JPH01263277A

JPH01263277A - 硬質炭素膜付部材の製造方法

Info

Publication number: JPH01263277A
Application number: JP9256188A
Authority: JP
Inventors: Yuji Eto; 江藤　祐士; Toshimichi Ito; 伊藤　利通; Atsuhiko Masuda; 増田　敦彦; Masaru Daimon; 大門　優; Masao Miyama; 深山　正男
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1989-10-19

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］本発明は硬質炭素膜付部材の製造方法に関し。

さらに詳しく言うと、基体と硬質炭素膜との密着性が優
れている硬質炭素膜材部材の製造方法に関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］従来、基
体上に硬質炭素膜を形成し、基体の耐摩耗性、耐衝撃性
、耐蝕性などを向−卜させようとする種々の試みがなさ
れている。

たとえば、切削工具などの保護膜として硬質炭素膜を形
成し、前記切削工具などの耐摩耗性、耐′＃撃性、１耐
蝕性などを向−卜させたりすることが検討されている。

しかしながら、たとえば、従来の切削工具およびヒート
シンクなどにおいて、基体上に形成された硬質炭素膜は
、その基体との密着性が悪くて・使用中に硬質ｊ４素膜
が基体から剥離してしまうという問題点を有している。

そこで、基体と硬質炭素膜との密着性を向−ヒさせるた
め、硬質炭素膜との密着性ができるだけ良好な素材を基
体として用いたり、基体との密着性が良好であるととも
に硬質炭素膜との密着性も良好である素材を基体と硬質
炭素膜との中間層に用いる方法などが検討されている。

しかしながら、そのような方法を用いても、基体と硬質
炭素膜との密着性は実用に耐える程ではないという問題
点を有している。

本発明の目的は、基体と硬質炭素膜との密着性が優れた
硬質炭素膜材部材の製造方法を提供することにある。

［前記課題を解決するための手段と作用］前記課題を解
決するための本発明の構成は、基体上に形成した硬質炭
素膜に、赤外線または紫外線を照射することを特徴とす
る硬質炭素膜付部材の製造方法である。

以下、本発明について詳述する。

前記基体としては特に制限はない。

前記基体の素材として、たとえば、シリコン、アルミニ
ウム、チタン、タングステン、モリブデン、コバルト、
およびクロム等の金属、これらの酸化物、窒化物および
炭化物、たとえば、Ｗｅ−Ｃ。

系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｇｏ系合金、Ｗｅ−Ｔｉｅ−Ｔ
ａｇ−Ｇｏ系合金等の超硬合金、Ａ１２Ｃｈ−Ｆｅ系、
Ｔ　１ｃ−Ｎ　ｉ系、Ｔ　１Ｇ−ＣＯ系、ＢａＣ−Ｆｅ
系、　ＴｉＮ系、　ＴｉＣ−ＴｉＮ系等のサーメットな
らびに各種セラミックスなどからなるもののいずれをも
使用することができる。

前記基体の形状についても特に制限がなく、任意の形状
のものを使用することができる。

たとえば、前記基体として、バイトなどの切削工具、シ
ートシンクなどを挙げることができ硬質炭素膜前記基体上に形成される硬質炭素膜は、通常、ダイヤモ
ンド膜、ダイヤモンド状炭素膜である。

このような硬質炭素膜は、たとえば、炭素源ガスを励起
して得られるガスを、前記基体上に接触させることによ
り前記基体上に形成することができる。

本発明における炭素源ガスとしては、たとえばメタン、
エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水素；
エチレン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化
水素；アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化水素
；ブタジェン等のジオレフィン系炭化水素二ジクロプロ
パン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン
等の脂環式炭化水素；シクロブタジェン、ベンゼン、ト
ルエン、キシレン、ナフタレン等のＭ　６　族’Ｍ　化
水素；テセトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等の
ケトン類；メタノール、エタノール等のアルコール類ニ
トリメチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；炭
酸ガス、−酸化炭素、二酸化炭素；さらに、単体ではな
いが、ガソリン等の消防法第４類危険物の第１石油類、
ケロシン、テレピン油、しょう脳油、松根油等の第２石
油類、重油等の第３石油類、ギヤー油、シリンダー油等
の第４石油類などを有効に使用することができる。また
前記各種の炭素化合物を混合して使用することもできる
。

これらの中でも、好ましいのはメタン、エタン、プロパ
ン等のパラフィン系炭化水素等の炭化水素、アセトン、
ベンゾフェノン等のケトン類、メタノール、エタノール
等のアルコール類、炭酸ガス、−酸化炭素等の含酸素炭
素化合物、トリメチルアミン、トリエチルアミン等のア
ミン類等の含窒素化合物である。

前記炭化水素等を炭素源ガスとするとダイヤモンド状炭
素膜が形成され、前記含酸素化合物特に−酸化炭素を炭
素源ガスとするとダイヤモンド膜が形成される。

前記−酸化炭素としては特に制限がなく、たとえば石炭
、コークスなどと空気または水草気を熱時反応させて得
られる発生炉ガスや水性ガスを充分に精製したものを用
いることができる。

