JPH04157177A - コーティング膜の製造方法およびコーティング膜の製造装置 - Google Patents

コーティング膜の製造方法およびコーティング膜の製造装置

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JPH04157177A JP2278229A JP27822990A JPH04157177A JP H04157177 A JPH04157177 A JP H04157177A JP 2278229 A JP2278229 A JP 2278229A JP 27822990 A JP27822990 A JP 27822990A JP H04157177 A JPH04157177 A JP H04157177A
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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】 ［概要］ ダイヤモンド気相合成膜のコーティング技術に関し、 制御か容易で高品質の密着性のよいダイヤモンド膜を形
成する製造技術を提供することを目的とし、 溶射材とダイヤモンドの混合層を形成する工程を含むコ
ーティング膜の製造方法であって、溶射用のプラズマト
ーチでプラズマ溶射を行ない、同時にＣＶＤ用のプラズ
マトーチでプラズマでＣＶＤを行なって基板上に混合層
を形成する工程を含むように構成する。
［産業上の利用分野］ 本発明は、コーティング技術に関し、特にダイヤモンド
気相合成膜のコーティング技術に関する。
ダイヤモンドは、ビッカース硬度１００００と地球上で
最も硬い材料であり、ヤング率、熱伝導率も高く、耐摩
耗性、化学的安定性にも優れている。このような優れた
性質のため、ダイヤモンドはバルク材料として、また被
覆材料として種々の用途か期待されている。たとえば、
ダイヤモンド膜は、耐摩耗性コーティング、スピーカの
振動板、光学部品の透明コーティング等への応用か期待
されている。
［従来の技術］ ダイヤモンドの合成方法として、高温・高圧下でのダイ
ヤモンド合成の他、近年、気相化学反応法（ＣＶＤ）に
よるダイヤモンド膜の合成が研究されている。
たとえば、Ｈ２で希釈したＣＨａガスのプラズマＣＶＤ
により、ダイヤモンド膜を化学気相成長させる技術が提
案されている。プラズマＣＶＤ中のプラズマにより、Ｈ
２か励起されて活性なＨ原子か生成され、グラファイト
、非晶質カホーン等のダイヤモンド以外の炭素堆積物を
除去し、ダイヤモンドのみを残すことによってダイヤモ
ンドＣＶＤ膜か成長できる。
ところか、気相合成ダイヤモンド膜は、その密着力が極
めて小さいという性質を一般的に有する。
ダイヤモンドの核発生密度を増やしたり、炭化物等の中
間層を設けたりして密着性の改善を計ろうとする試みか
なされているか、十分な成果は得られていなかった。
本発明者らは、ダイヤモンドの高速気相合成法であるＤ
ＣプラズマジェットＣＶＤ法（特開昭６４−３３０９６
号参照）を発展させ、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法で
ダイヤモンド合成時にプラズマ中に金属やセラミックス
の粉末を供給することにより、ダイヤモンドを含む溶射
膜を形成させる方法を提案した（特開平２−２２４７１
号）。
この方法で、溶射膜とダイヤモンド膜の間に溶射材とダ
イヤモンドからなる中間層を形成することにより、高い
密着力を得ることに成功している。
