TW202337849A - 鑽石工具及其製造方法 - Google Patents
鑽石工具及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202337849A TW202337849A TW112101987A TW112101987A TW202337849A TW 202337849 A TW202337849 A TW 202337849A TW 112101987 A TW112101987 A TW 112101987A TW 112101987 A TW112101987 A TW 112101987A TW 202337849 A TW202337849 A TW 202337849A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- diamond
- tool
- polycrystalline diamond
- polycrystalline
- diamond layer
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 282
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 274
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 87
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 claims description 16
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 5
- 238000005211 surface analysis Methods 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 9
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N trimethylborane Chemical compound CB(C)C WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- PLFLRQISROSEIJ-UHFFFAOYSA-N methylborane Chemical compound CB PLFLRQISROSEIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
本發明提供一種新穎之鑽石工具,其係利用單晶鑽石者,且多晶鑽石層牢固地鍵結,可發揮均一之加工特性。
本發明之鑽石工具包括:
包含單晶鑽石之基材、及
形成於上述基材之至少一部分之表面之多晶鑽石層。
Description
本發明係關於一種鑽石工具及其製造方法。
先前,為了刻劃玻璃基板或矽晶圓等而使用鑽石工具,該鑽石工具利用刻劃輪、由單晶鑽石形成之鑽石尖點。
例如,對於玻璃基板,主要使用相對於基板滾動之刻劃輪。又,就提昇刻劃後之基板之強度等優點而言,亦研究使用作為固定刀之鑽石尖點。
例如,於專利文獻1中,提出有一種使用具有圓錐形前端之玻璃刻劃器來刻劃玻璃板之刻劃裝置。又,於專利文獻2中提出有一種鑽石刻劃器,該鑽石刻劃器將鑽石粒子之前端面設為平面,朝向稜線形成研磨面,將研磨面與稜線之交點作為尖點。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-043787號公報 [專利文獻2]日本專利特開2005-088455號公報 [專利文獻3]日本專利特開2018-34381號公報
[發明所欲解決之問題]
於單晶鑽石之表面,存在[100]面、[111]面、[110]面等各種結晶方位,加工性及耐磨性各不相同。因此,例如於如專利文獻3中所記載,將單晶鑽石用作鑽石工具之情形時,通常需要考慮與基板接觸之工具表面之結晶方位。
本發明之主要目的在於提供一種新穎之鑽石工具,其係利用單晶鑽石者,且多晶鑽石層牢固地鍵結,可發揮均一之加工特性。 [解決問題之技術手段]
本發明人等為了解決如上所述之問題而進行了銳意研究。其結果,發現藉由在包含單晶鑽石之基材之至少一部分之表面形成多晶鑽石層,而成為如下新穎之鑽石工具,即,作為單晶鑽石之基材與多晶鑽石層牢固地鍵結,可發揮均一之加工特性。進而,本發明人等亦發現若於使奈米鑽石附著於包含單晶鑽石之基材之至少一部分之表面後,形成多晶鑽石層,則可獲得如下新穎之鑽石工具,即,對於具有各種結晶方位之單晶鑽石之表面,可均勻性較高地形成多晶鑽石層,可發揮更均一之加工特性。
