JPH02217472A

JPH02217472A - ダイヤモンド工具部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH02217472A
Application number: JP3788289A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Katsumata; 聡勝又
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1990-08-30

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工具部材およびその製造方法に関
する。さらに詳しく言うと、カーバイト系超硬合金製部
材上に、同一金属からなる金属炭化物被膜と金属被膜と
を順次に形成してなる中間層を介して、ダイヤモンド膜
を密着性良く形成してなるダイヤモンド工具部材および
その製造方法に関する。

［従来技術と発明が解決しようとする課題］従来、切削
工具、研磨工具、ダイス等の超硬工具や耐摩耗性工具等
の高い硬度や耐摩耗性が要求される工具類としてのダイ
ヤモンド工具が、硬度、耐摩耗性などに著しく優れてい
ることなどから特に好まれている。

従来、このダイヤモンド工具には、超硬合金や高硬度の
金属等の部材の面上に焼結ダイヤモンドや単結晶ダイヤ
モンドをろう付は等により装着したものが用いられてき
た。

これに対して、近年、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの気相法
ダイヤモンド合成技術を用いて、超硬合金や高硬度の金
属等からなる基材（部材）の面上にダイヤモンド膜を析
出により形成してなるダイヤモンド被覆部材の製造が検
討されており、上記の用途等に適用しようとする試みが
ある。

ところで、ダイヤモンドは最も硬い物質であるので、超
硬合金等の基材（ｍ材）の表面に形成されるダイヤモン
ド膜は、その基材（部材）に高い硬度や耐摩耗性を付与
するためのコーティング部材、前記基材（部材）の保！
ＩＩＩなどとして有効に利用できるものと考えられる。

たとえば、切削工具、碩磨工具等の超硬工具に使用され
る超硬合金製の基材（部材）の表面にダイヤモンド膜を
形成させると、さらに優れた超硬工具が得られるはずで
ある。

しかしながら、超硬合金の表面とダイヤモンドとは１通
常、密着性が悪く、実用に耐える工具を得ることに成功
していない。

そこで、超硬合金の表面とダイヤモンドとの密着性の向
上を図るために、超硬合金とダイヤモンド膜との間に中
間層を形成する技術が提案されている。

たとえば、特開昭５８−１２６９７２号公報には、超硬
合金の表面に先ずＩＶａ　、　Ｖａ　、　Ｖｌａ族金属
の炭化物、窒化物、ホウ化物および酸化物から選ばれた
一種以上よりなる中間層を形成し、その後に前記中間層
の上にダイヤモンド膜を形成してなるダイヤモンド膜付
き超硬合金が記載されている。

しかしながら、このような公報に記載されている方法に
おいては、中間層を設けることによって密着性の向上を
図ると言いながら、超硬合金と中間層、中間層とダイヤ
モンド膜との密着性が同時に実用的なレベルにまで充分
に改善されているとは言い難いなどの問題点がある。

一方、超硬合金等の超硬工具用基材（部材）とダイヤモ
ンド膜との間に中間層を形成することなく、基材（部材
）の表面とダイヤモンドとの密着性の向上を図る技術も
提案されている。

たとえば、特開昭６３−１００１８２号公報には、Ｃｏ
を特定量含有し、特定粒径の炭化タングステンからなる
炭化タングステン系超硬合金に、ダイヤモンド膜を形成
してなるダイヤモンド膜付き超硬合金製切削工具チップ
が記載されている。

しかしながら、このダイヤモンド膜付き超硬合金製切削
工具チップにおいても、超硬合金とダイヤモンド膜との
密着性が充分に実用的なレベルであるとは言い難く、シ
かも超硬合金とダイヤモンド膜との密着性の向上を図る
ためにＣｏの含有量を少なくしであるので、超硬合金自
体の靭性、抗折力等の物性の低下を招き、切削工具とし
ての強度が充分ではなくなり、十分な耐久性が得られな
い等の問題点があった。

本発明は、前記事情に基づいてなされたものである。

本発明の目的は、前記問題点を解決し、ダイヤモンド膜
の密着性に優れ、超硬工具や耐摩耗性工具等の高い硬度
と耐摩耗性とを要求される工具類やその部材等として使
用したときにその寿命が大幅に改善された、耐久性等に
優れたダイヤモンド工具部材およびその製造法を提供す
ることにある。

