JP2000508376A

JP2000508376A - ホウ素と窒素を含有する被膜およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000508376A
Application number: JP9536166A
Authority: JP
Inventors: インスペクター、アーロン
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2000-07-04
Also published as: WO1997038150A1; ES2128286T3; DE69704557D1; AU705821B2; CN1215436A; ATE200520T1; CA2248701A1; ES2128286T1; BR9708529A; US6086959A; EP0892861A1; DE892861T1; ZA971604B; US5948541A; KR20000005202A; DE69704557T2; EP0892861B1; US6096436A; AU1701697A; RU2195395C2

Abstract

(57)【要約】基板（2）に十分に付着するホウ素と窒素を含有する層からなる被膜組織が開示される。十分に付着する被膜組織は基層（4）、第一中間層（6）、第二中間層（8）およびホウ素と窒素を含有する層（10）からなる。被膜組織は、切断の困難な材料の穿孔、旋削、ミリングおよび／または成形のための工具に適合する。被膜組織は、サーメットまたはセラミックからなる切断インサートにPVD技術を用いて適用される。ホウ素と窒素を含有する層は好ましくは窒化ホウ素、より好ましくは立方晶系窒化ホウ素を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】ホウ素と窒素を含有する被膜およびその製造方法背景材料技術は、新しい硬質材料等の新しい有用な市販材料の開発を求めている。そのような新しい硬質材料としては限定されるものではないが、焼結超微粒粉末化金属、金属マトリックス複合物、熱処理鋼（約50〜60ロックウエルCの硬さ）、および高温合金が挙げられる。これらの新しい材料は、強度、靭性、剛性または剛さ、硬さおよび耐摩擦性等の非常に多くの組合せを有するように開発され、重工業、航空宇宙産業、輸送および消費者製品における利用に非常に適するものとなっている。これらの性質の非常に多くの組合せは現存する製造および仕上工程の新しい硬質材料への適用に対する挑戦を示す。非常に単純には、これらの材料は穿孔、切断および形成するのに非常に困難であり、費用がかかる。これらの新しい材料がそれらの商業的潜在性を完全な程度に実現するには、これらの挑戦は克服されなければならない。あるものは、超硬質材料を用いる強い切断工具を用いることによりこれらの挑戦に最もよく対応することができる。超硬質材料はどの他の材料よりも著しく硬く、他の材料を穿孔、切断または成形するために用いることができる。そのような材料にはダイヤモンドおよび立方晶系窒化ホウ素（cBN）がある。ダイヤモンドは約75〜100ギガパスカル（GPa）およびそれ以上のKnoop 100硬度を有し、一方、cBNは約45 GPaのKnoop 100硬度を有する。炭化ホウ素（B4C）および二ホウ素化チタン（TiB2）が次に最も硬い材料でそれぞれが約30 GPaの硬度を持つにすぎない。ダイヤモンドは自然にみられ、合成することができる。cBN等の窒化ホウ素は合成物である（例えばWentorf Jr.の名前での米国特許第2,947,617号を参照されたい）。合成ダイヤモンドと合成cBNの両者が作られ、次に高温高圧（HT-HP）条件で焼結される。（約5GPaと約1500℃、例えばY．Sheng & L．Ho-yiの"HIGH-PRE SSURE SINTERING OF CUBIC BORON NITRIDE"（立方晶系窒化ホウ素の高圧焼成）P /M '78-SEMP 5、European Symposium on Powder Metallurgy、ストックホルム、スェーデン、1978年6月、201〜211ページを参照されたい）。現在、二つの主要な市販の超硬質切断工具は多結晶性ダイヤモンド（PCD）切断工具および多結晶性立方晶系窒化ホウ素（PCBN）切断工具である。PCD切断工具は硬質非鉄金属合金および切断の困難な複合物の機械加工にそれらの典型的な利用を有する。PCBN切断工具は典型的には硬質鉄材料の機械加工に利用を有する。典型的な多結晶（PCDまたはPCBN）切断工具において、刃先は炭化物ブランクに蝋接されたHT-HP超硬質先端を有する。該先端は、適当な結合剤と共に成長させ、かつ接合炭化物支持体上に結合されたマイクロメーターサイズのHT-HPダイヤモンドまたはHT-HP立方晶系窒化ホウ素（cBN）結晶からなる。HP-HTの製造方法、ならびにこれらの先端の仕上法はそれぞれが高い費用を伴う。その結果、PC D切断工具およびPCBN切断工具は非常に高価である。この支出に加えて、これらの切断工具は通常単一の先端工具を有し、その先端は平面形状を有する比較的少ないスタイルを有する。これらの切断工具は高価であり比較的スタイルが少ないが、現在それらは、新しい硬質の切断困難な材料を経済的に機械加工するのに適する最善の（およびしばしば唯一の）切断工具である。ダイヤモンドの低圧付着技術の発達により、切断工具の形状に顕著な制限を加えることなく切断道具基板上にダイヤモンド層（またはフィルム）を合致するように付着することができる。ダイヤモンドで被覆された切断工具がPCD切断工具に対して利点を有する一方で、ダイヤモンドで被覆された工具の使用には幾つかの顕著な制限が尚も存在する。ダイヤモンド切断工具（すなわち、PCDおよび被覆された工具）の一つの主要な制限はダイヤモンドが高温度での使用中に二酸化炭素と一酸化炭素とに酸化されることである。ダイヤモンド切断工具のもう一つの主要な制限はダイヤモンド（すなわち炭素）の、ある種の物質との高い化学的な反応性である。より具体的には、鉄、コバルト、またはニッケルのいずれか一種類以上を含有する材料はダイヤモンドの炭素原子を溶解する。これらの制限は、ダイヤモンドで被覆された切断工具がある種の利点を提供する一方で、超硬質被膜を有する切断工具を必要とする材料の領域が存在するが、そのためのダイヤモンド被膜切断工具の利用は不適切であることを明らかにしている。ダイヤモンドで被覆された切断道具の上記の存在する問題を克服する付着性超硬質被膜を切断工具に設ける必要性の存在することは非常に明らかである。より具体的には、被膜が高温での使用中に酸化しない付着性超硬質被膜を切断工具に設けることが必要である。鉄、コバルト、またはニッケルのいずれか一種類以上を含有する製作品材料と被膜が化学的に反応しない付着性超硬質被膜を切断工具に提供する必要もある。保護酸化物（すなわち、酸化ホウ素）の形成により不動態化し、したがって高温で酸化しない一つの超硬質材料は窒化ホウ素である。さらに、窒化ホウ素は鉄、ニッケル、またはコバルトのどのものとも化学的に反応しないので、これらの一成分以上を含む製作品は窒化ホウ素を溶解しない。