JPS61502403A - ダイヤモンド様炭素被膜の形成方法 - Google Patents

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】 本発明は、好ましくは貴ガス存在下に於て、炭化水素および水素がプラズマ放電 によりイオン化される、ダイヤモンド゛様炭素被膜の形成方法に関する。

背景技術 ダイヤモンド様の炭素被膜は、赤外光学系用品例えば、レンズ、反射鏡等のコー ティングに、特によく用いられる。このような物品のコーティングは、真空状態 下で行なわれ、炭化水素類（例えばアセチレン）と貴ガス（例えばアルゴン）と の混合ガスはプラズマ放電にさらされる。この様にして生成した被膜は、可視ス にクトル域に於て透明ではなく、それらは、黄色又は、褐色又は、青色又は、黒 味を帯びている。この事は、これらのコーティングが、可視スＲクトル域の光学 系用品のすシ傷防ＩＥ被覆として用いる事が出来ず、赤外スはクトル用としての み用いられる理由である。

ダイヤモンド５様の炭素薄膜を被覆する方法は、英国特許公開筒２，１２８，６ ３７号に記述されている。この方法では、炭素イオンと他のイオンが別々の固定 源で発生され、被覆されるべき基材の表面に向けて送られ、加速される。この第 二番目のイオン種は、ケミカルスパッターによシ、被覆膜より不要の変質炭素を 除去する作用がある。この目的の為に、水素が他の物質と共に使用される。基材 は１００〜２００℃の温度に加熱される。

得られ、それも又赤外光学系用品に適している。固定源を用いる従来の方法では 、均質な被膜で全体を被覆させようとするには、その発生源に対し基材を回転さ せなければならない。沢山の部品を同時にコーティングする事は、技術的に可能 だが、多額の費用がかかる。さらに別の欠点は、時間当り達成する事が出来る通 常旧〜ｌ／４と言う成長速度は比較的遅いという事である。さらに、比較的薄い コーティングしか、生成出来ない。

と言うのは、ダイヤモンド様の炭素被膜に生じる内部応力が、約１μｍ以上の被 膜の厚さでは、クランクを生じさせるからである。それ故、それらダイヤモンド 様の被膜が非常に限られた耐摩耗性しか持たない為、その応用分野は限定されて しまう。

もし、より厚いダイヤモンド様゛様の被膜が生成出来れば、より広く応用される であろう。

発明の開示 本発明の目的は、可視領域に於ても透明であり、さらに、低い内部応力を示す、 着色されていないダイヤモンド様の炭素被膜を生成する方法を提供する事である 。さらに本方法が、沢山の製品を同時に均質に全体を被覆する事を可能にする事 である。

この問題は以下に述べる本発明により解決された。すなわち、本発明においては 、炭化水素ガス又は炭化水素類のガスと純水素との混合ガスを、室温のコーティ ングする基材上に通気し、注入されたガスにより保持された、高周波励起により 、基材の周シに無醒素プラズマ放電を起こさせ、そしてプラズマ放電の間に、ガ スが励起され、解離され、イオン化され、基材に向い加速される。炭化水素ガス の分圧は、好ましくは、ｌＯ〜１ｍｂａｒ　（ミ’）ノζ−ル）で、炭化水素対 水素の分圧比は０．０５〜２０好ましくは、０．５〜ｌＯの範囲である。貴ガス 好ましくは、アルゴン、の存在下で、本発明の方法を実施する時は、炭化水素対 貴ガスの分圧比は０．１〜１０、好ましくは、１〜５の範囲である。

コーティングは、真空状態で、好ましくは、２　Ｘ　１０　ｍｂａｒ以下の残存 ガス圧で開始する。本発明によるコーティングは、コーティングの前又はコーテ ィング中に基材を加熱する必要な〈実施される。好ましい基材温度は１０〜２０ ℃である。−１００℃まで冷却する事も可能である。

プラズマ放電は、低電圧、例えば５０〜６ｏｏｖ、好ましくは１５０〜２５０ｖ で起こる。キロヘルツからメガヘルツの範囲、３０ＫＨｚ〜１４　ＭＨｚ　、に 於ける高周波励起が、プラズマ放電を発生させ、維持するのに必要とされる。