［前記課題を解決するための手段］本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ね
た結果、基材として従来の超硬具等に使用されるカーバ
イト系超硬合金製基材（部材）を用い、前記基材の面上
に特定の中間層を介して気相合成法によりダイヤモンド
膜を設けてなるダイヤモンド工具部材が、ダイヤモンド
膜と中間層および前記中間層と基材であるカーバイト系
超硬合金との密着性が共に優れ、前記目的を達成するこ
とができることを見出し、その知見に基づいて本発明を
完成するに至った。

すなわち、木Ｍ請求項１に記載の発明は、カーバイト系
超硬合金製部材の表面に、金属炭化物からなる第一中間
層および前記金属炭化物におけるのと同じ金属で形成さ
れた第二中間層を介して。

ダイヤモンド層が形成されてなることを特徴とするダイ
ヤモンド工具部材てあり、この場合、前記金属は、周期
表ｒＶａ族、Ｖａ族および”ＶＩａ族の金属並びにけい
素の中から選ばれる少なくとも一種以上の金属であるの
が好ましく（請求項２）。

本願請求項３に記載の発明は、カーバイド系超硬合金製
部材の表面に金属炭化物からなる第一中間層を形成した
後に、前記第一中間層の表面に前記金属炭化物における
のと同じ金属からなる第二中間層を形成し、前記第二中
間層の表面にダイヤモンド膜を気相合成法により形成し
てなることを特徴とするダイヤモンド工具部材の製造方
法であり、この場合、前記金属が、周期表ＩＶａ族、Ｖ
ａ族およびＶＩａ族の金属並びにけい素の中から選ばれ
る少なくとも一種以上の金属であるのが好ましい（請求
項４）。

本発明においては、前記第一および第二中間層の形成方
法として、たとえばスパッタリング法。

イオンブレーティング法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法などを好適に採用することができる。

これらの中でも、好ましいのは熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法である。その理由は、前記第一中間層を形成する
際に、母材中のフリー炭素を炭素源のひとつとするので
、母材を高温（約８００〜１．２００℃程度）に保持す
る必要があるからである。

本発明にかかるダイヤモンド工具部材は、超硬合金製基
材（部材）上に直接ダイヤモンド膜を形成してなる従来
のダイヤモンド膜付き超硬合金や従来の中間層を介して
超硬合金製基材（部材）にダイヤモンド膜を形成させて
なるダイヤモンド被覆中間層付き超硬合金よりも、ダイ
ヤモンド膜の密着性が優れている。

本発明のダイヤモンド工具部材が、ダイヤモンド膜の密
着性に優れ、工具等としての寿命および耐久性に優れて
いるのは、ダイヤモンド膜とカーバイト系超硬合金製部
材（基材）の間に順次に形成された複数の特定中間層を
設けているからである。

すなわち、カーバイト系超硬合金製部材（基材）と第一
中間層である炭化物皮膜とは共にカーバイト系であるか
ら馴染み易く、たとえば、熱ＣＶＤ法により炭化物被膜
を形成する際に、炭化反応を伴いつつ前記基材と炭化物
被膜間において炭素の拡散が起こり、また、ダイヤモン
ド膜と第二中間層である金属皮膜とは、気相合成法によ
りダイヤモンド膜を形成する際に、前記金属皮膜の表面
から内部に向かって負の濃度勾配をもって炭化物が形成
され、さらに、第一中間層の金属炭化物皮膜と第二中間
層である前記金属被膜とは同種の金属を使用している上
に順次、連続的に形成されているので、それぞれの層間
には、はフきりとした界面がなく、金属炭化物皮膜から
金属皮膜へと漸次にあるいは連続的に変化する組成構造
を有しているので、いずれの層間においても、高い密着
性を実現することができるためと考えられる。特に、前
記金属被膜は、金属被膜と言いながらも。

部分的に（特にその外側において濃度の高い）炭化物に
変化している傾斜材料的な金属−金属炭化物の組成物か
らなる皮膜になりでいることが推定され、ダイヤモンド
膜の炭素が前記金属被膜の表層部の部分炭化物に侵入す
る形で強固に結合しており、これによって、従来得られ
なかフた前記の高い密着性が実現できるものと考えられ
る。