第８図に、この溶射材とダイヤモンドの混合層を形成す
ることのできるコーティング膜の製造装置を示す。
アノード１がカソード２を取囲んで、その間に合成用ガ
ス等のためガス通路３を形成している。
また、アノード１とカソード２の間には、直流電源４が
接続される。ガス通路３に、たとえばダイヤモンド合成
用のＨ２ガスとＣＨａガスの混合ガス等のプラズマ形成
ガスを供給し、アノード１とカソード２の間に直流電圧
を印加してＤＣ放電を行なわせると、プラズマが形成さ
れる０図中アノード１の先端部に粉末供給用のノズル５
が形成されており、溶射用の粉末を含むキャリアガス６
がノズル５から供給される。溶射用粉末はプラズマ中で
溶融し、基板７の表面に飛来し、固化して溶射膜を形成
する。
ガス通路３にＡｒ等の不活性ガスを供給し、ノズル５か
ら溶射用粉末を供給すると、基板の上に溶射膜を形成す
ることかできる。ノズル５から粉末を供給せず、ガス通
路３にダイヤモンド合成用ガスを供給すると、基板上に
ダイヤモンド膜を形成することかできる。また、ガス通
路３にダイヤモンド合成用ガスを供給すると共に、ノズ
ル５に溶射用粉末を供給すると、溶射とダイヤモンド気
相合成とか同時に行なわれ、溶射材とダイヤモンドの混
合膜が基板上に形成できる。
たとえば、基板７の上にまず、基板と同一材料ないしは
馴染みの良い材料からなる溶射膜８を形成し、溶射材と
ダイヤモンドの混合膜９をその上に形成し、ダイヤモン
ド気相合成１１１０をその土に形成する。
このような積層構造とすることにより、たとえば基板７
とダイヤモンド膜１０とが熱伝導率の大きく異なるもの
であっても、ダイヤモンド膜ｌＯを基板７上に密着性よ
く形成することが可能となる。
「発明が解決しようとする課題ｊ しかしながら、第８図を参照して説明した従来の方法に
よれば、以下のような問題が生じる。
（１）．溶射とダイヤモンド合成の条件を別個に制御し
くい。
（２）．混合膜の形成時には、溶射粉末が水素を主成分
とするプラズマ中で溶融するなめ、水素の影響を受ける
。
（３）．ＤＣアーク放電のため、電極材が膜中に混入し
てしまう。
（４）．ＤＣアーク放電のため、放電が安定でない。
（５）．ダイヤモンドの製膜速度はあまり早くできない
が、それに合せて溶射粉末の微量供給を行なうことが雛
しい。
このような課題を解決することが望まれている。
本発明の目的は、上述の問題点の少なくとも１つを解決
し、制御が容易で高品質の密着性のよいダイヤモンド膜
を形成する製造技術を提供することである。
１課題を解決するための手段］ 本発明のコーティング膜の製造方法は、溶射材とダイヤ
モンドの混合層を形成する工程を含むコーティング膜の
製造方法であって、溶射用のプラズマトーチでプラズマ
溶射を行ない、同時にＣＶＤ用のプラズマトーチでプラ
ズマＣＶＤを行なって基板上に混合層を形成する工程を
含むことを特徴とする４ また、本発明のコーティング膜の製造方法は、溶射材と
ダイヤモンドの混合層を形成する工程を含むコーティン
グ膜の製造方法であって、１つのプラズマトーチでＲＦ
放電、レーザブレイクダウン放電のいずれかによってプ
ラズマを発生させ、プラズマ溶射とプラズマＣＶＤを行
なって混合層を形成する工程を含むことを特徴とする。
また、本発明のコーティング膜の製造方法は、溶射材と
ダイヤモンドの混合層を形成する工程を含むコーティン
グ膜の製造方法であって、溶射材をワイヤの形態でプラ
ズマ中に供給しながらプラズマ溶射しつつ、混合層を形
成する工程を含むことを特徴とする。
［作用］ 溶射とダイヤモンド合成の条件が別個に制御しにくかっ