窒化ホウ素のこれらの有利な性質は、例えば不定形窒化ホウ素（aBN）、立方晶系窒化ホウ素（cBN）、六方晶系窒化ホウ素（hBN）、およびウルツ鉱型窒化ホウ素（wBN）等の多様な結晶形に関して存在し、ここでcBNが特に良好な性質を有する。気体状前駆体からｃBNなどの窒化ほう素を合成することは技術的に可能であるが、基板に対する付着は技術的問題を示している。例えば、一部のｃBNは付着直後フラグメント化し(例えば、W．Gissler，"PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF CUBIC BORON NITRIDE AND METAL BORON NITRIDE FILMS"（「立方晶系窒化ホウ素の調製と特性付けおよび金属窒化ホウ素フィルム」），Surface and Interf ace Analysis，Vol．22，1994，pp．139-148を参照)、一方、他のものは空気にさらした後に基板から剥離する（例えばS．P．S．Arya & A．D'amico，"PREPARA TION,PROPERTIES AND APPLICATIONS OF BORON NITRIDE FILMS"（「窒化ホウ素フィルムの調製、性質および適用」），Thin Solid Films，Vol．157，1988，pp． 267-282を参照されたい）。cBN被膜と基板間の熱膨張ミスマッチは極端な残留応力を作り、フラグメンテーションを説明しよう。吸湿性化合物の周囲水分との反応によるcBN被膜と基板との弱い層の形成が剥離を説明しよう。上述の理由から、ホウ素と窒素を含有する被膜からなる被膜組織、好ましくは基板に十分付着する、窒化ホウ素を含有するもの、より好ましくはcBNを含有するものに対する必要がある。好ましくは、該被膜組織は、新しい硬質の切断の困難な材料の穿孔、切断、および／または形成のためのチップ形成機械加工インサート等の工具を形成するために、基板に対して適用可能でなければならない。よって、付着性ホウ素および窒素を含有する被膜、好ましくは窒化ホウ素を含有するもの、より好ましくはcBNを含有するものの製造方法が必要とされている。要約本発明は、基板に十分に付着するホウ素と窒素を含有する被膜からなり、好ましくは窒化ホウ素を含有するもの、より好ましくはcBNを含有するものからなる被膜組織に対する必要性を満足させる。さらに、本発明は、硬質の切断困難な材料の穿孔、施削、粉砕、および／または形成のためのチップ形成機械加工インサート等の工具に適合可能な被膜組織を満足させる。本発明の被膜組織は耐摩耗性または耐摩損性またはその両方を基板に付与する。十分に付着性のある被膜組織は基層、第一中間層、第二中間層およびホウ素と窒素を含有する層からなる。基層は、基板を第一中間層と適合性のあるよう調整する金属である。この調整は基板表面に吸着され、さもないとそれに続くどの層の付着を損なう可能性のある原子および／またはラジカル種を捕捉することによる。好適な実施態様において、基層はチタンまたは適合調整性の金属または合金からなる。この点において、調整性の金属はジルコニウムまたはハフニウムか、さらには恐らくアルミニウムまたはマグネシウムからでもよいと思われる。第一および第二の中間層は基層から、ホウ素と窒素を含有する層までにわたる。本発明の実施態様において、少なくとも一成分（例えば元素）は第一中間層と第二中間層との間で共通し；少なくとも一成分は第二中間層とホウ素と窒素を含有する層との間で共通し：そして随意に、少なくとも一成分は基層と第一中間層との間で共通である。例えば、ホウ素と窒素を含有する層はホウ素と窒素からなるので、第二中間層はホウ素および窒素の少なくとも一つを有してもよい。また、第一中間層はホウ素および窒素の少なくとも一つを有してもよい。しかし、第二中間層がさらに第三元素、第四元素等を含有する場合、第一中間層はホウ素、窒素、第三元素、第四元素の少なくとも一つを有してもよい。本発明のもう一つの実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）は、第一中間層と、第二中間層と、ホウ素と窒素を含有する層との間で共通する。例えば、ホウ素と窒素を含有する層はホウ素と窒素を有するので、第一および第二中間層はホウ素または窒素、またはその両者を有する。本発明のもう一つの実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）は、基層と、第一中間層と、第二中間層との間で共通する。例えば、基層がチタンを有する場合、第一および第二中間層はチタンを有する。本発明のもう一つの実施態様において、少なくとも二成分（例えば、元素）は、第二中間層と、ホウ素と窒素を含有する層との間で共通する。例えば、ホウ素と窒素を含有する層はホウ素と窒素を有するので、第二中間層はホウ素と窒素を有する。この実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）は、随意に、少なくとも二成分が第一中間層と第二中間層との間で共通する。同様に、少なくとも一成分（例えば、元素）が第一中間層、第二中間層、およびホウ素と窒素を含有する層との間で共通してもよく、もしくは、少なくとも一成分が基層、第一中間層、および第二中間層との間で共通してもよい。本発明の上述の実施態様のいずれにおいても、ホウ素と窒素を含有する層は不定形窒化ホウ素（aBN）、ウルツ鉱型窒化ホウ素（wBN）、六方晶系窒化ホウ素（ hBN）、立方晶系窒化ホウ素（cBN）およびそれらの組合せ等の窒化ホウ素を有してよい。cBNは超硬質材料であるので、cBNを有する、ホウ素と窒素を含有する層がより好ましいであろう。好ましい実施態様において、反射フーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて特性付けられる場合の被膜組織は約770cm^-1の小さいシグナル、約1480cm^-1の肩、および約1200cm^-1の広いシグナルを有する。本発明の被膜組織は基層を基板に、第一中間層を基層に、第二中間層を第一中間層に、およびホウ素と窒素を含有する層、好ましくは窒化ホウ素を含有する層、より好ましくはcBNを含有する層を第二中間層に設けることにより実現してもよい。十分に付着性のある被膜組織をもたらすいかなる技術またはそれらの組合せを用いてよい。例えば、化学的蒸着（CVD）、物理的蒸着（PVD）、それらの変形、およびそれらの組み合わせを用いてよい。好ましい実施態様において、イオンビーム支援PCD技術を用いて、ホウ素と窒素を含有する層を形成する。本発明の実施態様は被膜組織を含む工具に関する。例えば、被膜組織を含むチップ形成機械加工インサートは、なかでも鉄合金の機械加工のために、化学的に不活性で耐摩耗性と耐摩擦性のある被膜工具に対して長く感じられた必要性を満足させる。被膜組織は切断工具とともに用いて、ダイヤモンドで被覆された工具と適合性のある材料で、好ましくはダイヤモンド被膜と適合性のない材料を機械加工するため用いられる。この工具は基板材料の少なくとも一部に該被膜組織を有する。基板材料は、例えば、金属、セラミックス、ポリマー、それらの組合せの複合物、およびそれらの組合せからなってもよい。