したがって、本発明のダイヤモンド工具部材は、たとえ
ば、切削工具、研磨工具等のバイト、ダイス、線引きダ
イス、カッター、エンドミル、タップ、ゲージ、ボンデ
ィングツールのヘット等の超硬工具や耐摩耗性工具等の
高い硬度や耐摩耗性を要求される種々の工具類の部材や
その母材等として好適に利用することができる。

以下に本発明についてさらに詳細に説明する。

本願請求項１および２の発明における前記カーバイト系
超硬合金製部材は、超硬工具や耐摩耗性工具等の部材と
してすでに成形されているものであワてもよく１部分的
に成形されているものであってもよく、あるいは特定の
形状に成形されていないものであってもよい、すなわち
、前記カーバイド系超硬合金製部材の形状としては特に
制限はなく、任意の形状であっても良い。

本願請求項１および２の発明における前記カーバイド系
超硬合金製部材としては、従来の超硬工具等に用いられ
るものなど各種のものを使用することができる。それら
の中でも、たとえば、Ｗ　Ｃ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−
Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＮ
−Ｃ。

系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｃｏ系などのカーバイト系
超硬合金などのＷＣとＣＯをベースとするものなどを好
適に使用することができる。

ここで、ＷＣの粒径は１通常％０．５＃Ｌｍ〜１０ＩＬ
ｍ程度の範囲内にあり、このような粒径範囲にあるＷＣ
を好適に使用することができる。

また、前記Ｃｏの含有量としては、通常、３〜３０重量
％の範囲内にある。

なお、前記例示のカーバイト系超硬合金製基材は、敬重
量％以下、好ましくは、１重量％以下の過剰炭素を含有
しているのが好ましい、この過剰炭素は、第一中間層で
ある金属炭化物皮膜を形成させる際に、炭素源として利
用することがてき。

この過剰炭素が金属炭化物皮膜へ拡散することによって
、前記金属炭化物皮膜とカーバイド系超硬合金製部材と
の結合をより強固にすることができる本発明において、前記第一中間層である炭化物被膜の形
成に使用する金属と前記第二中間層である金属被膜の形
成に使用する金属とは同じ種類である。

この金属としては、適当な原料を用いて、たとえば熱Ｃ
ＶＤ法により炭化物被膜を形成可能なものであれば特に
制限はないが１通常、チタン等の周期表ＩＶａ族の金属
、タンタル等の周期表Ｖａ族の金属、タングステン等の
Ｖｌａ族の金属およびけい素を好適に使用することがで
きる。これらの中でも、チタン、タンタル、タングステ
ンおよびけい素が好ましく、特にチタン、タングステン
、けい素が好ましい。

なお、これらの金属は、１種単独で使用してもよく、２
種以上を併用してもよい。

前記金属炭化物としては、前記金属の各種の炭化物を使
用することができるが、中でもＴｉＣ。

Ｓ　ｉ　Ｃ，ＷＣ，ＴａＣ等が好ましく、特にＴｉＣ，
ＳｉＣ，ＷＣが好ましい。

なお、これらの金属炭化物は、前記金属被膜に用いる金
属と同じ種類の金属からなるものを用いるものであれば
、１種単独で使用してもよく、２種以上を、混合物、固
溶体１組成物等として併用してもよい。

前記第二中間層である金属被膜に用いる金属は、前記炭
化物被膜に用いた金属と同じ種類のものを使用する。金
属皮膜を形成する金属は、一種単独で用いてもよく、２
種以上を併用してもよい。

本発明のダイヤモンド工具部材は１次の工程：（ａ）前
記カーバイド系超硬合金製部材の表面上に、前記金属炭
化物からなる炭化物被膜を形成する工程、（ｂ）上記の工程（ａ）に続いて、前記金属炭化物被膜
の表面上に、前記金属からなる金属被膜を形成する工程
、および。

（ｃ）前記金属被膜の面上に、気相合成法によりダイヤ
モンド膜を合成する工程、からなる方法によって製造される。

工程（ａ）において、前記金属炭化物からなる炭化物被
膜の合成に使用する原料ガスとしては、前記金属に対応
する金属源と炭素源からなる各種の化合物および／また
は混合物、あるいはこれらの混合物を使用することがで
きる。