本發明係基於該等見解,藉由進一步反覆研究而完成者。
即,本發明提供下述所示之形態之發明。 項1. 一種鑽石工具,其包括: 包含單晶鑽石之基材、及 形成於上述基材之至少一部分之表面之多晶鑽石層。 項2. 如項1所記載之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層包含金屬元素。 項3. 如項1或2所記載之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層包含由硼、磷及氮所組成之群中之至少1種。 項4. 如項1至3中任一項所記載之鑽石工具,其中形成有上述多晶鑽石層之上述單晶鑽石之表面具有複數種面方位。 項5. 如項1至4中任一項所記載之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層於利用掃描式電子顯微鏡所進行之表面解析中,結晶粒徑未達10 μm,且於使用電子背向散射繞射所得之反極圖方位圖中,於全部單晶面觀察到2種以上之結晶方位。 項6. 如項4或5所記載之鑽石工具,其中形成有上述多晶鑽石層之上述單晶鑽石之表面包含[100]面、[111]面及[110]面中之至少一面方位。 項7. 如項1至6中任一項所記載之鑽石工具,其中上述基材具備刀刃部,且 於上述刀刃部之表面形成有上述多晶鑽石層。 項8. 如項1至7中任一項所記載之鑽石工具,其中上述鑽石工具為刻劃工具。 項9. 一種鑽石工具之製造方法,其係如項1至8中任一項所記載之鑽石工具之製造方法,且包括如下步驟: 使鑽石粒子附著於上述基材之表面;及 藉由熱燈絲CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沈積)法,於表面附著有上述鑽石粒子之上述基材之表面形成多晶鑽石層。 項10. 如項9所記載之鑽石工具之製造方法,其中上述鑽石粒子為奈米鑽石。 項11. 如項9所記載之鑽石工具之製造方法,其中上述鑽石粒子為微米鑽石。 [發明之效果]
根據本發明,可提供一種新穎之鑽石工具,其係利用單晶鑽石者,可發揮均一之加工特性。
本發明之鑽石工具之特徵在於包括包含單晶鑽石之基材、及形成於基材之至少一部分之表面之多晶鑽石層。本發明之鑽石工具藉由具備該特徵,而成為利用單晶鑽石之新穎之鑽石工具,可發揮均一之加工特性。具體而言,於單晶鑽石之表面存在[100]面、[111]面、[110]面等各種結晶方位,加工特性根據結晶方位而有所不同,但於本發明之鑽石工具中,由於在單晶鑽石之表面形成有多晶鑽石層,故可降低加工部中之單晶鑽石之結晶方位之影響,可提昇工具之加工性及對於基板之加工特性之均勻性。尤其如下所述,於使奈米鑽石附著於單晶鑽石之表面後使多晶鑽石層結晶生長之情形時,形成單晶鑽石之表面之結晶方位之影響尤其適宜地得到降低的均勻之多晶鑽石層,因此本發明之鑽石工具成為發揮尤其均一之加工適應性之鑽石工具。
又,單晶鑽石之基材與多晶鑽石層藉由共價鍵結而牢固地鍵結,於鑽石工具之加工及使用時不易產生多晶鑽石層之剝離。進而又,由於使用單晶鑽石作為基材,故即便於除刀刃以外之工具保持部等,亦可提昇表面粗糙度、耐磨性,可提昇工具之壽命及對於基板之加工精度。
於本發明之鑽石工具中,對於成為基材之單晶鑽石,並無特別限制,可使用用作鑽石工具之公知之單晶鑽石。作為用作鑽石工具之公知之單晶鑽石,例如記載於專利文獻3、日本專利特開2017-13488號公報等中。
關於基材之形狀、大小等,可根據鑽石工具之種類或用途等而適當設定。作為基材之大小,例如可例舉直徑為20 mm以下、10 mm以下,較佳為0.8~20 mm左右、0.8~10 mm左右,厚度為0.4~1.1 mm左右。又,關於基材之形狀,例如於圖1中示出本發明之鑽石工具為滾輪之情形之模式圖。於本發明之鑽石工具為滾輪之情形時,基材之形狀亦成為輪狀(圓板狀)。於本發明之鑽石工具為滾輪之情形時,本發明之鑽石工具可適宜地用作刻劃工具等。
圖1中所示之鑽石工具具體而言為刀輪10。刀輪10具備圓板狀本體1、及刀刃部2。刀刃部2具備稜線2a及斜面2b。於圓板狀本體1之中央設置有作為工具保持部之軸承孔3。
成為基材之單晶鑽石之表面通常具有複數種面方位。即,於本發明之鑽石工具中,形成有多晶鑽石層之單晶鑽石之表面通常具有複數種面方位。作為面方位之具體例,可例舉:[100]面、[111]面、[110]面等,典型而言,包含[100]面、[111]面及[110]面中之至少一面方位。