好ましい基板複合物材料は、サーメット、好ましくは接合炭化物、より好ましくはコバルト接合炭化タングステン、およびセラミックスからなる。ここに実例として開示された本発明はここに具体的に開示されていない要素、工程、成分または配合物がなくとも適切に実施してもよい。図面本発明のこれらおよび他の特徴、側面および利点が以下の記述、添付の請求の範囲、および図面によってさらによく理解されよう。図面において：図1は、基層4、第一中間層6、第二中間層8、およびホウ素と窒素を含有する層 10を基板2上に設けてなる被膜組織の横断面概略図を示す。図2は割り出し可能な切断工具上の被膜組織の実物大図を示す。図3は基板、電子ビーム蒸気源、およびイオン源の配置の概略図を示す。図4は、実施例に従う被膜組織を形成するための基板ホルダー上の基板と加熱部材の配置の概略図を示す。図5は、実施例に従う被膜組織を形成するための基板ホルダー上の基板と加熱部材の配置の概略図を示す。図6は、実施例に従う被膜組織を形成するための基板ホルダー上の基板の配置の概略図を示す。図7は、実施例のプロセス1でケイ素ウエハー上に形成された被膜組織においてスパッター時間の関数としてホウ素（B1）、窒素（N1）、酸素（01）、炭素（C1 ）、チタン（Ti2およびTi1＋N1）、およびケイ素（Si1）の原子濃度を示す。図8は、実施例のプロセス2で接合炭化物基板上に形成された被膜組織のホウ素と窒素を含有する層および第二中間層においてスパッター時間の関数としてホウ素（B1）、窒素（N1）、炭素（C1）、酸素（O1）、およびケイ素（Si1）の原子濃度を示す。図9は、実施例のプロセス2で接合炭化物基板上に形成された被膜組織のホウ素と窒素を含有する層および第二中間層においてスパッター時間の関数としてホウ素（B1）、窒素（N1）、炭素（C1）、酸素（O1）、およびケイ素（Si1）の原子濃度を示す。図10は、実施例のプロセス2で接合炭化物基板上に形成された被膜組織のホウ素と窒素を含有する層および第二中間層においてスパッター時間の関数としてホウ素（B1）、窒素（N1）、炭素（C1）、および酸素（O1）の原子濃度を示す。図11は、実施例のプロセス2で接合炭化物基板上に形成された被膜組織の反射フーリエ変換赤外スペクトルを示す。図12は、実施例のプロセス2で接合炭化物基板上に形成された被膜組織の反射フーリエ変換赤外スペクトルを示す。説明図1に概略的に示されたものは、基板2上の基層4、第一中間層6、第二中間層8 、およびホウ素と窒素を含有する層10からなる被膜組織である。ホウ素と窒素を含有する層10は好ましくは窒化ホウ素、より好ましくはcBNを含有する。基層4は、基板を、第一中間層等の次の層に適合性のあるように調整する金属からなる。基層は金属として塗布してもよいが、基板または基板上の吸着種、またはその両者との相互作用から、該金属は金属含有化合物へと変換されよう。好ましい実施態様において、基層はチタンからなる。しかし、チタン合金、またはそのために、チタンにより達成される同様な基板条件を作る合金を用いて基層4 を形成してもよい。第一および第二中間層6および8は基層4からホウ素と窒素を含有する層10にわたる。本発明の実施態様において、少なくとも一成分（例えば元素）は第一中間層6と第二中間層8との間で共通し；少なくとも一成分は第二中間層8とホウ素と窒素を含有する層10との間で共通し；そして随意に少なくとも一成分は基層4と第一中間層6との間で共通である。例えば、ホウ素と窒素を含有する層10はホウ素と窒素を有するので、第二中間層8はホウ素および窒素の少なくとも一つを有してもよい。また、第一中間層6はホウ素および窒素の少なくとも一つを有してもよい。しかし、第二中間層8がさらに第三元素、第四元素等を含有する場合、第一中間層6はホウ素、窒素、第三元素、第四元等の少なくとも一つを含有してもよい。本発明のもう一つの実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）は、第一中間層6と、第二中間層8と、ホウ素と窒素を含有する層10との間で共通する。例えば、ホウ素と窒素を含有する層10はホウ素と窒素を有するので、第一および第二中間層6及び8はホウ素または窒素、またはその両者を有する。本発明のもう一つの実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）は、基層4と、第一中間層6と、第二中間層8との間で共通する。例えば、基層4がチタンを有する場合、第一および第二中間層6及び8はチタンを含有する。本発明のさらにもう一つの実施態様において、少なくとも二成分（例えば、元素）は、第二中間層8と、ホウ素と窒素を含有する層10との間で共通する。例えば、ホウ素と窒素を含有する層10はホウ素と窒素を含有するので、第二中間層8 はホウ素と窒素を含有する。この実施態様において、少なくとも一成分（例えば、元素）、または任意に少なくとも二成分が第一中間層6と第二中間層8との間で共通してもよい。同様に、少なくとも一成分（例えば、元素）が第一中間層6、第二中間層8、およびホウ素と窒素を含有する層10との間で共通してもよく、もしくは、少なくとも一成分が基層4、第一中間層6および第二中間層8との間で共通してもよい。（１）チタンからなる基層4；ホウ素またはチタン、このましくはその両者からなる第一中間層6；ホウ素またはチタンまたは窒素、好ましくはこれらの3物質からなる第二中間層8；および窒化ホウ素からなるホウ素と窒素を含有する層10 からなるか、または（２）チタンからなる基層4；ホウ素または炭素、好ましくは両者からなる第一中間層6；ホウ素または炭素または窒素、好ましくはこれらの3物質からなる第二中間層8；および窒化ホウ素からなるホウ素と窒素を含有する層10がらなる被膜組織が上記実施態様に含まれる。前記の被膜組織（１）が本発明の特に好適な実施態様である。第一中間層6がホウ素と炭素の両者（すなわち、ホウ素と炭素を含有する層）を有する場合、B：C原子比は約2.7〜約3.3である。言い換えると、ホウ素と炭素を含有する層中の原子パーセント（at%）は約73〜約77である一方で、炭素原子パーセントはわずかな不純物を許容するその残部から実質的になる。第二の中間層8はホウ素、炭素および窒素を含有する層からなる場合、B：N比は約29：71〜54：46、好ましくは約29：71〜41：59の範囲であってよく、炭素は約11〜26%であってよい。言い換えると、ホウ素、炭素および窒素を含有する層は約74：26〜89：11のN：C元素比および約29〜54原子パーセントのホウ素原子パーセントであってよい。ホウ素と窒素層10は約0.6〜約5.7のB：N原子比を有してもよい。すなわち、ホウ素と窒素を含有する層のホウ素は約38〜約86原子％を有する一方で、窒素はわずかな不純物を許容するその残部から実質的になる。上述のいずれの実施態様においても、ホウ素と窒素を含有する層は不定形窒化ホウ素（aBN）、ウルツ鉱型窒化ホウ素（wBN）、六方晶系窒化ホウ素（hBN）、立方晶系窒化ホウ素（cBN）およびそれらの組合せ等の窒化ホウ素からなってもよい。cBNは超硬質材料であるので、cBNからなる窒化ホウ素を含有する層がより好ましいと思われる。