本発明による方法の１つの実施態様にふれば、コーティング工程は断続的に行な われる。一時的に中断している間、炭化水素の供給は中断され基材は貴ガス及び （又は）水素ガスだけの作用にさらされる。これは、貴ガス及び（又は）水素の 分圧を増加させる。必要とする被膜の厚みが得られるように選択される合計の時 間のうち、夫々のコーティング時間は、たとえば、１秒〜２０分、好ましくは、 ２秒〜２分の範囲であり、一方、炭化水素の供給は１秒〜１０分、好ましくは１ 秒〜１分の間中断され得る。

用いられる炭化水素類は、出来れば、炭素原子１０以下の、例えば、アセチレン 、エチレン、メチルアルコール等であれば、飽和又は不飽和の炭化水素類のいず れでもかまわない。本発明により純水素及び純貴ガスが用いられる。全ての作業 ガス類は、規定の組成に混合して供給してもよいし、それぞれ別個に放電室に供 給して、室内で混合するようにしてもよい。

本発明によれば、コーティング装置、例えば、２極管ユニツト、３極管ユニツト 又は熱補助型３極管ユニツト、あるいは磁界補助型ユニットも又、もし出来れば 、２　Ｘ　１０−５ｍｂａｒ以下の圧力迄排気される。それから、作業ガスを必 要な混合比で注入する。

本発明の方法は動的に実行される。すなわち、ガスの供給は、真空ポンプが稼動 している間に、先に示した作業圧力になる様調節される。作業圧力が調節された 後、プラズマ放電が点火され、これは、正しい工程調節により、コーティングさ れる基材の周囲を均一に包んで燃える。通常、高周波励起がプラズマ放電を維持 する為に用いられる。

作業ガスはコーティング・チャンバーの中で励起され、解離され、イオン化され る。従来の方法で事前に清浄化された基材に於ける負のバイアス電圧により、イ オンは、コーティングチャンバーから基材により、引き工せられる。それらは、 充分高いエネルギーを持って衝突する為、コーティングの結晶格子は、少なくと も、部分的にはダイヤモンドの構造金呈する。

本発明に含まれる方法は、可視ス探りトル域においてさえも。

透明で、清澄な、かっ色味音帯びていないコーティング製品の製造を可能とする 。他方、本発明に包含される方法によれば、被覆された被膜は内部応力が低い為 、より厚い被膜を生成出来る。このダイヤモンド様の炭素被膜は又、３５０ＱＨ ｖ以上の高い硬度と、１０−１５Ωα迄もの高い抵抗率と、主として真空で低い 摩擦係数を示す。これらのすぐれた特性は、本発明のコーチングが、宇宙機器用 としても極めて優れた品質をもつものであμｍ ること全保証している。さらに、本発明による方法は、１０　／（、ｐ迄もの、 速い成長速度を特徴とする。基材は回転させる事なしで、真空下で全体をコーテ ィング出来るから、ｌコーティングサイクルの間に、同時に沢山の部品をコーテ ィングする事が可能となる。

本発明は次の例により、より詳細に説明される。

例−１ 炭素コーティング用基拐として準備した５Ｘ５ｃｍ？イズのガラス板全溶剤によ って、超音波槽内で洗浄し、蒸留水にてすすぎ、その後再び、アセトンとメメノ ールをそれぞれ用いた２つの超音波槽で、夫１ｒ１５分間づつ洗浄した。

それから、残留ガス圧力が、約２　Ｘ　１０””　ｍｂａ、ｒ以下になるまで排 気され、４００Ｖの放電電圧で、１０分間イオンエツチングされ、アルゴンが５ 　Ｘ　Ｉ　Ｑ−３ｍｂａｒの分圧迄注入された、営業用のコーティング装置にガ ラス板を入れた。そこで、装置金玉に示された圧力迄排気した。次に示すガスを 表示した分圧迄装置内へ注入した。アセチレン（２Ｘ　１０””３ｍｂａｒ　） 、水素（ＩＸ　１０−ｍｂａｒ　）、及びアルゴン（３Ｘ　１０−３ｍｂａｒ　 ）。放電電圧を３００Ｖに合わせた。２５分のコーティング期間の後、可視ス纜 りトルに於てさえ透明であり、０．５μｍの厚さを持ち、低い内部応力を示す、 しっかりと付着した、硬い被膜が得られた。