多晶鑽石層形成於包含單晶鑽石之基材之至少一部分之表面即可。更具體而言,本發明之鑽石工具於與被加工對象接觸之位置存在多晶鑽石層即可,例如若為具有刀刃部之鑽石工具,則於基材之刀刃部之表面形成多晶鑽石層即可。
又,藉由對多晶鑽石層之表面進一步進行研磨加工,可使對於基板之加工特性更均一,可進行精密之加工。
如下所述,本發明之鑽石工具可藉由在包含單晶鑽石之基材之至少一部分之表面形成多晶鑽石層而製造。多晶鑽石層之形成法並無特別限制,較佳為以藉由化學氣相沈積法(例如熱燈絲CVD法、微波CVD法等)等方法,使多晶鑽石層結晶生長於單晶鑽石之表面之方法為宜,尤其較佳為利用熱燈絲CVD法。
於藉由熱燈絲CVD法形成多晶鑽石層之情形時,可以金屬元素包含於多晶鑽石層中之方式形成。具體而言,藉由利用金屬絲之熱燈絲CVD法形成多晶鑽石層,藉此構成金屬絲之金屬包含於多晶鑽石層中,成為多晶鑽石層。關於藉由熱燈絲CVD法形成摻雜有金屬之多晶鑽石層(金屬摻雜多晶鑽石層)之方法,可採用公知之方法。關於藉由熱燈絲CVD法形成摻雜有金屬之多晶鑽石層之具體之方法之例,將於下文進行敍述。
作為多晶鑽石層中所含之金屬元素之具體例,可例舉:鎢、鉭、錸、釕等。多晶鑽石層中所含之金屬元素可僅為1種,亦可為2種以上。
作為多晶鑽石層中之金屬元素之濃度,並無特別限制,例如可例舉1×10
18~1×10
22atoms/cm
3左右之範圍,較佳為1×10
19~1×10
22atoms/cm
3左右之範圍,進而較佳為1×10
19~1×10
21atoms/cm
3左右之範圍,進而較佳為1×10
20~1×10
21atoms/cm
3左右之範圍。再者,多晶鑽石層中之金屬元素之濃度係藉由二次離子質譜法(SIMS)所測得之值。
又,多晶鑽石層中可含有硼、磷、氮等雜質。例如於上述之利用上述熱燈絲CVD法形成多晶鑽石層時,藉由使成為雜質源之氣體(三甲基硼、膦(PH
3)等)與成為碳源之氣體(甲烷等)共存,可使多晶鑽石層中含有硼、磷、氮等雜質。作為多晶鑽石層中之雜質濃度,例如可例舉1×10
18~1×10
22atoms/cm
3左右之範圍,較佳為1×10
18~1×10
21atoms/cm
3左右之範圍,進而較佳為1×10
19~1×10
21atoms/cm
3左右之範圍,進而較佳為1×10
20~1×10
21atoms/cm
3左右之範圍。再者,多晶鑽石層中之雜質之濃度係藉由二次離子質譜法(SIMS)所測得之值。多晶鑽石層中所含之雜質可僅為1種,亦可為2種以上。
如上所述,於本發明之鑽石工具之製造中,於使奈米鑽石附著於單晶鑽石之表面後使多晶鑽石層結晶生長之情形時,形成單晶鑽石之表面之結晶方位之影響尤其適宜地得到降低的均勻之多晶鑽石層,因此本發明之鑽石工具成為發揮尤其均一之加工適應性之鑽石工具。作為均勻之多晶鑽石層,更具體而言,可例舉如下多晶鑽石層,即,於利用掃描式電子顯微鏡等所進行之表面解析中,結晶粒徑未達10 μm(較佳為0.1~5 μm,更佳為0.1~3 μm),且於使用電子背向散射繞射所得之反極圖方位圖中,於全部單晶面(例如[100]面、[111]面、[110]面等)具有2種以上(例如2~3種)之結晶方位。更具體而言,此種多晶鑽石層例如於多晶鑽石之表面具備[100]面、[111]面及[110]面作為單晶面之情形時,對於該等全部單晶面,觀察到2種以上之結晶方位。利用掃描式電子顯微鏡等所進行之多晶鑽石層之表面解析之方法係實施例中所記載之方法。
多晶鑽石層之[111]面與[110]面之結晶粒徑之比([111]面/[110]面)較佳為2倍以下,更佳為1~2倍。
作為多晶鑽石層之厚度,並無特別限制,例如為5 μm以上,較佳為10~50 μm左右,更佳為15~40 μm左右,進而較佳為20~30 μm左右。
作為利用熱燈絲CVD法,於包含單晶鑽石之基材之表面形成多晶鑽石層,而製造本發明之鑽石工具之方法,例如可例舉具備以下步驟之方法。 步驟(1):於配置有包含單晶鑽石之基材之真空容器中,導入包含碳源、視需要亦包含雜質源(例如硼源、磷源等)之載氣之步驟 步驟(2):利用燈絲將包含碳源之載氣加熱,使多晶鑽石層於基材表面之至少一部分製膜之製膜步驟
於步驟(1)中,作為構成配置於真空容器中之燈絲之金屬,只要為可構成燈絲者,便並無特別限制。作為金屬元素之具體例,如上所述,可例舉:鎢、鉭、錸、釕等,該等之中,較佳為鎢。金屬元素可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