なお、このような１ズ素源ガスには、水素ガスを混入す
るのが好ましい、水素ガスを混入することにより、細長
部材に硬質炭素膜が形成されるのを速くすることができ
る炭素源ガスに水素ガスを混入する場合、水素ガスと炭素
源ガスのモル比（炭素源ガス／水素ガス）は、通常０．
１／１００以上である。

前記水素としては特に制限がなぐ、たとえば石油類のガ
ス化、天然ガス、水性ガスなどの変性、水の電解、鉄と
水蒸気との反応１石炭の完全ガス化などにより得られる
ものを充分に精製したものを用いることができる。

なお、炭素源ガスには、不活性ガスを混入させても良い
、不活性ガスは炭素源ガスのキャリヤーガスとして用い
ることができる。

この不活性ガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴン
ガス、ネオンガス、キセノンガスなどが挙げられる。

基体上への硬質炭素膜の形成本発明では、基体−Ｌに、前記炭素源ガスを励起して得
られるガスを接触させることにより、硬質炭素膜が形成
される。

前記炭素源ガスの励起手段としては、硬質炭素膜の合成
に従来より慣用されている各種の方法の中から任意の方
法を用いることができる。

共体的には、たとえば直流によってプラズマ分解する方
法、高周波によってプラズマ分解する方法、ＥＣＲ法を
含むマイクロ波によってプラズマ分解する方法、あるい
はプラズマ分解をイオン室またはイオン銃で行なわせ、
電界によりイオンを引出すイオンビーム法などの各種プ
ラズマ分解法、熱フィラメントによる加熱により熱分解
する熱分解法などが挙げられる。

本発明においては、炭素源ガスは、前記方法により以下
の条件下で励起されてプラズマが発生するものと考えら
れる。

すなわち、ノ、（体の表面の温度は、前記炭素源ガスの
励起手段、基板の冷却によって異なるので、−概に決定
することはできないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用
いる場合には、通常、ダイヤモンド膜を形成するには、
４００〜１４００℃であり、好ましくは４５０〜１２０
０℃であり、ダイヤモンド状炭素膜を形成するには、通
常、室温〜５００℃であり、好ましくは室温〜４００℃
である。

反応圧力は、ダイヤモンド膜を形成する場合、通常、１
０１〜１０３ｔｏｒｒ、好ましくは１０−１〜７８０ｔ
ｏｒｒであり、ダイヤモンド状炭素膜を形成する場合、
通常、１０−６〜７６０　ｔｏｒｒ、好ましくは１０４
〜１０ｔｏｒｒである。

反応圧力が１Ｏ−５ｔｏｒｒよりも低い場合には、ダイ
ヤモンド膜が析出しなくなったりする。一方、＋０３ｔ
ｏｒｒより高くしてもそれに相当する効果は得られない
、同様に、反応圧力が１Ｏ−６ｔｏｒｒよりも低い場合
には、ダイヤモンド状炭素膜が析出しなくなったりする
。一方、７６０　ｔａｒｔより高くしてもそれに相当す
る効果は得られない。

反応時間は形成する硬質炭素膜の面桔および厚みに応じ
て適宜に設定することができる。

このようにして、前記基体上に硬質炭素膜を形成するこ
とができる。

なお、硬質炭素膜の厚みは通常０．０１〜２．０００Ｊ
ｊ、ｍであり、好ましくは１〜５０ｇｍである。

硬質炭素膜の厚みが２．０００ルｍ以上の場合は、前記
赤外線または前記紫外線の透過率が低下し。

充分な効果が得られないことがある。

一方、硬質炭素膜の厚みが０．０１体ｍ未満の場合は基
体りへ硬質炭素膜を形成しても、その物性向上が期待で
きないことがある。

赤外線または紫外線の照射本発明において重要なことは、前記硬質炭素膜に赤外線
または紫外線を照射することである。

前記赤外線を照射すると、硬質炭素膜と基体との界面に
熱が供給されて（振動励起）、これによって前記硬質炭
素膜と基体を構成する母材との反応が進行して、母材の
炭化物が形成され、この母材によって、硬質炭素膜の密
着性が向■；するものと推定される。

また、前記紫外線を照射すると、硬質炭素膜と基体との
界面に直接にエネルギーが供給されて（電子励起）、こ
れによって前記硬質炭素膜と基体を構成する母材との反
応が進行して、母材の炭化物が形成され、この母材によ
って、硬質炭素膜の密着性が向上するものと推定される
。

本発明における赤外線としては、通常に赤外線とされて
いる電磁波である限り特に制限がないのであるが、通常
、波長が０．７６〜１．０００ルｍであり、好ましくは
、波長が２．５〜２５ｐｍである。