たこと、および溶射材が水素の影響を受は易かったこと
は、ダイヤモンド合成用のトーチで、しかも・ダイヤモ
ンドの合成条件下で溶射することか原因である。この課
題は、ダイヤモンド合成用のトーチと溶射用のトーチと
を別々とし、それぞれに適した条件でＣＶＤ、溶射を行
なうことで解決される。
電極材が膜中に混入してしまう課題は、ＤＣ放電を利用
するため、電極材が消費されることが原因である。　Ｒ
Ｆ　（高周波）放電や集光された大出力レーザで気体を
ＫＭさせ、プラズマ化させるレーザブレイクダウン放電
等の無ｔ　％放電により、高温プラズマを発生させるこ
とによって解決できる。
また、これらの放電はＤＣ放電に比べて安定なため、放
電が不安定である課題も同時に解決することができる。
なお、これらの方法を溶射およびダイヤモンド合成の少
なくとも一方に用いることにより、その効果を得ること
ができる。
ダイヤモンドの製膜速度に合わせた溶射材の微量供給か
難しい課題は、微量粉末の供給装置がないことが原因で
ある。粉末の代わりにワイヤを用いることにより、ワイ
ヤ径を細くシ、供給速度を遅くすることにより、ダイヤ
モンド気相合成の製膜速度に合わせな溶射材の微量供給
が可能となる。
［実施例］ まず、本発明の実施例の主たる！９１１を以下の表に示
す。
なお、ＤＣプラズマトーチは、構造か簡単で安価である
、大出力化か容易である、プラズマの流速を早くするこ
とができ、トーチと基板を離すことかできる等の長所を
有する。
ＲＦプラズマトーチは、不純物の混入を防止でき、放電
安定性がよい等の長所を有する。
また、レーザブレイクダウンプラズマトーチは、不純物
の混入を防止できる、放電安定性がよい、成膜の制御性
がよい等の長所を有する。
一方、ＤＣプラズマトーチは、Ｗ等の電極材が膜中に混
入してしまい、放電安定性か十分高いとは言えない。
ＲＦプラズマトーチは、プラズマ流速が遅く、基板から
長く離すことができず、ダイヤモンドＣＶＤをＲＦプラ
ズマトーチで行なうと、別のトーチを用いて溶射を行な
うことは困難である。
また、レーザブレイクダウントーチはコストが高くなり
、大出力化が難しい。
目的に応じてこれらの方法を適宜選択して用いることか
できる。
たとえば、別々のトーチを用いる態様は、ダイヤモンド
合成用トーチとしては、ＤＣプラズマまたはレーザブレ
イクダウンプラズマを用い、溶射用トーチは、ＤＣプラ
ズマ、ＲＦプラズマ、レーザブレイクダウンプラズマの
いずれかを用い、溶射材供給は、粉末またはワイヤで行
なうものであり、これらにより１２通りの組合わせがで
きる。
このように、表全体としては、１７通りの組合わせか示
されている。
以下、主な実施例について説明する。
第１図は、本発明の実施例による２つのトーチを用いる
コーティング膜の製を説明するための概略図である。
排気装置に接続された減圧チャンバ（図示せず）内に、
２つのトーチＴＩ、Ｔ２が配置されている。
第１のトーチＴ１は、ダイヤモンド合成用であり、第２
のトーチＴ２は溶射用である。これらのトーチは、それ
ぞれアノード１４．１５およびカソード１２．１３を有
し、その間にＤＣ電源２２．２３が接続されている。ア
ノード１４．１５とカン−ド１２．１３の間には、ガス
通路１８．１９が形成されている。また、アノード１４
．１５を取囲むように、外側部材１６．１７が配置され
、ガス通路２０．２１か形成されている。第１のトーチ
Ｔ１においては、アノード１４とカソード１２との間と
、アノード１４と外側部材１６との間に別個にガス通路
が形成され、たとえば、それぞれＨ２ガスとＣＨａガス