その金属源と炭素源を共に有する化合物としては、前記
金属のメチル化物、エチル化物等のアルキル化物等をは
じめとするアルキル化物などを挙げることができ、中で
も好ましいのはトリメチルシラン等のメチル化物等であ
る。

前記金属源でありかつ分子中に炭素源を有しない化合物
（金属源化合物）としては、適当な炭素源ガスと一緒に
使用することにより前記炭化物被膜を形成することがで
きるのであれば特に制限はないが、通常、前記金属の水
素化物、塩化物、フッ化物等のハロゲン化物など、具体
的には、たとえば、四塩化チタン、シランガス、四塩化
けい素、六フッ化タングステン、六塩化タングステン、
五塩化タンタルなどを挙げることができる。

なお、これらは一種単独で用いてもよく、２種以上を併
用してもよい。

前記金属源化合物は、適当な炭素源ガスとともに使用す
るのが良い。

この炭素源ガスとしては、前記金属源化合物とともに用
いて前記炭化物被膜を形成可能なものであれｑ特に制限
はないが、通常、メタン、エタン、プロパン等の飽和炭
化水素をはじめとする炭化水素などを好適に使用するこ
とができ、特にメタンが好ましい。

また、工程（ａ）で使用する前記原料ガスは、水素等の
適当な活性ガスや不活性ガスとの混合ガス、あるいはこ
れらをキャリアーガスとして使用することができる。

この不活性ガスとしては、後記のものを使用することが
できる。

この原料ガス（反応ガス）の具体例としては、ＴｉＣか
らなる炭化物被膜を合成する場合には、たとえば、■Ｔ
　ｉ　Ｃ１ａとＣＨ，とＨ２との混合ガス、ＳｉＣから
なる炭化物被膜を合成する場合には、たとえば、＠Ｓ　
ｉ　Ｉ（４とＣＨ４あるいはＳｉ）！＜とＣＨ４とＨ２
との混合ガス、ＷＣからなる炭化物被膜を合成する場合
には、＠ＷＦｓとＣＨ４あるいはＷＦ、とＣＨａとＨ２
との混合ガスなどを好適に使用することができる。

前記炭化物被膜は８たとえば５ＣｖＤ法を採用して、前
記原料ガスを前記カーバイド系超硬合金製部材の所望の
面上に、前記キャリアーガスともに流通させるなどして
、接触・反応させることによって形成することができる
。

この熱ＣＶＤ法における、反応圧力としては、通常、　
１０−”　〜７６０丁０「「好ましくは１〜１００Ｔｏ
ｒｒの範囲内とするのが適当である０反応温度は、使用
する原料ガス（反応ガス）の種類や組成等により異なる
ので一様に規定することができないが１通常、　　１１
００〜１．２０（１℃の範囲内好ましくは、ｌ、（１（
１０±１００℃にするのが適当である。なお、原料ガス
（反応ガス）として、たとえば前記■の混合ガスを用い
る場合には、反応温度を、通常、９００〜１．１００℃
の範囲内とするのが好適である。また、この反応温度は
、工程（ｂ）における前記金属被膜の形成の際の反応温
度等を含めて、後記の様に適当な温度モードに制御する
のが良い。

前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）に引き続いて行う、
この工程（ｂ）において、前記金属被膜の金属源として
使用する原料ガスとしては、前記工程（ａ）で使用した
金属源ガスと同じ種類の金属からなり、かつ実質的に炭
素を有しない金属源を使用することができる。

ここで、工程（ａ）と工程（ｂ）を効率よく引き続いて
行う点などから、前記工程（ａ）において、金属源と炭
素源とをそれでれ別々のガスとして、これらを混合して
なる原料ガスを使用し、工程（ａ）から工程（ｂ）に引
き継ぐ際に、炭素源ガスのみの供給を止めて炭素源を実
質的に含まない金属源ガスまたは金属源ガス含有ガスに
切り替える方式が好適である。

具体的には、たとえば、工程（ａ）においては、前記■
、［相］または＠の混合ガスを用い、工程（ｂ）に引き
継ぐ際にＣＨ４の供給のみを停止する方式が好適である
。

前記金属被膜は、熱ＣＶＤ法の条件で、前記工程（ｂ）
における原料ガスを工程（ａ）で形成された炭化物被膜
の所望の面上に、前記キャリアーガスともに流通させる
などして、接触・反応させることによつて形成すること
ができる。