於步驟(1)中,配置於真空容器中之基材為包含單晶鑽石之上述基材。
於步驟(1)中,使真空容器中為真空狀態後,導入包含碳源之載氣。作為碳源,只要為可形成鑽石者,便並無特別限制,例如可例舉甲烷等。碳源可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。又,若為摻雜硼作為雜質之情形,則作為硼源,只要為可作為硼摻雜於鑽石中,並保持鑽石之結晶結構者,便並無特別限制,可較佳地例舉:三甲基硼、二硼烷等。雜質源可單獨使用1種,亦可組合使用2種以上。
作為載氣,並無特別限制,例如可使用氫氣。作為包含碳源之載氣中之碳源之濃度,可較佳地例舉0.5~5.0體積%左右,更佳為1.0~3.0體積%左右。
又,若為多晶鑽石層中包含雜質之情形,則作為載氣中之相對於碳源之雜質源之濃度,根據多晶鑽石層中所含之雜質濃度來適當設定即可。例如於包含硼作為雜質之情形時,若將多晶鑽石層中之硼之濃度設為1×10
18atoms/cm
3~1×10
21atoms/cm
3,則作為載氣中之相對於碳源之硼源之濃度,可較佳地例舉100 ppm以上,更佳為1000~20000 ppm左右,進而較佳為5000~10000 ppm左右。
於步驟(2)中,進行製膜步驟,即,利用燈絲將載氣加熱,使多晶鑽石層於半導體基板上製膜。燈絲之加熱溫度根據構成使用之燈絲之金屬元素之種類、或多晶鑽石層中所含有之金屬元素或雜質之濃度適當設定即可,可較佳地例舉2000~2400℃左右,更佳為2000~2200℃左右。
作為步驟(2)中之真空容器內之全壓,並無特別限制,例如可例舉10~100 Torr左右,更佳為10~80 Torr左右。
作為步驟(2)中之基材之溫度,並無特別限制,例如可例舉700~1100℃左右,更佳為700~900℃左右。
步驟(2)中之製膜時間根據目標厚度等而適當選擇即可,通常為3~50小時左右。
於本發明之鑽石工具之製造方法中,較佳為於藉由熱燈絲CVD法於基材之表面形成多晶鑽石層(具體而言為上述步驟(1)及(2))之前,進行使鑽石粒子附著於基材之表面之步驟。即,本發明之鑽石工具之製造方法較佳為具備使鑽石粒子附著於上述基材之表面之步驟、及藉由熱燈絲CVD法於表面附著有鑽石粒子之基材之表面形成多晶鑽石層之步驟。藉此,形成單晶鑽石之表面之結晶方位之影響尤其適宜地得到降低的均勻之多晶鑽石層,可獲得發揮尤其均一之加工適應性之鑽石工具。
使鑽石粒子附著於基材之表面之步驟例如可藉由將基材浸漬於包含鑽石粒子之溶液中之方法進行。作為包含鑽石粒子之溶液,可例舉使粒徑1 μm左右以下之具有無規則之結晶方位之鑽石研磨粒分散於醇等中而獲得之溶液等。又,浸漬時間可例舉0.1~3小時左右。該鑽石溶液之溫度可例舉10~40℃左右。浸漬後,藉由使該鑽石溶液於基材表面乾燥,可獲得表面附著有鑽石粒子之基材。該鑽石粒子之粒徑並不限定於1 μm左右以下,只要為所需之加工精度允許之範圍內之粒徑即可。作為鑽石粒子,例如可例舉:奈米鑽石粒子(粒徑為10 nm左右以下之鑽石粒子)、微米鑽石粒子(粒徑為100 nm~1000 nm左右之鑽石粒子)。
關於在表面附著有鑽石粒子之基材之表面形成多晶鑽石層之步驟,可以與上述步驟(1)及(2)同樣之方式進行。
藉由使鑽石粒子附著於基材之表面,而具有各種面方位之單晶鑽石表面之結晶方位成為無規則,藉由共價鍵結而鍵結於單晶鑽石表面之多晶鑽石層不依存於面方位而均勻且牢固地形成。因此,本發明之鑽石工具之製造較佳為使鑽石粒子附著於基材之表面後,使多晶鑽石層結晶生長。再者,於本發明之鑽石工具中,以此種方式形成之均勻之多晶鑽石層如上所述,具有成為如下多晶鑽石膜之特徵,即,於利用掃描式電子顯微鏡所進行之表面解析中,結晶粒徑未達10 μm(較佳為0.1~5 μm,更佳為0.1~3 μm),且於使用電子背向散射繞射所得之反極圖方位圖中,於全部單晶面觀察到2種以上(例如2~3種)之結晶方位。 [實施例]
以下,示出實施例及比較例來詳細地說明本發明。但,本發明並不限定於實施例。
<實施例1> 作為基材,準備包含藉由高溫高壓法合成之單晶鑽石之刀輪(三星鑽石工業股份有限公司製造)。於刀輪之刀刃部中之單晶鑽石之表面,包含[100]面、[111]面、[110]面等複數種面方位。刀輪之外徑為
2.1 mm,內徑為
0.82 mm,厚度為0.64 mm,刃角為120°。
又,準備包含鑽石粒子之溶液。將粒徑1 μm左右以下之鑽石粒子3 g投入至異丙醇200 mL中,藉由超音波洗淨機處理30分鐘。