を供給する０、ｔな、第２のトーチＴ２においては、た
とえば、カソード１３とアノード１５との間のガス通路
１９に、プラズマ形成ガス（たとえばＡｒ）を流し、ア
ノード１５と外側部材１７との間のガス通＃Ｉ２１には
キャリアガスに搬送させた溶射材粉末を流す。
第１のトーチＴ１においては、カソード１２とアノード
１４の間にＤＣｒｊｈ圧を印加し、内側のガス通路１８
にＨ２ガスを供給し、外側のガス通路２０にＣＨａガス
を供給することにより、ダイヤモンド合成を行なうこと
かできる。
第２のトーチＴ２においては、ガス通路１９にプラズマ
形成ガスとしてＡｒガスを供給し、外側のガス通路２１
にキャリアガスＡｒに混入した溶射用粉末を供給するこ
とにより、溶射材の溶射を行なうことかできる。なお、
図中２４．２５は形成されるプラズマジェットを示す。
ダイヤモンド合成用トーチＴ１および溶射膜形成用トー
チＴ２を別個に制御し、基板７上にまず、溶射膜８を形
成し、続いて溶射／ダイヤモンド混合層９を形成し、そ
の上にダイヤモンドＭ１０を形成する。
溶射用に専用のトーチＴ２を用いるため、ダイヤモンド
合成とは別に溶射に適した条件を選択できる。また、溶
射用のプラズマガスを自由に選べるので、水素による影
響を押さえることができる。
第１図に示した２つのＤＣ放電トーチを持つ装置で、Ｔ
ｉ基板上にＴｉ溶射膜、Ｔｉ／ダイヤモンド混合膜を中
間層としてダイヤモンド膜を成膜した。基板は２０Ｘ２
０ｘ５園のＴｉ板で、成膜中の基板温度は約９００℃、
圧力は５０　Ｔｏｒｒであった。Ｔｉ溶射条件は、Ａｒ
流量ｆｏＲ／ｍｉｎ、出力３ｋＷ、Ｔｉ粉末の平均粒径
５μｍ、溶射速度５〜２０μｍ／ｍｉｎであった。ダイ
ヤモンドの合成条件は、水素ガス流量５０４２／ｍｉｎ
、メタンガス流量１ｊｉ／ｍｉｎ、出力５ｋＷであった
。
この条件でのダイヤモンド成膜速度は、約１μｍ／ｍｉ
ｎであった。成膜の手順は、まず基板をトーチから十分
能しておいて、両方のトーチを点火し、安定状態に設定
する。この際、溶射速度は２０μｍ／ｍｉｎになるよう
に溶射粉末の供給量を制御する１次に、基板を所定の位
置に移動させ、成膜を開始した。５分成膜後、５分かけ
て溶射速度を除々に下げ、５μｍ／ｍｉｎとした。これ
以下の溶射速度は制御置敷であったなめ、溶射粉末の供
給をオン／オフ制御し、平均としての溶射速度を低下さ
せた。′Ｉｋ後に溶射粉末供給を停止し、ダイヤモンド
成膜のみを約１００分行なった。
第６図に、このようにして製造された積層補遺を概略的
に示す。
Ｔｉ基材５０の上に、溶射Ｔｉ層５１が成膜され、その
上にＴｉ／ダイヤモンド傾斜組成混合層５２が形成され
、その上にダイヤモンド層５３が形成されている。
第６図のような構成を有する成膜後の試料を検査を以下
のように行なった。試料断面をＸ線回折で調べると共に
、５００℃に加熱したのち水冷させ、熱衝撃を与える試
験を行なった。断面の微少部Ｘ線回折の結果、溶射Ｔｉ
層５１からはＴｉの　　。
他には僅かにＴｉＣが検出された。混合層５２からは、
Ｔｉ−Ｔｉｃ、ダイヤモンドか検出された。
また、ダイヤモンド層５３からはダイヤモンドのみか検
出された。このように、溶射膜、混合層、気相合成層共
に極めて純度の優れた層が形成できた。また、熱衝撃試
験は３回繰返したが、膜の剥離や割れは起きなかった。
このように密着性のよいことも判明した。
なお、第１図に示す実施例によるコーティング膜の製造
を、第８図に示す従来の技術によるコーティング膜の製
造と比較するため、第８図の製造装置を用いて第６区間
等の層構成を形成した。このように形成した試料につい