本発明における紫外線としては、通常に紫外線とされて
いる電磁波である限り特に制限がないのであるが、通常
、波長が１〜４００ｎｍである。

本発明においては、硬？ｊ炭素膜面に向って前記電磁波
を照射する。

前記電磁波の照射は、前述のように、連続光を用いても
よいし、パルス光を用いてもよい。

前記電磁波の光源は、レーザーを用いてもよいし、ハロ
ゲンランプを用いてもよい。

前記電磁波の光源として、レーザーを用いる場合、波長
が２．６〜３ｐｍのＨＦレーザーを用いるのが好ましく
、その出力は２連続光を用いれば、０，０１〜１５０　
Ｗであるのが好ましく、パルス光を用いれば、２〜６０
０ｍＪであるのが好ましい。また、波長が０．４ＪＬｍ
または０．３＃ＬｍのＨｅＪｌ；ｄレーザーを用いても
よく、その出力は、連続光を用いれば１．５〜１０ｍＷ
であるのが好ましい。

前記電磁波の光源として、ハロゲンランプを用いる場合
、その出力は、連続光を用いれば、１０〜５００　Ｗで
あるのが好ましく、パルス光を用いれば、１〜１００　
ｋｍであるのが好ましい。

［実施例］ダイヤモンド膜付バイ）Ａの製造ＷＣ−Ｇｏ金合金らなるバイトを用いた。

前記バイトの表面上に、反応ガスとして一酸化炭素ガス
および水素ガスを用いてマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よりダイヤモンド膜を形成した。

なお、マイクロ波プラズマＣＶＤ法の条件は次の通りで
ある。

マイクロ波電源周波数；　　２．４５ＧＨｚバイト表面
温度−９００℃ 圧力；　５０ｔｏｒｒ −酸化炭素ガスの一酸化炭素分子のモル数と水素ガスの
水素分子のモル数との比（Ｇｏ／Ｈ２）；　０．１前記
のようにして、バイトの表面上にダイヤモンド膜が形成
されているダイヤモンド膜付バイトＡを製造した。

（実施例１）ダイヤモンド膜付バイトＡをガラス鐘内に設置し、ガラ
ス鐘内の圧力を　１．ＯＸ　１ｆ１３　ｔｏｒｒにし、
ＨＦレーザーを用いて、ダイヤモンド膜付バイトのダイ
ヤモンド膜に、波長２．６１．ｍの赤外線を出カフＱＷ
で３０分間照射した。

前記赤外線を照射したダイヤモンド膜材バイトＢを用い
て、切削速度を３８０ｍ／分に設定し、送りを０．０５
ｍ　ｍ　／回に設定し、切込みを０．０５ｍｍに設定し
、　Ａ立−Ｓｉ合金（Ｓｉ含有率；８％）を切削した。

このようにして、１０分間切削したが、ダイヤモンド膜
材バイトＢにはダイヤモンド膜の剥離は見られなかった
。

（実施例２）ダイヤモンド膜材バイ）Ａをガラス鐘内に設置し、ガラ
ス鐘内の圧力を　１．ＯＸ　１０１　ｔｏｒｒにし、Ｈ
ｅ−Ｃｏｄレーザーを用いて、ダイヤモンド膜付バイト
のダイヤモンド膜に、波長０．４ｇｍの紫外線を出力ｔ
ＯＷで１時間照射した。

前記紫外線を照射したダイヤモンド膜付バイトＣを用い
て、実施例１と同様にして、７分間切削したが、ダイヤ
モンド膜材バイトＣにはダイヤモンド膜の剥離は見られ
なかった。

（実施例３）ダイヤモンド膜材バイトＡをガラス鐘内に設置し、ガラ
ス鐘内の圧力を　１．ＯＸ　１０１ｔｏｒｒにし、ハロ
ゲンランプを用いて、ダイヤモンド膜材バイトのダイヤ
モンド膜に、出力１００Ｗで５分間照射した。

前記ハロゲンランプにより照射されたダイヤモンド膜付
バイトＤを用いて、実施例１と同様にして、３０分間切
削したが、ダイヤモンド膜付バイトＤにはダイヤモンド
膜の′Ａ港は見られなかった。

（比較例１）ダイヤモンド膜材バイトＡを用いて、実施例１と同様に
して切削したが、１分間以内でダイヤモンド膜付バイト
Ａの全てのダイヤモンド膜がバイトから剥離してしまっ
た。

［発明の効果］未発（４の硬質炭素膜付部材の製造方法により、）＾体
と硬質炭素膜との密着性が実用上充分に良好である硬質
炭素膜材部材を製造することができる。

したがって、たとえば、切削工具およびヒートシンクな
どの保護膜として硬質炭素膜を形成すれば、前記切削工
具およびヒートシンクなどの耐摩耗性、耐衝撃性、耐蝕
性などを充分に向上させることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体上に形成した硬質炭素膜に、赤外線または紫
外線を照射することを特徴とする硬質炭素膜付部材の製
造方法。