この工程（ｂ）のＭＣＶＤ法における、反応圧力として
は１通常、　１０−”　〜７６０Ｔｏｒｒ好ましくは１
〜１００Ｔｏｒｒの範囲内とするのが適当である０反応
温度は、使用する原料ガス（反応ガス）の種類や組成等
により異なるので一概に規定することができないが、通
常、工程（ａ）で用いる温度よりも低い温度、好ましく
は、２００℃程度低い温度とするのが適当である。この
ように、工程（ａ）より低い温度とすることによって、
金属炭化物皮膜から金属被膜へ炭素が必要以上に拡散す
るのを制限し、後に前記金属被膜の面上にダイヤモンド
膜を形成する際に、ダイヤモンド膜側から金属皮膜へと
炭素が拡散することによる部分的な金属炭化物の形成を
より有効に行うために十分な金属を前記金属被膜の表層
部に残しておくことができ、結果としてダイヤモンド膜
と前記金属被膜の結合をより有効に強化することができ
る。

なお、工程（ｂ）における反応温度は、工程（ａ）の反
応温度を含めて、さらに工程（Ｃ）を工程（ｂ）に続け
て行う場合にはこの工程（Ｃ）の反応温度を含めて、適
当なモードに制御するのが良い。

この工程（ａ）から工程（ｂ）にわたる反応温度等のモ
ードとして、たとえば、第１図に例示のように、工程（
ａ）を反応温度Ｔ、、’Ｃで行い、その後この温度で炭
素源ガスの供給のみを止めることにより工程（ｂ）を開
始し、同時に反応温度を７８１℃からこれよりたとえば
２００℃程度低いＴ。

℃まて連続的に降下させて、その後Ｔ、、”Ｃに保つて
工程（ｂ）を継続する方式、あるいはこれに準じた方式
が好適に利用することができる。なお、第１図は、工程
（ｂ）に引き続いて工程（ｃ）を行う場合の工程（ｂ）
から工程（Ｃ）にわたる反応温度の好適なモードの一例
についても示しである。すなわち、工程（ｂ）において
金属被膜の厚みを実質的に確保するまて反応温度なＴ　
−＊　’ｃに保持したのち、反応温度を１０℃から後述
のダイヤモンド膜の合成に適合した反応温度Ｔ、、”ｃ
まで上昇させ２反応源度が実質的に１１℃となったら、
原料ガスを後記のダイヤモンド膜の合成に適合したもの
に切り替え、ダイヤモンド膜合成工程すなわち工程（Ｃ
）を行う方式、あるいはこれに準じた方式を好適に採用
することがてきる。

本発明のダイヤモンド工具部材において、前記炭化物被
膜および金属被膜の厚みは、それぞれの層の界面がはり
きりしないなどの理由によって。

明確に規定することは困難なのであるが、炭化物被膜の
厚みは１通常、　０．１　＝１０ｐｍ程度、好ましくは
、０．２〜５＃Ｌ１１１程度の範囲内とするのが適当で
あり、一方、金属被膜の厚みは２通常、０．０５〜１．
５　＃Ｌｍ程度、好ましくは、０．１　Ｓ−１終ｍ程度
の範囲内とするのが適当である。

この炭化物被膜の厚みが小さすぎると、中間層の所期の
効果が奏されなくなることがあり、−方、大きすぎると
、中間層内部での強度が充分ではなくなって密着性の低
下を招くことがある。同様に、前記金属被膜の厚みが小
さすぎると、中間層の所期の効果が奏されなくなること
があり、−方、大きすぎると、中間層内部での強度が充
分ではなくなったり、前記工程（Ｃ）において前記金属
被膜の炭化を充分に行なうことができなくなったりして
密着性の低下を招くことがある。

次に、ダイヤモンド膜およびその形成工程について詳細
に説明する。

本発明のダイヤモンド工具部材は、前記工程（ｂ）によ
り形成された金属被膜の所望の面上に気相合成法により
ダイヤモンド膜を形成させることにより得ることができ
る。このダイヤモンド膜の合成工程すなわち前記工程（
ｃ）は、前記工程（ｂ）に引き続いて連続的に行うのが
、通常プロセスの効率等の点から好適であるが、必ずし
もこれに限定されるものではない。