て、上記同様の試験を行ない、断面をＸｆ＆回折で調べ
ると共に、５０Ｏ′Ｃに加熱した後水冷させる熱衝撃試
験を行なった。
断面の微少部Ｘ線回折の結果、Ｔｉ層５１からはＴｉは
僅かに検出されるたけで、はとんどはＴｉＣとなってい
た。また、熱衝撃試験では、１回でダイヤモンド膜が割
れてしまい、部分的には剥離か起きてしまった。」］離
後の試料を観察したところ、剥離はＴｉ基材５０とＴｉ
７ｇＪ１を膜５１との間で起きていた。
従来の技術による剥離の原因は、水素／メタンプラズマ
中にＴｉ粉末を供給するためにＴｉがＴｉＣとなってし
まい、Ｔｉ基材５０と溶射層５１との間に熱膨張係数の
段差か生じてしまったこと、水素吸収による脆化により
、溶射層の靭性が低下したこと等のためと思われる。な
お、この比較試験により、上述の実施例の有意性が明ら
かとなった。
第２図は、本発明の他の実施例によるＲＦ放電を利用し
た溶射／ダイヤモンド膜形成を説明する概略図である。
ＲＦコイル３０は、ＲＦトーチ用骨管２６外周上に巻回
されている。ＲＦ）−−チ用管２６には、プラズマガス
供給用のガス導入口３２および溶射粉末を搬送するキャ
リアガスを供給するためのガス導入口３３か設けられて
いる。ＲＦコイル３０にＲＦ発振器３１からＲＦ電力を
供給することにより、ＲＦトーチ用管２６内にプラズマ
３４を形成することかできる。このようにして、ＲＦプ
ラズマトーチＴ３が形成されている。ｉ板７は、基板ホ
ルダ３７の上に載置され、その上に溶射膜８、溶射／ダ
イヤモンド混合層９、ダイヤモンド層１０等の膜を形成
する。
たとえばプラズマガスとしてＡｒをベースに水素とメタ
ンを混合したガスを用い、溶射層パウダーガスとして溶
射粉末含むＡｒガスを供給して、溶射／ダイヤモンド混
合層を形成する。
第２図に示した製造装置を用いて、ＲＦ放電によりプラ
ズマを形成し、ＳｉＣ基板上にＳｉＣを中間層としてダ
イヤモンドの成膜を試な、基板は１０Ｘ１０Ｘ３＋＋ｍ
のＳｉＣ板、溶射粒子は平均粒径１μｍのＳｉＣ，溶射
速度は１０〜２μｍ／ｍｉｎ、ガス流量Ａｒ２０ｊｌ／
ｍｉｎ、水素５Ｒ／ｍｉｎ、メタン０．３Ｊ２／ｍｉ　
ｎ、ＲＦ出力２０ｋＷ、基板温度は９５０℃であった。
溶射速度２０μｍ／ｍｉｎでＳｉＣを１０分間溶射した
後、除々に粉末供給速度を落し、］ｌ後にダイヤモンド
のみを成長し、ダイヤモンド膜を厚さ約２０００μｍ成
膜した。
この膜を質量分析器（ＳＩＭＳ）で元素分析したところ
、溶射層からはＳｔ、Ｃ，Ｈの他に微量のＢか検出され
た。ダイヤモンド膜からは、Ｃ１Ｈの他にわずかにＳｉ
が検出された。
Ｗ電極を備え、ＤＣ放電を用いる従来の技術により、同
様の実験を行なったところ、溶射膜、ダイヤモンド膜共
に電極材料であるＷが少なからず検出された。
従来の技術と比べ、上述の実施例により高純度の溶射膜
およびダイヤモンド膜を成膜できることが判明した。
第３図は、レーザブレイクダウンを利用した他の実施例
によるコーティング膜の製造を説明するための概略図で
ある。
大出力ＣＯ２レーザからのレーザ光３８は、集光レンズ
３つによって集光される。集光されるレーザ光を取囲む
ロート状の壁４０には、プラズマガス供給口４０ａか設
けられている。また、集束する壁４０の先端はノズル４
２を形成し、ここから加熱膨張したプラズマ４３を噴射
する。このノズル４２の近傍にパウダーガス供給口４１
が配置されており、溶射粉末とキャリアガスとの混合物
を噴射する。このようにして、トーチＴ３が形成される
。
基板７は基板ホルダ３７の上に載置され、ノズル４２の