反射フーリエ変換赤外分光法（FTIR）を用いて特性付けられる場合の被膜組織は約770cm^-1の小さいシグナル、約1480cm^-1の肩、および約1200cm^-1の広いシグナルを有する。被膜組織の各層の厚みは被膜組織の一緒にされた厚みが非被膜基板に長い寿命を提供し、かつ被膜組織の機能に悪影響する可能性のある残留応力レベルを避けるのに十分であるように特定される。材料の造形、引掻き、またはインデント（例えば穿孔、切断および／または形成）のために用いられる工具は本発明の被膜組織の使用から利点を受ける一つのクラスの基板を表す。被膜組織12は十分に付着性があり、化学的に不活性で、耐摩耗性があり、耐摩擦性のある被膜について長く感じられた必要性を満足させる。被膜組織12のこれらの性質は慣用の材料ならびに新しい硬質材料から作られた対象物の穿孔、切断、および／または形成のための工具に適用することのできる超硬質被膜に対する必要性を満足する。被膜組織12が工具に適用される場合、効果的な被膜組織は約1マイクロメーター（μm）から約5μmの全体厚みを有すると思われる。また、効果的な基層4の厚みは約1ナノメーター（nm）から約1μm以上の範囲にあってよく、好ましくは少なくとも約0.1μm厚みであり；効果的な第一中間層6の厚みは約1nmから約1μm以上の範囲にあってよく、好ましくは少なくとも約0.2μm厚みであり；効果的な第二中間層8は約1nmから約1μm以上の範囲にあってよく、好ましくは少なくとも約 0.2μm厚みであり；そして効果的なホウ素と窒素を含有する層10は約0.1μmから約2μm以上の範囲にあってよく、好ましくは少なくとも約1μm厚みであると思われる。被膜組織12は基板材料2の少なくとも一部に適用される。基板2は、被膜組織12 を受容するように調整するための適用と能力のために必要な物理的および機械的な性質を有するいかなる材料からなってもよい。そのような材料としては金属、セラミック、ポリマー、それらの組合せの複合物、およびそれらの組合せが挙げられる。金属としては元素、合金および／または中間金属が挙げられる。金属としてはIUPACの第2〜14族の元素が挙げられる。セラミックとしてはホウ化物、炭化物、窒化物、酸化物、それらの混合物、それらの固溶体、およびそれらの組合せが挙げられる。ポリマーとしては、被膜組織をその部分に適用した後に所望の機械的および／または物理的性質を保持する有機系および／または無機系のポリマー等がある。複合物としては金属マトリックス複合物（MMC）、セラミックマトリックス複合物（CMC）、ポリマーマトリックス複合物（PMC）およびそれらの組合せが挙げられる。好適な複合物としてサーメット、接合炭化物および特にコバルト接合炭化タングステンが挙げられる一方で、複合物はダイヤモンド先基板またはダイヤモンド被膜基板、PCBN、またはPCDを挙げることができる。他の典型的な材料としては単純な炭化物としてまたは固溶体中に存在する他の炭化物（例えばTaC、NbC、TiC、VC）を有する炭化タングステン系材料が挙げられる。コバルトの量は約0.2重量パーセントから約20重量パーセントまでの範囲にあってよいが、より典型的な範囲は約5重量パーセントと約16重量パーセントとの間にある。他の結合剤材料は使用に適することもあることが理解されるべきである。コバルトとコバルト合金に加えて、適当な金属結合剤としてはニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金および上記材料の組合せ（すなわち、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、および／または鉄合金）が挙げられる。さらに、Nemethらの（本特許出願の譲渡人に譲渡された）米国再交付特許第 34,１80号（"PREFERENTIALLY BINDER ENRICHED CEMENTED CARBIDE BODIES AND M ETHOD OF MANUFACTURE"「優先的にバインダーに富む接合炭化物体および製造方法」）に開示されているように基板の表面の近くに富む結合剤（コバルト）を有する基板は被膜組織による処理に適当であることが理解されたい。基板は本被膜組織で処理することで、その被膜されなかったものに比較して優れた性能を付与できることが当業者により理解されるであろう。本発明の実施態様において、基板は、材料の穿孔、切断および／または形成等のための工具を包含する。そのような工具の具体例として、図2に示されたように、上部表面16、底部表面18、および上部表面16から底部表面18に伸びる側面20 およびコーナー22を有する末端壁からなる割り出し可能な切断インサート14が挙げられる。末端壁および上部表面16の交差部分には刃先24がある。上部表面16は刃先24を結合させ、ボディーの中央に向かって内部に広がっているランド領域26 を有する。ランド領域26はコーナー部分のランド領域28と側面部分のランド領域 30からなる。先端領域16もランド領域26とボディーの中央との間のフロア32を有し、ランド領域26のよりも低く置かれている。上部表面16は、ランド領域26からフロア32まで下方にそして内部に傾いているスロープ壁部分34を有する。単一または複数のプラトー36がスロープ壁部分34から離れては配置され、かつフロア32 から上に向かう傾いた側面を有するフロア32上に置かれてもよい。さらに、ボディーの底部表面18は上部表面16について説明されたものと類似の特徴を有してもよい。その形とは関係なく、割り出し可能な切断インサート14は少なくとも部分的に、好ましくは機械加工すべき、および／または機械加工した材料に接触する部分において被膜組織12により被覆される。本発明の被膜組織で少なくとも一部が被覆された切断工具は研磨に置き換わる「ハードチューニング」または「ハード機械加工」に有利に用いることができる。ハードチューニングは、鋼などの鉄合金等の硬化合金の最終または仕上された形への切断方法を伴ってもよい。硬化合金は少なくとも±0.0127mm（0.0005インチ）、好ましくは少なくとも約±0.0076mm（0.0003インチ）の精度で切断され、ラスまたはターニングセンター上で約20マイクロメーターよりも良い精度で仕上げられる。切断速度、送り、および切断深さ（DOC）は所望の結果を得るために適合性のあるいかなるものであってもよい。切断速度は約50〜300メートル／分、好ましくは約75〜200メートル／分、より好ましくは約80〜150メートル／分の範囲にあってよい。同様に、送りは約0.05〜1mm／回転、好ましくは約0.1〜0.6mm ／回転、より好ましくは約0.3〜0.6mm／回転の範囲であってよい。さらに、DOC は約0.05〜1mm、好ましくは約0.1〜0.25mm、より好ましくは約0.1〜0.3mmの範囲であってよい。上記の切断パラメーターは切断液または冷却液とともに、またはそれなしに用いてよい。少なくとも耐摩耗性、耐摩擦性および付着性を示す被膜組織の形成を助けるいかなる方法も適する。そのような方法は、基板2を設け、そして少なくとも基板の一部に、基層4、第一中間層6、第二中間層8、およびホウ素と窒素を含有する層10を設けることからなる。好ましくは、ホウ素と窒素を含有する層は窒化ホウ素、より好ましくはcBNを含有する。