例−２ 直径３．５ｉｎ、長さ２５朋の円筒のガラスを、例】で述べた様に洗浄した。コ ーティング装ｆ、ｌ、例１に示された値迄排気した後、次に承りガスを注入した 。エチレン（３Ｘ　Ｉ　Ｏ−”ｍｂａｒ）、水素（Ｉ　Ｘ　１０−３ｍｔｎｒ） 。放電電圧は１５０ｖに合わせた。コーティング時間は４０分だった。被膜厚さ は合計３μｍであった。

被膜はしつかり付着し、大変かたかった。

例−３ １８Ｘ　１８＋ｎ’ｊイズのステンレススチール板を例１で述べられた方法によ シ、洗浄した。装置を排気した後、次に示すガスを注入した。アセチレン（８Ｘ 　ｌ　Ｏ−３ｍｂａｒ）、水素（８Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ｍｂａｒ）及びアルゴン（Ｉ ＸＩＯ−３ｍｂａｒ）６放電電圧は２００ｖだった。

１０分のコーティング時間の後、アセテレ／の供給を２分間停止した。水素分圧 は５　Ｘ　１０−３ｍｂａｒに、アルゴンの分圧は８×１０””３ｍｂａｒに増 加した。この手順を１５回くり返した。被膜厚さは合計４．５μｍだった。被膜 は大変かたく、内部応力が認められなかった。

国際ＭＡ斉報告 ―、−一〜−一緘ＩＩ＆ＰＣＴ／ＥＰ８Ｓ１００２７５ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔｌ ’Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡτｒＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＥ’ＯＲτＯＮ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．好ましくは貴ガスの存在下に、炭化水素および水素がプラズマ放電によつて イオン化される、ダイヤモンド様炭素被膜の形成方法であつて、炭化水素ガスま たは炭化水素ガスと純水素との混合物を、室温に置かれた被覆すべき基材上に通 気し、導入されたガスによつて保持される高周波励起による無酸素プラズマ放電 を基材の周囲に生じさせ、このプラズマ放電の間に、ガスが励起され、解離され 、かつイオン化されて基材に向けて加速されることからなる、ダイヤモンド様炭 素被膜の形成方法。
2. ２．炭化水素ガスの分圧が１０−３〜１ｍｂａｒに調整され、炭化水素対水素ガ スの分圧の比が、０．０５〜２０、好ましくは、０．５〜１０の範囲にある、請 求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．炭化水素対貴ガス（好ましくはアルゴン）の分圧の比が０．１〜１０、好ま しくは１〜５の範囲にある、請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
4. ４．コーテイングが、真空状態で、好ましくは２×１０−５ｍｂａｒ以下の圧力 下で、開始される請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。
5. ５．複覆されるべき基材が一１００℃までに、好ましくは１０〜２０℃に冷却さ れる請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方法。
6. ６．プラズマ放電が５０〜６００Ｖの電圧で、好ましくは１５０〜２５０Ｖの電 圧で、行なわれる請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の方法。
7. ７．キロヘルツ〜メガヘルツの範囲にある、好ましくは３０ＫＨｚ〜１４ＭＨｚ の範囲にある周波数が、プラズマ放電に用いられる請求の範囲第１項〜第６項の いずれかに記載の方法。
8. ８．コーテイングが断続的に行なわれ、このコーテイング工程の一時的中断時に は、炭化水素の供給が中断され、基材が、貴ガス及び（又は）水素の衝撃を受け るようにする、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。
9. ９．基材を１秒〜２０分間、好ましくは、２秒〜２分間かけて被覆し、炭化水素 の注入を１秒〜１０分間好ましくは、１秒〜１分間中断し、かつこの操作を必要 とする被膜の厚さに達する迄くり返す請求の範囲第８項に記載の方法。