下方に配置される。この基板７の上に、溶射／ダイヤモ
ンド混合層等を形成する。
プラズマガス供給口４０ａから、プラズマガスとして水
素とメタンの混合ガスを供給し、プラズマＣＶＤを行な
い、パウダーガス供給口４１からパウダーガスとして溶
射粉末を含むＡｒガスを供給して溶射を行なって、溶射
膜８、混合膜９、ダイヤセンド１ｌ１１０等を形成する
。
第４図は、レーザブレイクダウントーチに溶射材の供給
装置として、ワイヤ供給装置を組合わせた構成を示す。
集光レンズ３９、壁４０、プラズマガス供給口４０ａ、
ノズル４２、基板ホルタ３７は、第３図のものと同等で
ある。ノズル４２の下方にパラターガス供給口の代わり
に、ワイヤ供給装置４４が設けられている。すなわち、
溶射材のワイヤ４６は、ワイヤロール４９に巻かれてお
り、送りローラ４８に送られてワイヤガイド４７からノ
ズル４２下方に供給される。落射材のワイヤ４６の径を
細くし、送り速度を遅くすれば溶射材の供給速度はいく
らでも低下させることができる。この方法ではプラズマ
の安定性が悪いと、溶射速度が変動してしまうか、安定
性の高いプラズマを用いることにより、安定した溶射を
行なうことができる。
レーザブレイクダウン法は、特にプラズマの安定性に優
れ、しかもアークが小さくできるため、制御性良く溶射
膜を形成することができる。
第４図に示す装置を用い、Ｍｏ基板上にＮｂＣを中間層
としてダイヤモンドの成膜を試みた。
レーザとして、ガスフロー型ＣＯ２レーザを用い、発振
波長１０２６μｍのレーザ光３８を得た。
なお、レーザ光３８の出力は２ｋＷとしな０ＭＯＭｏ基
板０Ｘ２０Ｘ１ｗの板、溶射ワイヤは０゜１關φのＮｂ
ワイヤ、ガス流量は水素１０９／ｍｉｎ、メタン０．２
Ｒ／ｍｉｎ、基板温度は８００℃であった。溶射速度は
Ｎｂワイヤの送り速度によって決定され、１ｃｍ／ｍｉ
ｎとした。成膜は、まずワイヤ送り速度２０ｃｍ／ｍｉ
ｎの溶射を３０分続けた後、６０分かけてワイヤ送り速
度を除々に下げて零にし、ワイヤによる溶射を停止した
。さらに、ダイヤモンド膜を５０分成膜した。
成膜後に試料の断面をＳＩＭＳにより、点分析、線分析
を行ない、不純物の混入の有無、傾斜組成の様子を調べ
た１点分析の結果、溶射膜からはＮｂ−（、Ｈが、ダイ
ヤモンド膜からはＣ，Ｈが検出され、Ｈ以外の不純物の
混入かないことがわかつた。
線分析の結果を第７図に示す。
Ｍｏ基板の領域においては、Ｍｏのみが検出され、Ｎｂ
Ｃ溶射層の領域では、一定の比率でＮｂとＣとか検出さ
れ、ＮｂＣ／ダイヤモンド傾斜組成混合層では、Ｎｂが
除々に減少し、Ｃが除々に増大し、ダイヤモンド層にお
いてはＣが一定強度で検出されることか望ましい。
比較のため、ＤＣ放電と粉末溶射技術により同様の構成
の溶射／ダイヤモンド膜を形成した。この比較技術によ
る試料の線分析の結果を第９図に示す、望ましい測定特
性は、第７図に対して説明したものと同等である。第７
図と第９図とを比較すると、上述の実施例による成膜方
法の場合、成分の制御が極めて精度高く行なえることが
明らかであろう。
第５図に、レーザブレイクダウンＣＶＤと、レーザブレ
イクダウンワイヤ溶射とを組合わせたダブルトーチ型成
膜装置を概略的に示す。
２つのレーザ発振器５４．５５をそれぞれ溶射用、ＣＶ
Ｄ用に用いる。各レーザ５４．５５がら発するレーザ光
５６．５７を集光レンズ５８．５９で集光し、ノズル６
０．６１からプラズマジェット６６．６７を噴射させる
。溶射用ノズル６０の下方にはワイヤ供給装置４４から
溶射ワイヤ４６が供給されている。ノズル６０．６１は
、排気系７２に接続された減圧チャンバ７１内に配置さ