本出願の具体例は被膜組織を形成するPVD技術に関するが、発明者は、化学的蒸着（CVD）、物理的蒸着（PVD）、その両方の改変、ならびにそれらの組合せ等のどの技術も、どの技術の組合でも被膜組織を提供するために本方法に用いてもよいことを意図する。 CVD cBN合成の代表的な技術は、例えばM．Murakawa & S．Watanabe，"THE SYN THESIS OF CUBIC BN FILMS USING A HOT CATHODE PLASMA DISCHARGE IN A PARAL LEL MAGNETIC FIELD"（「平行磁場における熱カソードプラズマ放出を用いた立方晶系BNフィルムの合成」），Coating Technology，Vol．43，1990，pp．128-1 36;”Deposition of Cubic BN on Diamond Interlayers"（「ダイヤモンド中間層への立方体BNの付着」），NASA Tech Briefs，Vol．18，No．8，p．53;Z．Son g，F．Zhang，Y．Guo，& G．Chen，"TEXTURED GROWTH OF CUBIC BORON NITRIDEF ILM ON NICKEL SUBSTRATES"（「ニッケル基板上の立方晶系窒化フィルムの表面模様成長」），Applied Physics Letter"，Vol．65，No．21，1994，pp．2669 -2671;and M．Kuhr，S．Reinke，& W．Kulisch，"DEPOSITI0N OF CUBIC BORONNI TRIDE WITH AN INDUCTIVELY COUPLE PLASMA"（「誘導的に結ばれたプラズマによる立方晶系窒化ホウ素の付着」），Surface and Coating Technology，Vol．74- 75，1995，pp．806-812に記載のものが挙げられる。PVD cBN合成の代表的な技術は、例えばM．Mieno & T．Yosida，"PREPARATION OF CUBIC BORON NITRIDE FILM S BY SPUTTERING"（「スパッターによる立方晶系窒化ホウ素の調製」），Japane se Journal of Applied Physics，Vol．29，No．7，Ju1y 1990，pp．L1175-L117 7;D．J．Kester & R．Messier，"PHASE CONTROL OF CUBIC BORON NITRIDE WITH FILMS"（「フィルムによる立方晶系窒化ホウ素の相調節」），J．App1．Phys．V ol．72，No．2，July 1990;T．Wada & N．Yamashita，"FORMATION OF CBN FILMS BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION"（「イオンビーム支援付着によるcBNフィルムの形成」），J．Vac．Sci．Technol．A，Vol．10，No．3，May/June 1992;T． Ikeda，Y．Kawate，& Y．Hirai，"FORMATION OF CUBIC B0R0N NITRIDE FILMS BY ARC-LIKE PLASMA-ENHANCED ION PLATING METHOD"（「アーク様プラズマ富化イオンメッキ法による立方晶系窒化ホウ素フィルムの形成」），J．Vac．Sci．Tec hnol．A，Vol．8，No．4，Jul/Aug 1990;and T．Ikeda，T．Satou，& H．Stoh， "FORMATION AND CHARACTERIZATION OF CUBIC BORON NITRIDE FILMS BY AN ARC-L IKE PLASMA-ENHANCED ION PLATING METHOD"（「アーク様プラズマ富化イオンメッキ法による立方晶系窒化ホウ素フィルムの形成と特性付け」），Surface and Coating Technology，Vol．50，1991，pp．33-39に記載のものが挙げられる。本発明は本発明の多様な特徴を示し明確化するために提供された以下のものにより示される。以下のものは請求された発明の範囲を限定するものとして理解すべきではない。 4ポケットe-ビームガンおよび高周波（RF）でバイアスされた基板ホルダーを備え20℃に水冷した高真空室を有するAIRCO TEMESCAL FC 1800ファストサイクル電子ビーム（e-ビーム）エバポレーター装置を用いた。この装置は残留ガス分析器（Infion社のIQ 200）、室加熱のための石英ランプ、イオン源（VA、アレキサンドリア所在のCommonwealth Scientific社のマークＩ無グリッド末端-Hallタイプ）、ファラディーコップ（Inficon社のIQ 6000に接続されたもの）、および補助的な基板加熱のためのフィラメントまたは付加的な石英ランプからなる。図3は、基板ホルダー40、蒸気源材料44、蒸気源材料44から蒸気54を作るための電子ビーム42、材料源44の蒸発速度を測定するためのファラディーコップ46（蒸気源材料44の表面の平面より約254mm（10インチ）上であり、蒸気源材料44の中心から約165mm（約6.5インチ）上にある蒸気54の周辺に置かれている）、およびイオン源48を示している。角度αは基板ホルダー40の平面と、源材料44の表面に対して垂直でありかつ源材料44から見た線に対して実質的に平行である線との間で測定された。角度βは、基板ホルダーの平面とイオン源から見た線との間で測定された。これらのプロセス（プロセス1〜3）がここで報告され、これらについて表Iが形状的パラメーターを示す。これらの3プロセスで用いられる蒸気源はチタン、炭化ホウ素、およびホウ素を包含した。このチタンと炭化ホウ素はそれぞれが99.9重量パーセント（wt%）の市販材料からなった一方で、前記ホウ素は99.5重量パーセントの市販材料からなった。典型的な操作として、基板を清浄とし、基層4を付着させ、第一中間層6を付着させ、第二中間層を付着させ、そしてホウ素と窒素を含有する層を付着させる。表I 形状的パラメータープロセス１プロセス２プロセス３角度α −* 〜50° 〜47° 角度β − 〜80° 〜65° 距離d1 〜444mm 〜444mm 〜444mm 距離d2 〜140mm 〜165mm 〜90mm *"−"はパラメーターが記録されなかったことを示す。表II イオンビーム基板清浄化パラメータープロセス１プロセス２プロセス３イオンビームエネルギー 150eV なし 150eV 窒素流速 10sccm なし 10sccm 室圧力 6.6×10^-5 Pa なし 8.6×10^-5Pa 基板温度 T1＝424℃ なし T1=459℃ T2＝544℃ 時間 24分なし 13分基板の清浄は溶媒および／または砂噴射仕上げおよび／または基板にイオンビームを衝突させることによってもよい。窒素イオンビームが洗浄に用いられる場合、窒素流速は約3〜10標準立方センチメートル／分（sccm）であってよく、室圧は約1×10^-6〜5×10^-2ハスカル（Pa）であってよく、基板温度は約100〜650℃ であってよく、イオンビームエネルギーは約125〜170eVであってよく、そして時間は約9〜45分であってよい。