繼而,於室溫(25℃)下,將基材浸漬於上述鑽石溶液中,實施30分鐘超音波處理,而使奈米鑽石附著於基材之表面。繼而,將表面附著有奈米鑽石之基材設置於熱燈絲CVD裝置內。將燈絲(鎢純度99.95%)與基材表面間之距離設為10 mm,在相對於氫流量1000 sccm,甲烷濃度為3%、三甲基硼濃度為665 ppm,且結晶生長時之燈絲溫度為約2500℃之條件下使多晶鑽石層生長10小時,而製造於包含單晶鑽石之基材之表面形成有多晶鑽石層之鑽石工具(刀輪)。所獲得之鑽石工具之多晶鑽石層之厚度為5 μm。
<實施例2> 除不使鑽石粒子附著於基材之表面以外,以與實施例1同樣之方式製造鑽石工具(刀輪)。
[各個面方位之結晶生長之觀察] 為了觀察每個面方位之結晶生長,而準備以單晶鑽石之[111]面、[110]面及[100]面為表面之基板,利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察使奈米鑽石附著於單晶鑽石之表面之[111]面、[110]面及[100]面之表面之情形、及不使奈米鑽石附著於單晶鑽石之表面之[111]面、[110]面及[100]面之表面之情形時形成於各基板上之多晶鑽石層之表面,將所獲得之圖像示於圖2(附著有奈米鑽石)及圖3(未附著奈米鑽石)中。再者,對於各基板之表面,進行熱混酸處理(於250℃~450℃之硫酸及硝酸之混合液中將基板進行煮沸洗淨之處理)後進行觀察。於圖2及圖3中,分別為形成於[111]面、[110]面及[100]面上之多晶鑽石層之表面之SEM像(10000倍)。如圖2所示,可知於使奈米鑽石附著於基材之表面之情形時,多晶鑽石層之結晶生長之均勻性非常高,形成均勻之多晶鑽石層。另一方面,如圖3所示,可知於不使奈米鑽石附著於基材之表面之情形時,雖形成多晶鑽石層,但結晶生長後之形態(粒徑、結晶之自形)於每個面方位不同。
[刀刃部之表面觀察] 對於在實施例1、2中作為基材之單晶鑽石之刀刃部、及所獲得之鑽石工具之刀刃部(表面為多晶鑽石層)之表面,分別利用雷射顯微鏡及掃描式電子顯微鏡(SEM)進行觀察。此時,對於刀輪之刀刃部(稜線部),分別隨機地設定0°之位置,進而規定自該0°偏離45°之位置(參照圖1)。繼而,對於0°及45°之位置之表面,分別自稜線方向進行觀察而取得圖像。又,圖4係對於實施例1中所獲得之鑽石工具之刀刃部(表面為多晶鑽石層)之刀刃部0°位置及45°位置,利用雷射顯微鏡所取得之圖像。又,圖5係對於實施例2中所獲得之鑽石工具之刀刃部(表面為多晶鑽石層)之刀刃部0°位置及45°位置,利用雷射顯微鏡所取得之圖像。
根據圖4及圖5,可知於使奈米鑽石附著於基材之表面之實施例1之鑽石工具中,多晶鑽石層之結晶生長不受基材之結晶方位之影響,多晶生長之均勻性非常高,形成均勻之多晶鑽石層。另一方面,可知於不使奈米鑽石附著於基材之表面之實施例2之鑽石工具中,多晶鑽石層之結晶生長受到基材之結晶方位之影響。
[多晶鑽石層之利用掃描式電子顯微鏡(SEM)所進行之表面觀察] 於上述[刀刃部之表面觀察]中對於實施例1、2中所獲得之鑽石工具之多晶鑽石層,藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)進行了表面觀察,結果關於實施例1,結晶粒徑為0.1~1 μm左右,且於[111]面、[110]面及[100]面之全部單晶面觀察到2種以上之無規則之結晶方位,關於實施例2,結晶粒徑為0.1~1 μm左右,且觀察到無規則之結晶方位。對於實施例2之鑽石接合體之多晶鑽石,於[111]面及[110]面觀察到2種以上之無規則之結晶方位,但對於[100]面,僅觀察到1種結晶方位([100]方向)。又,實施例1之多晶鑽石層之[111]面與[110]面之結晶粒徑之比為2倍以下,具有結晶粒徑之大小之差異較小之均勻之結晶粒徑。
進而,使用電子背向散射繞射(EBSD),與圖2同樣地,對於在基板之[100]面上、[111]面上生長有多晶鑽石層之樣品獲取反極圖方位(IPF)圖(圖6),結果確認到均為具有無規則之2方向以上之方位之表面。進而,根據SEM觀察結果可知於基板之[110]面上生長有多晶鑽石之樣品亦與[111]、[110]面同樣地為具有無規則之2方向以上之方位之表面。
1:圓板狀本體
2:刀刃部
2a:稜線
2b:斜面
3:軸承孔
10:刀輪