れており、基板ホルダ３７上に載置された基板７上に溶
射膜、ＣＶＤ膜を堆積する。なお、所望のガスを供給す
ることのできるガス供給装置７３が、ガス導管６２．６
３を介して、溶射系、ＣＶＤ系にそれぞれ接続されてい
る。
レーザ発振器としてガスフロー型Ｃｏ２レーザを用い、
レーザ光として発振波長１０．６μｍ、出力２ｋＷのレ
ーザ光を得な、２つのプラズマジェットが、独立に基板
に対する距離を制御できるように、レンズおよびノズル
はベローズ６４．６５により、それぞれ上下に位置を調
整できるように構成されている。
第５図に示す装置を用いて、Ｍｏ基板の上にＭ０を溶射
中間層としてダイヤモンド膜を形成し、さらにその上に
銅を溶射する実験を行なった。基板は２０　Ｘ　２’　
ＯＸ　２市のＭｏ板、溶射ワイヤは０゜１市φのＭｏと
０．１市φの銅ワイヤを用いた。
溶射トーチの条件はガス流量はＡｒ５Ｒ／ｍｉｎ、レー
ザ出力はＭＯの場合２ｋＷ、Ｃｕの場合１ｋＷとした。
ダイヤモンド合成用トーチの条件は、ガス流量は水素１
０４１／ｍｉｎ、メタン０．４９／ｍｉｎ、レーザ出力
２ｋＷ、成膜速度は３μｍ／ｍｉｎであった。また、圧
力は１００　Ｔｏｒｒ、基板温度は８００℃であった。
基板上にまず、Ｍｏ／ダイヤモンド傾斜組成層を厚さ約
３０μｍ成膜した後、ダイヤモンド膜を約２００μｍ成
膜した。その上に、ダイヤモンド／　Ｃｕ傾斜組成層を
厚さ約２０μｍ成膜した後、最後にＣｕを厚さ約５０μ
ｍ溶射した。このようにして作成した試料の断面を微小
部Ｘ線回折およびＳＩＭＳで調べた。また、試料の表面
を研磨し、銅製の引張り試験用治具をロウ付けし、密着
力を測定した。微小部Ｘ線回折による断面の分析の結果
、Ｍ　ｏ　／′ダイヤモンド傾斜組成層からはＭＯとダ
イヤモンドの他にＭｏＣが僅かに検出されたのみてあっ
た。ダイヤモンド／　Ｃｕ　ｔＪ、組紐成層からは、ダ
イヤモンドとＣｕか検出された。
ＳＩＭＳ分析では、ＭＯｌＣ，Ｃｕ、Ｈ以外には何も検
出されなかった。また、引張り試験では約１０００　ｋ
　ｇ　／　ｃ　ｍ　２でロウ付は部が剥離してしまった
。
従来のＤＣ放電のシングルトーチで作成した同様の構成
の成膜構造の場合、ｘ！！回折から溶射ＭＯ層は大部分
かＭｏＣとなっている二とが認められた。また、ＳＩＭ
Ｓ分析からはＭ　ｏ　、　Ｃ、ＨｌＣｕの他に電極材で
あるＷか検出された。また、引張り試験では３００　ｋ
　ｇ　／　ｃ　ｍ　２でＣｕとダイヤモンドの間に剥離
が生じた。
このように、２つのレーザブレイクダウントーチを用い
て、ダイヤモンドＣＶＤと溶射とを行なうことにより、
極めて強固なダイヤモンド膜を成膜することか可能とな
る。
以上説明したダイヤモンドコーティングは、たとえば工
具や摺動部材のコーティングやヒートシンクの絶縁コー
ティング等として利用できる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良５組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。
［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、ダイヤモンド合
成用トーチと溶射用トーチを別々にして、溶射膜とダイ
ヤモンド膜を形成することにより、溶射膜、ダイヤモン
ド膜をそれぞれ好適な条件で作成することができる。
また、溶射用トーチを別個に用いることにより、溶射用
プラズマを不活性なものとすることができ、水素、炭素
等が溶射粒子に影響を与えることを防止することができ