表IIに3つの報告された方法の清浄条件を示す。 3つのプロセスの基層4の付着層4の付着はチタンを蒸発させることによった。チタンを付着する場合、e-ビーム設定は約5〜11パーセントであってよく、室圧は約0.07×10^-4〜10×10^-4Paであってよく、基板温度は約100〜650℃であってよく、蒸発速度は約0.2〜0.65nm/sであってよく、そして時間は約3〜10分であってよい。表IIIに3つの報告されたプロセスのチタン付着条件を示す。表III チタン付着パラメータープロセス１プロセス２プロセス３電子ビーム設定 9%出力 8%出力 8〜9%出力室圧力 2.1〜5.4×10^-4Pa − 1.3〜8.6×10^-5Pa 蒸発速度 0.5nm／s 0.57nm／s 0.63nm／s 基板温度 − T1=300℃ T1＝456℃ T2＝410℃ T2＝537℃ T3＝4460℃ 時間 5分 3分 6分 3つのプロセスの第一中間層6の付着は炭化ホウ素を付着させることによった。炭化ホウ素を付着する場合、e-ビーム設定は約6〜10パーセントであってよく、室圧は約0.007×10^-3〜6×10^-3Paであってよく、基板温度は約200〜650℃であってよく、蒸発速度は約0.05〜0.5nm/sであってよく、そして時間は約5〜35分であってよい。表IVに3つの報告されたプロセスの炭化ホウ素付着条件を示す。表IV 炭化ホウ素付着パラメータープロセス１プロセス２プロセス３電子ビーム設定 8%出力 7〜8%出力 6〜8%出力室圧力 9.3×10^-5Pa 1.9×10^-4Pa 4×10^-5Pa 蒸発速度 0.25〜0.35nm／s 0.2〜0.24nm／s 0.3〜0.5nm／s 基板温度 T1=436℃ T1=325℃ T1＝462℃ T2＝434℃ T2＝541℃ T3＝488℃ 時間〜33分〜13分〜19分 3つのプロセスの第二中間層8の付着は炭化ホウ素を同時的に窒化させて付着させることによった。炭化ホウ素を同時的に窒化させて付着させる場合、窒素イオンビームエネルギーは約10〜170eVであってよく、窒素流速は約10sccmであってよく、e-ビーム設定は約6〜10パーセントであってよく、室圧は約0.05×10−2〜 2×10−2Paであってよく、基板温度は約200〜650℃であってよく、蒸発速度は約 0.05〜0.5nm/sであってよく、そして時間は約10〜40分であってよい。表Vに3つの報告されたプロセスの炭化ホウ素の同時的窒化および付着の条件を示す。表V 同時的炭化ホウ素付着と窒化のパラメータープロセス１プロセス２プロセス３イオンビームエネルギー 10eV 160eV 170eV 窒素流速 10sccm 10sccm 10sccm 電子ビーム設定 8%出力 8%出力 8%出力室圧力 − 1.5×10−2Pa 2×10−3Pa 蒸発速度 0.25〜0.35nm／s 0.24nm／s 0.4〜0.5nm／s 基板温度 T1＝436℃ T1＝355℃ T1＝470℃ T2＝454℃ T2＝549℃ T3＝506℃ 時間〜19分〜27分〜18分 3つのプロセスのホウ素と窒素を含有する層10の付着はホウ素を同時的に窒化させて付着させることによった。ホウ素を同時的に窒化させて付着させる場合、イオンビームエネルギーは約100〜170eVおよびそれ以上であってよく、窒素流速は約10sccmであってよく、e-ビーム設定は約6〜11パーセントであってよく、室圧は約0.01×10^-2〜2×10^-2Paであってよく、基板温度は約200〜650℃であってよく、蒸発速度は約0.1〜0.35nm/sであってよく、そして時間は約10〜70分であってよい。表VIに3つの報告されたプロセスのホウ素の同時的窒化および付着条件を示す。表VI 同時的ホウ素付着と窒化のパラメータープロセス１プロセス２プロセス３イオンビームエネルギー 100eV 160eV 170eV 窒素流速 10sccm 10sccm 10sccm 電子ビーム設定 8%出力 7〜8%出力 6〜7%出力室圧力 − 1.6×10^-2Pa 2×10^-3Pa 蒸発速度 − 0.15〜0.2nm／s 0.1〜0.2nm／s 基板温度 T1＝435℃ T1＝334℃ T1=453℃ T2＝435℃ T2＝548℃ T3＝493℃ 時間〜20分〜22分〜42分プロセス1において、および図4を参照すると、ケイ素（p-タイプ）ウエハー（図４に示されず）、SNGA432 SiAlONセラミックインサート56、および2つのSNMA4 32コバルト接合炭化タングステンインサート（一つが受け取られたままの表面58 を有し、他方が砂噴射仕上表面60を有する）からなる4枚の基板が被膜されている。 SiAlONセラミックは米国特許第4,563,433号の方法により実質的に作られ、約3 .26 g／cm3の密度、約18GPaのKnoop硬度200g、約6.5MPa・ml／2の破損靭性（KI C）、約304GPaの弾性率、約119GPaの剪断率、約227GPaの体積弾性率、約0.27のポアソン比率、約450Mpaの引張強度、約745MPaの横断破損強度、および約3.75GP aの極限圧縮強度を有する二シリコンアルミニウムオキシニトリド相（α-SiAlON およびβ-SiAlON）セラミックからなった。コバルト接合炭化タングステン（これ以降、組成物No．1とする）は約6重量パーセントのコバルト、約0.4重量パーセントの炭化クロム、およびそれ以外が炭化タングステンからなった。組成物No．1に関して、炭化タングステンの平均粒度は約1〜5μmであり、多孔度はA04、B00、C00（「接合炭化物中の見掛け多孔度の標準的試験方法」と題されるASTM指定B 276-86による）であり、密度は立方メートルあたり約14,900キログラムであり（kg／m3）、ロックウエルA硬度は約93 であり、磁気飽和は約90パーセント（100パーセントは1キログラム-コバルトあたり約202マイクロテスタ立方メートル（μTm³／kg）と等しいとする（1グラム- コバルトあたり約160ガウス立方センチメートル（ガウス-cm3／gm）））であり、抗磁力は約285エルステッドであり、そして横断破損強度は約3.11ギガパスカル（GPa）である。インサートはスクリュ−62により基板ホルダ−40に固定化された；しかし、どの適当な手段を用いてもよい。ケイ素基板材料のウエハーはセラミック基板56と基板ホルダー40との間にウエハーをクランプすることにより基板ホルダー40に固定された。熱電対は基板58と基板ホルダー40間に固定されて被覆プロセス中、基板温度をモニターした。プロセス1からの一つのケイ素ウエハー上の被膜はオージェ分光法と深さ方向分析を用いて分析された。図7に示されているように、スパッター時間の関数としてのホウ素の原子濃度（ホウ素に関するKLL転移に基づくB1）、窒素の原子濃度（窒素に関するKLL転移に基づくN1）、酸素の原子濃度（酸素に関するKLL転移に基づくO1）、炭素の原子濃度（炭素に関するKLL転移に基づくC1）、チタンの原子濃度（チタンに関するLMM転移に基づくTi2）、ケイ素の原子濃度（ケイ素に関するLMM転移に基づくSi1）が決定された。