本発明のダイヤモンド工具部材において、前記ダイヤモ
ンド膜の厚みは、前記したように前記ダイヤモンド膜と
その下地である金属被膜とのはっきりとした境界面を決
めることが困難である等の理由によって、厳密に規定す
ることができないのであるが、通常、０．１〜１００４
ｍ程度、好ましくは、０．２〜ｆｆＯｐｍ程度にするの
が適当である。

このダイヤモンド膜があまり薄いと所定の金属被膜の表
面を充分に被覆することができないことがあり、一方、
ダイヤモンド膜の厚みかあまり大きいとダイヤモンド膜
が剥離することがある。

なお、本発明においては、単にダイヤモンドと言うとき
、ダイヤモンドの他に、ダイヤモンド状炭素を一部にお
いて含有するダイヤモンド、および、ダイヤモンド状炭
素を含むものである。

前記ダイヤモンド膜の形成する際に用いる炭素源化合物
（炭素源ガス）としては、通常用いられているものなど
各種のものを使用することができる。

この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、アレン等のジオレフィン系炭化水素；シ
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、ナフタレン等の芳香族炭化
水素；アセトン、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；
このほかの含酸素炭化水素；トリメチルアミン、トリエ
チルアミン等のアミン類：このほかの含窒素炭化水素；
炭酸ガス、−酸化炭素。

過酸化炭素；さらに、単体ではないが、ガソリン等の消
防法危険物第４類、第１類、ケロシン、テレピン油、し
ょうのう油等の第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石油類も使用することがで
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、アセトン、ベンゾフェノ
ン等のケトン類、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、−酸化炭素であり、最も好ま
しいのは一酸化炭素である。

なお、これらは一種単独で用いてもよく、２種以上を混
合ガス等として併用してもよい、また、これらは、水素
等の活性ガスやヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン
、窒素等の不活性と混合して用いてもよい。

原料ガスがメタンガス（Ｃ１，）を含有する場合。

メタンガスの含有量は１モル％未満であるのが好ましい
。

また、特に−酸化炭素が好ましいのは、−酸化炭素を１
〜８０モル％という高い濃度で有する原料ガスを使用し
てダイヤモンド膜を合成することがてきるので、前記金
属被膜の表層部分からより深くまで炭化反応を有効に進
めることができ、金属被膜とダイヤモンド膜との密着性
をより向上させることができるからである。

また、好適な炭素源ガスとして一酸化炭素を使用する場
合、−酸化炭素と水素ガスとを組合わせるのが好ましい
、−酸化炭素と水素ガスとを組合わせたｊＸ料ガスによ
ると、ダイヤモンド膜の成長速度が速い（たとえば、同
一条件では、メタンと水素ガスとを組合わせた原料ガス
の場合の２〜１０倍のダイヤモンド薄膜の成長速度が得
られることがある。）。

前記−酸化炭素としては特に制限がなく、たとえば石炭
、コークス等と空気または水蒸気を熱時反応させて得ら
れる発生炉ガスや水性ガスを十分に精製したものを用い
ることがてきる。

前記水素ガスとしては、特に制限がなく、たとえば石油
類のガス化、天然ガス、水性ガス等の変成、水の電解、
鉄と水蒸気との反応１石炭の完全ガス化等により得られ
るものを十分に精製したものを用いることができる。

水素ガスと一酸化炭素との混合ガスを原料ガスとして使
用する場合、−酸化炭素ガスの含有量が１通常１〜８０
モル％、好ましくは１〜６０モル％、さらに好ましくは
１０〜６０モル％となる割合で原料ガスを調製する。

前記混合ガス中の一酸化炭素ガスの含有量が１モル％よ
りも少ないと、ダイヤモンド膜の成長速度が十分に得ら
れないことがあり、一方、−酸化炭素ガスの含有量が８
０モル％を越えると、グラファイトが析出して堆積する
ダイヤモンド膜中のダイヤモンド成分の純度が低下する
ことがある。

前記炭素源ガスもしくはこれを含有する原料ガスは、活
性化（励起）状態で、前記金属被膜の所定の面上に１通
常、適当なキャリアーガスとともに流通させるなどして
、接触・反応させて、所望の性状のダイヤモンド膜を形
成させる。