圖1係鑽石工具為滾輪之情形之模式圖。圖1(a)係滾輪之側視圖,圖1(b)係滾輪之前視圖(自滾輪之行進方向即稜線側觀察到之圖)。 圖2係利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察使鑽石粒子附著於單晶鑽石之表面之[111]面、[110]面及[100]面之上而形成之多晶鑽石層之表面而獲得的圖像。 圖3係利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察不使鑽石粒子附著於單晶鑽石之表面之[111]面、[110]面及[100]面之上而形成之多晶鑽石層之表面而獲得的圖像。 圖4係對於實施例1中所獲得之鑽石工具之刀刃部(表面為多晶鑽石層)之刀刃部0°位置及45°位置,利用雷射顯微鏡而取得之圖像。 圖5係對於實施例2中所獲得之鑽石工具之刀刃部(表面為多晶鑽石層)之刀刃部0°位置及45°位置,利用雷射顯微鏡而取得之圖像。 圖6係對於使鑽石粒子附著於單晶鑽石之表面之[111]面及[110]面之上而形成之多晶鑽石層之表面,使用電子背向散射繞射而取得之反極圖方位圖。
Claims (11)
- 一種鑽石工具,其包括: 包含單晶鑽石之基材、及 形成於上述基材之至少一部分之表面之多晶鑽石層。
- 如請求項1之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層包含金屬元素。
- 如請求項1或2之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層包含選自由硼、磷及氮所組成之群中之至少1種。
- 如請求項1或2之鑽石工具,其中形成有上述多晶鑽石層之上述單晶鑽石之表面具有複數種面方位。
- 如請求項1或2之鑽石工具,其中上述多晶鑽石層於利用掃描式電子顯微鏡所進行之表面解析中,結晶粒徑未達10 μm,且於使用電子背向散射繞射所得之反極圖方位圖中,於全部單晶面觀察到2種以上之結晶方位。
- 如請求項4之鑽石工具,其中形成有上述多晶鑽石層之上述單晶鑽石之表面包含[100]面、[111]面及[110]面中之至少一面方位。
- 如請求項1或2之鑽石工具,其中上述基材具備刀刃部,且 於上述刀刃部之表面形成有上述多晶鑽石層。
- 如請求項1或2之鑽石工具,其中上述鑽石工具為刻劃工具。
- 一種鑽石工具之製造方法,其係如請求項1或2之鑽石工具之製造方法,且包括如下步驟: 使鑽石粒子附著於上述基材之表面;及 藉由熱燈絲CVD法,於表面附著有上述鑽石粒子之上述基材之表面形成多晶鑽石層。
- 如請求項9之鑽石工具之製造方法,其中上述鑽石粒子為奈米鑽石。
- 如請求項9之鑽石工具之製造方法,其中上述鑽石粒子為微米鑽石。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022-005232 | 2022-01-17 | ||
JP2022005232 | 2022-01-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW202337849A true TW202337849A (zh) | 2023-10-01 |
Family
ID=87279195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW112101987A TW202337849A (zh) | 2022-01-17 | 2023-01-17 | 鑽石工具及其製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
TW (1) | TW202337849A (zh) |
WO (1) | WO2023136345A1 (zh) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01208397A (ja) * | 1988-02-16 | 1989-08-22 | Asahi Daiyamondo Kogyo Kk | ダイヤモンド被覆体及びこれを用いた切削工具 |
JP5334085B2 (ja) * | 2007-11-19 | 2013-11-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 基板への種付け処理方法、ダイヤモンド微細構造体及びその製造方法 |
JP2011126754A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | ダイヤモンド被覆切断刃 |
-
2023
- 2023-01-16 WO PCT/JP2023/001018 patent/WO2023136345A1/ja unknown