スパッターされた領域は約3平方ミリメートル（mm2）に設定された一方で、スパッター速度は酸化タンタル（Ta₂O₃ ）を用いて一分間につき約14.2ナノメートル（nm／min.）に検定された。原子濃度の結果、スパッター時間およびスパッター速度を用いて、深さの関数としての原子濃度を決定してもよい。図7は本発明の被膜組織の実施態様を示している。ホウ素と窒素を含有する層（スパッター時間；図7における〜0−40分間）；その後にホウ素、炭素および窒素を含有する層（スパッター時間；図7における〜5 0−80分間）；ホウ素と炭素を含有する層（スパッタ−時間；図7における〜100 −150分間）；およびチタンを含有する層（スパッタ−間；図7における〜160−1 80分間）。チタンを含有する層を同定するためにTi2とTi1＋N1を用いたことに注意されたい。Ti1とN1シグナルは一致した：しかし、チタンを含有する層はチタンまたは窒化チタンまたはその両方を含有してもよい。深さ方向分析データの分析結果は以下の通りである：ホウ素と窒素を含有する層は約56〜61原子パーセントのホウ素および約39〜44原子パーセントの窒素からなり；ホウ素、炭素および窒素を含有する層は約48〜52原子パーセントのホウ素、約29〜34原子パーセントの窒素、および約13〜18原子パーセントの炭素：およびホウ素および炭素を含有する層は約72〜77原子パーセントのホウ素および約22〜28原子パーセントの炭素からなった。プロセス1の被覆されたSNGA432 SiAlONセラミックインサート56はD3工具スチール（55＜HRc＜60）の強機械加工で約15秒間調べられた。試験はドライで（すなわち切断液を用いずに）約150SFMの速度、0.0045iprの送り、0.02"のカット深み、および−5°の進み角度を用いて行った。さらに、非被膜のSNGA432 SiAlON セラミックインサートも比較のために調べた。主に、その結果は被膜がセラミック基板に十分に付着し、試験の激しい条件下でもそこにとどまったことを示している。プロセス2において、および図5を参照すると、ケイ素（pタイプ）（図5には示されていない）、一つのSNGA432 SiAlONセラミックインサート76、および72、74 、78、80、82および84の受け取ったままの表面を有する6つのCNMA432組成物No． 1コバルト接合炭化タングステンインサートからなる7枚の基板が被膜された。3 つの熱電対が基板ホルダー40の実質的に平面に固定されて被覆プロセス中基板温度をモニターした。第一の熱電対はサンプル76と基板ホルダー40との間に固定された。第一の熱電対により測定された温度は表でT1で示されている。第二の熱電対は疑似基板（図５には示されていない）と、基板82に隣接し、基板82と基板84と一列に並んでいる基板ホルダー40との間に固定された。第二熱電対で測定された温度は表中にT2で示されている。第三熱電対は、基板82に隣接し、基板82と基板 84と一列で並んでいる疑似基板上部に固定された。第三熱電対で測定された温度は表中にT3で示されている。基板ホルダー上の基板と加熱部材68の相対的位置は 3列の基板間で温度の傾きを形成した。表に示されたデータが示唆するように、プロセス2からの基板は抵抗加熱器に対する試料位置に応じて異なる温度を経験した。これらの違いを鑑みて、得られた被膜の組成間の違いを予想するだろう。それらの違いを評価するために、オージェ分光法および深さ方向分析を、被覆された組成物No．1のインサート72、76 および84について行った。オージェ分光法分析の結果が図8、9、および10にそれぞれ示されている。深さ方向分析はホウ素と窒素を含有する層およびホウ素、炭素および窒素を含有する層に限定された。被覆された基板72に関して、ホウ素と窒素を含有する層は約65 〜85原子パーセントのホウ素および約15〜35原子パーセントの窒素からなり；ホウ素、炭素および窒素を含有する層は約30〜34原子パーセントのホウ素、約44〜 48原子パーセントの窒素、および約18〜24原子パーセントの炭素からなった。被覆された基板76に関して、ホウ素と窒素を含有する層は約42〜66原子パーセントのホウ素、約28〜47原子パーセントの窒素、および約5〜11原子パーセントの炭素からなり；およびホウ素、炭素および窒素を含有する層は約31〜39原子パーセントのホウ素、約46〜48原子パーセントの窒素、および約13〜20原子パーセントの炭素からなった。被覆された基板84に関して、ホウ素と窒素を含有する層は約37〜76原子パーセントのホウ素、約22〜51原子パーセントの窒素、および約0〜12原子パーセントの炭素からなり；およびホウ素、炭素および窒素を含有する層は約31〜38原子パーセントのホウ素、約42〜51原子パーセントの窒素、および約11〜22原子パーセントの炭素からなった。さらに、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）を被覆された基板78、80、および82 について行った。被覆基板78および80に関する反射FTIRスペクトルが図11と図12 にそれぞれ示されている。これらのスペクトルは約1480cm^-1に肩、約1200cm^-1に広いピーク、および約770cm^-1にピークを有する。被覆基板82のスペクトルは、特に約1200cm−1における広いピークで類似の特性を示した。図12の反射スペクトルはNicolet MAGNA IR 550 FTIR分光光度計に接続されたSpectra Tech IR-Pla n Microscopeを用いて得られた。このシステムは赤外光源、MCT／B検出器、およびKBrビームスプリッターからなった。分析からのデータは約4cm^-1スペクトル分割、補正なし、Happ-Genzelアポダイゼーションにて、128スキャンを用いる金のミラーバックグランドを有する反射率モードで集めた。反射FTIRスペクトルの最終フォーマットは透過率として示した。被覆基板82の（25グラム荷重を用いて）測定されたKnoop硬度は、約34GPaの平均を有する約30GPa〜約41GPaの範囲にあった。同様に、被覆基板82の（25グラムの荷重を用いて）測定されたビッカース硬度は約25GPaの平均を有する約21GPa〜約32GPaの範囲にあった。プロセス2でさらされた基板に対する被膜の付着の十分さは、P．C．Jindal，D ．T．Quinto，& G．J．Wolfe，"ADHESION MEASUREMENTS OF CHEMICALLY VAPOR D EPOSITION AND PHYSICALLY VAPOR DEPOSITED HARD COATINGS ON WC-CO SUBSTRAT ES"（「化学蒸着の付着測定とWC−CO基板に物理蒸着された硬質被膜」），Thin Solid Films Vol．154，pp．361-375，1987に実質的に記載されたRockwell A Br aleインデンターを用いフレーキングの最初の徴候に対応する臨界荷重を決定することによりチェックした。被膜は60キログラム（kg）の荷重に一貫して耐えた一方で、一部の被膜は100kg荷重でフレーキングを初めて示した。