層の表面が平均1000Å以下の表面アラ
    サであることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    ダイヤモンド被覆部材。
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