このキャリアーガスとしては、通常、前記例示の不活性
ガス、必要に応じて水素等の反応性ガスあるいはこれら
の混合ガスを使用することができる。また、このキャリ
アーガスには、所望によリ、水蒸気、酸素等の添加ガス
を含有させることもできる。

本発明において、前記ダイヤモンド膜の形成には、公知
の方法、たとえば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、ＰＣＶＤ法、
これらを組み合わせた方法等の各種のダイヤモンド膜気
相合成法を利用することができる。

これらの中でも、通常、ＥＡＣＶＤ方式を含めた各種の
熱フイラメント法、熱プラズマ法を含めた各種の直流プ
ラズマＣＶＤ法、熱プラズマ法を含めた各種の高周波プ
ラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法を含めたマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法などが好適に使用することができる。中でも、
各種プラズマＣＶＤ法などが好ましく、特にマイクロ波
プラズマＣＶＤ法が好ましい。

前記ダイヤモンド膜の形成のための反応条件としては、
特に制限はなく、前記のそれデれの気相合成法に通常用
いられる反応条件を適用することができる。

たとえば、反応圧力は１通常、　１０”’〜１０”Ｔｏ
ｒｒ、好ましくは、ＩＰ’〜１０’　Ｔｏｒｒの範囲内
とするのが適当である。この反応圧力が１０−’Ｔｏｒ
ｒよりも低いと、ダイヤモンド薄膜の形成速度が遅くな
ることがある。一方、１０’　Ｔｏｒｒより高くしても
それに相当する効果は奏されない。

反応温度（前記金属被膜の表面の温度）は、前記原料ガ
スの活性化手段等により異なるので、概に規定すること
はできないが１通常、常温〜１．２００℃、好ましくは
、６００〜ｔ、ｉｏｏ℃の範囲内とするのが適当である
。この温度が常温よりも低いと、ダイヤモンド膜の形成
が不充分となることがあり、一方、　１，７００℃を超
えると、エツチング効果が顕著になり、ダイヤモンド膜
が形成されないことがある。

反応時間はダイヤモンド膜の厚みが所望の厚みとなるよ
うにダイヤモンド膜の形成速度に応じて適宜に設定する
のが好ましい。

以上のようにして本発明のダイヤモンド工具部材を製造
することができる。

本発明のダイヤモンド工具部材は、従来のダイヤモンド
（薄）！Ｉ付き超硬合金、従来の中間層を有するダイヤ
モンド膜付き中間層型超硬合金と比べて、特にダイヤモ
ンド膜の密着性に著しく優れており、超硬工具等として
の寿命が著しく改善されており、たとえば、切削工具、
研磨工具等のバイト、ダイス、線引きダイス、カッター
、エンドミル、タップ、ゲージ、ボンディングツールの
ヘッド等の超硬工具や耐摩耗性工具等の高い硬度や耐摩
耗性を要求される種々の工具類の部材等として好適に利
用することができる。

［実施例］（実施例１〜６および比較例１〜５）基材として、過剰炭素を含有するＷ　Ｃ−Ｃ。

系のカーバイド系超硬合金製工具部材（Ｃｏ：１０重量
％；残りはＷＣおよび過剰炭素であり、炭素含量はＷＣ
中のものを含めて５．１重量％：工具形状：　５ＰＧＮ
　４２１／ラウンドホーニング、Ｒ閣０．０５■朧；旧
Ｐ処理品）を用い、その面上に第１図に示す温度および
原料ガスの供給モードを用いて、下記示す条件により、
順次、炭化物被膜、金属被膜、ダイヤモンド膜を合成し
、所望のダイヤモンド被覆部材のサンプルを製造した。

■炭化物被膜合成工程［工程（ａ）］および金属被膜合
成工程［工程（ｂ）］　：反応温度を第１図に示すモード［Ｔ　、、＝　ｉ、ｏｏ
。

（”Ｃ）、Ｔ、＊−８００℃　、Ｔ、３＝９００℃］に
し。

熱ＣＶＤ法により炭化物被膜、金属被膜を順次に合成し
た。

原料ガスとしては工程（ａ）では、第１表に示す金属源
ガス（５容量％）とメタン（５容量％）と水素（９０容
量％）の混合ガスを用い、工程（ｂ）ではメタンの供給
のみをストップした。