被覆されたCNMA432基板82は、20秒間の試験中、D3工具スチールの強機械加工（55＜HRC＜60）に用いられた。基板82上の被膜厚みは約1.2〜約1.4μm（Calott e Scar測定から決定された）と測定された。試験はドライで（すなわち切断液を用いずに）、約150SFMの速度、0.0045iprの送り、0.02"のカット深み、および− 5°進み角度を用いて行った。さらに、非被覆のCNMA432基板も比較のために調べた。主に、その結果は被膜が接合炭化タングステン基板に十分に付着し、試験の激しい条件下でもそこにとどまったことを示している。プロセス3において、および図6を参照すると、一つのSNGA432 SilONセラミックインサート86、3つのSNMA432組成物No．1コバルト接合炭化タングステンインサート88、94、および98および3つのSNMA432組成物No．2コバルト接合炭化タングステンインサート90、92および96からなる7枚の基板が被膜された。組成物No．2は約5.7重量パーセントのコバルト、2重量パーセントのTaC、および残りが炭化タングステンからなる。化合物No．2に関して、炭化タングステンの平均粒度は約1〜4μmであり、多孔度がA06、B00、C00（ASTM指定B 276-86による）であり、密度は約14,950kg／m3であり、ロックウエルA硬度は約92.7であり、磁気飽和は約92パーセントであり、抗磁力は約265エルステッドであり、そして横断破損強度は約1.97ギガパスカル（GPa）である。インサートは基板ホルダー40にスクリュー62によって固定された。二つの熱電対が基板ホルダー40の実質的に平面に配置されて、被覆操作にわたって基板温度をモニターした。第一熱電対は基板92と基板ホルダー40との間に固定された。第一熱電対で測定された温度は表中にT1で示されている。第二熱電対は基板92と基板ホルダー40との間に固定された。第二熱電対で測定された温度は表中にT2で示されている。本出願で示されたすべての特許と他の文献は文献の援用によりここに編入される。すでに記載された本発明の様式は、回転および微粉砕、ドリル、先端ミル、リーマー、および他の割り出し可能ならびに割り出し不可能な工具のための機械加工インサート等の切断工具への、ホウ素および窒素、好ましくはcBNを含有する被膜の利用を可能とする等の多くの利点を有する。さらに、この工具は金属、セラミックス、ポリマー、それらの組合せの複合物、およびそれらの組合せを機械加工するために用いてもよい。特に、この工具は、例えば鉄系合金、ニッケル系合金、コバルト系合金、チタン系合金、硬化鋼、硬質鋳鉄、軟質鋳鉄、および焼結鉄等、ダイヤモンドと適合性のない材料を切断、穿孔、および形成するために用いてもよい。本発明はある好適な様式を参照してかなり詳細に説明してきたが、他の様式も可能である。具体例としては、電子機器用TABボンダー、鋳型、およびパンチなどの利用のための摩耗部品上の被膜；採鉱工具、建設工具、地面掘削工具、および岩掘削工具における炭化物チップ上の被膜；磁気抵抗（MR）コンピューターディスクドライブに用いられるスライダー上の薄い被膜；およびバースキャナコードスキャナーウインド上の透明な被膜が挙げられる。したがって、添付の請求の範囲の精神と範囲はここに含まれる好適な様式の記載に限定されるべきものではい。

Claims

【特許請求の範囲】 1.側面；傾斜面；該側面と該傾斜面と接合部の刃先；および側面、傾斜面、および刃先の少なくとも一部の上の被膜からなり、該被膜が、基板に隣接するチタンを含有する層；該チタンを含有する層に隣接するホウ素と炭素を含有する層；該ホウ素と炭素を含有する層に隣接するホウ素、炭素および窒素を含有する層；および該ホウ素、炭素および窒素を含有する層に隣接するホウ素および窒素を含有する層からなる、材料機械加工用の切断インサート。 2.（a）基板および（b）該基板の少なくとも一部の上の被膜からなり、該被膜が、（i）基板に隣接する基層；（ii）該基層に隣接するホウ素と炭素を含有する層；（iii）該ホウ素と炭素を含有する層に隣接するホウ素、炭素および窒素を含有する層；および（iv）該ホウ素、炭素および窒素を含有する層に隣接するホウ素および窒素を含有する層からなる、切断工具。 3.基層がチタン、ハフニウム、およびジルコニウムの少なくとも1種類を含有する請求項2に記載の切断工具。 4.基層がチタンを含有する請求項2に記載の切断工具。 5.基板がサーメット、セラミック、および金属の少なくとも1種類を含有する請求項2に記載の切断工具。 6.基板がコバルト接合炭化タングステンを含有する請求項2に記載の切断工具。 7.ホウ素と窒素を含有する層が約38〜85原子パーセントのホウ素を含有する請求項2に記載の切断工具。 8.ホウ素と窒素を含有する層が立方晶系窒化ホウ素を含有する請求項2に記載の切断工具。 9.該被膜の反射FTIRスペクトルが約1200cm^-1で広いピークを有する請求項2に記載の切断工具。 10．ホウ素、炭素および窒素を含有する層が約29：71〜54：46のB：N比および約 11〜26原子パーセントの炭素含量を有する請求項2に記載の切断工具。 11．ホウ素、炭素および窒素を含有する層が約76：26〜89：11のN：C比および約 29〜54原子パーセントのほう素含量を有する請求項2に記載の切断工具。 12．基板の少なくとも一部の上の被膜であって、該被膜が、（a）基板に隣接する基層；（b）該基層に隣接するホウ素と炭素を含有する層；（c）該ホウ素と炭素を含有する層に隣接するホウ素、炭素および窒素を含有する層；および（d）ホウ素および窒素を含有する層からなる被覆。 13．基板および該基板の少なくとも一部の上の被膜からなる切断工具の製造方法において、該方法が、（a）基板を設け、（b）該基板上に基層を形成し、（c）該基層上にホウ素と炭素を含有する層を形成し；（d）該ホウ素と炭素を含有する層上にホウ素、窒素および炭素を含有する層を形成し；そして（e）該ホウ素、窒素および炭素を含有する層上にホウ素および窒素を含有する層を形成することからなる方法。 14．ホウ素と窒素を含有する層が約38〜85原子パーセントのホウ素を含有する請求項13に記載の方法。 15．ホウ素と窒素を含有する層が約15〜62原子パーセントの窒素を含有する請求項13に記載の方法。 16．ホウ素と窒素を含有する層が窒化ホウ素を含有する請求項13に記載の方法。 17．ホウ素と窒素を含有する層が立方晶系窒化ホウ素を含有する請求項13に記載の方法。 18．反射FTIRスペクトルが約1200cm^-1で広いピークを有する請求項13に記載の方法。 19．ホウ素、炭素および窒素を含有する層が約29：71〜54：46のB：N比および約 11〜26原子パーセントの炭素含量を有する請求項13に記載の方法。 20．ホウ素、炭素および窒素を含有する層が約29：71〜41：59のB：N比および約 11〜26原子パーセントの炭素含量を有する請求項13に記載の方法。 21．ホウ素、炭素および窒素を含有する層が約74：26〜89：11のN：C比および約 29〜54原子パーセントのホウ素含量を有する請求項13に記載の方法。 22．基板がサーメット、セラミック、または金属の少なくとも1種類を含有する請求項13に記載の方法。