- 2023-01-17 TW TW112101987A patent/TW202337849A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2023136345A1 (ja) | 2023-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6631517B2 (ja) | ダイヤモンド基板、及び、ダイヤモンド複合基板 | |
US9878956B2 (en) | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof, scribe tool, scribing wheel, dresser, rotating tool, orifice for water jet, wiredrawing die, cutting tool, and electron emission source | |
WO2019184019A1 (zh) | 一种自支撑超细纳米晶金刚石厚膜 | |
US9318563B2 (en) | Silicon carbide single-crystal substrate | |
US10316430B2 (en) | Single crystal diamond, method for manufacturing single crystal diamond, and tool containing single crystal diamond | |
WO2019184018A1 (zh) | 一种超细纳米晶金刚石精密刀具及其制造方法 | |
TW202120731A (zh) | 鑽石基板及其製造方法 | |
US5755879A (en) | Methods for manufacturing substrates to form monocrystalline diamond films by chemical vapor deposition | |
TW202337849A (zh) | 鑽石工具及其製造方法 | |
EP1640482A1 (en) | Process for producing extremely flat microcrystalline diamond thin film by laser ablation method | |
JP2023104318A (ja) | ダイヤモンド接合体、電子デバイス及びダイヤモンド接合体の製造方法 | |
JPS62107068A (ja) | ダイヤモンド被覆切削工具 | |
CN111133134B (zh) | 单晶金刚石及其制造方法 | |
FR3061167B1 (fr) | Procede de production d'un film de graphene | |
RU2730402C1 (ru) | Функциональный элемент полупроводникового прибора | |
CN1083813C (zh) | 晶态α和β相氮化碳薄膜材料的制备方法 | |
JP6228404B2 (ja) | ダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具 | |
TWI780898B (zh) | 碳化矽晶圓、其製造方法以及半導體裝置 | |
EP4357492A1 (en) | Diamond substrate and manufacturing method for same | |
US20030111336A1 (en) | Large area silicon cone arrays fabrication and cone based nanostructure modification | |
田村貴大 | Development and Exploration of New Materials Related with Carbon and Boron Nitride | |
TW202332044A (zh) | 用於製作包含多晶碳化矽底材及單晶碳化矽主動層之半導體結構之方法 | |
JPH02199098A (ja) | 単結晶ダイヤモンドの製造法 | |
CN115997284A (zh) | 多晶金刚石基板、半导体装置、多晶金刚石基板的制造方法及半导体装置的制造方法 | |
JPH06251690A (ja) | 炭化タングステン被覆膜を有する合金材料 |