なお、原料ガスの供給流量は両工程共に１．０００ｓｃ
ｃｍとした。

各工程の反応時間および得られたそれぞれの膜の膜厚、
金属被膜の炭化率は、第１表に示す、なお、炭化物被膜
および金属被膜の成膜速度は、それでれ、４終ｍ／ｈｒ
程度および２終ｍ　／　ｈ　ｒ程度であった。

■ダイヤモンド膜の合成工程［工程（Ｃ）］：反応温度
をＴ　、　ｓ　−９００＜　”ｃ　）とし、マイクロ波
ＰＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜を合成した。

原料ガスとしては、−酸化炭素（２０ｖｏｌりと水素と
の混合ガスを用い、供給全流量は１００゜Ｃ，とじた。

反応時間および得られた膜の膜厚および分析結果は、第
１表に示す。

ダイヤモンド膜につきラマンスペクトルによる成分分析
を行なったところ、いずれもダイヤモンド状炭素を一部
含有しているものの、　１３３３ｃ■−１にシャープな
ピークをもつ結晶性の良好なダイヤモンド膜であること
が確認された。

なお、成膜速度は、１６８μｍ／ｈｒ程度てあ）た。

上記で得られたそれぞれのサンプルを旋盤の切削刃とし
て用い、下記の条件で切削テストを行い、性能評価を行
った。

被切削材としてＳｉを８重量％の割合て含有するアルミ
合金を用い、これを切削線速度６００ｓ／ｓｉｎ、送り
　０．２ｍｍ／ｒｅｖ　、切込み０．２−　　の条件に
て旋盤加工し、この加工時および加工後のダイヤモンド
膜の摩耗または剥離状態等をａｎｔ。

た。

結果を第１表に示す。

なお、第１表中の切削時間の欄に示すｘ印は、刃先のダ
イヤモンド膜が摩耗または剥離して下地の金属被膜が見
えた状態を示し、Ｑ印は下地が見えない状態を表し、下
地が見えた時を工具の寿命が尽きた時と判定した。

第１表の結果から、本発明のダイヤモンド工具部材が従
来のダイヤモンド工具部材と比べて寿命が著しく改善さ
れていることがわかる。これは、本発明のダイヤモンド
工具部材のダイヤモンド膜の密着性が著しく優れている
ことによるものである。

（以下余白）［発明の効果］本発明によると、基材であるカーバイド系超硬合金製部
材とダイヤモンド膜の間に特定の中間層を設けているの
で、各層間が強固に結合しており、ダイヤモンド膜の密
着性に優れ、超硬工具や耐摩耗性工具等の高い硬度と耐
摩耗性を要求される工具類やその部材等として使用した
ときに寿命等の耐久性に著しく優れたダイヤモンド部材
およびその製造法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明のダイヤモンド工具部材の製造工程に
好適に用いられる１バッチ方式による反応ダイアグラム
（反応温度および原料ガスの供給モード）の−例な略示
したグラフである。図中の縦軸は、反応温度（実線）および供給原料ガス中
の炭素源ガスの濃度（−点鎖線）を任意単位で示すもの
であり、横軸は、反応時間を示す、また、ｒ、、、　Ｔ
ｊｌｌ　Ｔ１１３は１反応源度（”Ｃ）を表わす。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）カーバイド系超硬合金製部材の表面に、金属炭化
物からなる第一中間層および前記金属炭化物におけるの
と同じ金属で形成された第二中間層を介して、ダイヤモ
ンド層が形成されてなることを特徴とするダイヤモンド
工具部材。
（２）前記金属は、周期表IVａ族、Ｖａ族およびVIａ族
の金属並びにけい素の中から選ばれる少なくとも一種以
上の金属である請求項１に記載のダイヤモンド工具部材
。
（３）カーバイド系超硬合金製部材の表面に金属炭化物
からなる第一中間層を形成した後に、前記第一中間層の
表面に前記金属炭化物におけるのと同じ金属からなる第
二中間層を形成し、前記第二中間層の表面にダイヤモン
ド膜を気相合成法により形成してなることを特徴とする
ダイヤモンド工具部材の製造方法。
（４）前記金属が、周期表IVａ族、Ｖａ族およびVIａ族
の金属並びにけい素の中から選ばれる少なくとも一種以
上の金属である請求項３に記載のダイヤモンド工具部材
。