る。このため溶射材の変質や強度低下を防止することが
できる。
また、ＲＦ放電やレーサブレイクダウンを用いて、プラ
ズマを形成し、溶射膜、ダイヤモンド膜を形成すること
により、電極の消耗による電極材の混入を防止し、不純
物を低下することができる。これにより、溶射膜、ダイ
ヤモンド膜の純度を向上することかできる。
また、溶射材をワイヤとしてプラズマ中に供給すること
により、低い溶射速度での制御性を高めることができ、
溶射／ダイヤモンド傾斜組成混合層の傾斜組成をスムー
ズに変化させることができる。これにより、溶射／ダイ
ヤモンド傾斜組成混合層の再現性、信頼性を向上させる
ことかできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例によるダブルＤＣプラズマト
ーチを持つ成膜装置を概略的に示す断面図、 第２図は、本発明の他の実施例によるＲＦプラズマトー
チを持つ成膜装置を概略的に示す断面図、第３図は、本
発明の他の実施例によるレーザブレイクダウンプラズマ
トーチを持つ成膜装置を概略的に示す断面図、 第４図は、本発明の他の実施例によるレーザブレイクダ
ウンプラズマトーチとワイヤ供給装置を持つ成膜装置を
概略的に示す断面図、 第５図は、本発明の他の実施例によるダブルレーサブレ
イクタウングラズマトーチとワイヤ供給装置を持つ成膜
装置を概略的に示す断面図、第６図は、製作される成ａ
ｍ造の例を示す断面図、 第７図は、第５図の成膜装置を用いて作成した積層構造
例の試料の測定結果を示すグラフ、第８図は、従来の技
術による成膜装置の構造を概略的に示す断面図、 第９図は、第８図の成膜装置を用いて作成した積層構造
例の試料の測定結果を示すグラフである。 図において、 Ｔ　　　　　　トーチ ３０　　　　　　ＲＦコイル ３８　　　　　レーザ光 ４４　　　　　ワイヤ供給装置 ４６　　　　　溶射材ワイヤ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成する工程
    を含むコーティング膜の製造方法であって、溶射用のプ
    ラズマトーチ（Ｔ２）でプラズマ溶射を行ない、同時に
    ＣＶＤ用のプラズマトーチ（Ｔ１）でプラズマＣＶＤを
    行なって基板（７）上に前記混合層（９）を形成する工
    程を含むことを特徴とするコーティング膜の製造方法。
  2. （２）．請求項１記載のコーティング膜の製造方法であ
    って、前記プラズマ溶射はＤＣ放電、ＲＦ放電、レーザ
    ブレイクダウン放電の少なくとも１つを用いてプラズマ
    を発生させて行なわれ、前記プラズマＣＶＤはＤＣ放電
    、レーザブレイクダウン放電の少なくとも１つを用いて
    プラズマを発生させて行なわれるコーティング膜の製造
    方法。
  3. （３）．請求項２記載のコーティング膜の製造方法であ
    って、前記プラズマ溶射はＲＦ放電、レーザブレイクダ
    ウン放電の少なくとも１つを用いてプラズマを発生させ
    て行なわれ、前記プラズマＣＶＤはレーザブレイクダウ
    ン放電を用いて行なわれるコーティング膜の製造方法。
  4. （４）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成する工程
    を含むコーティング膜の製造方法であって、１つのプラ
    ズマトーチ（Ｔ３）でＲＦ放電、レーザブレイクダウン
    放電のいずれかによってプラズマを発生させ、プラズマ
    溶射とプラズマＣＶＤを行なって前記混合層（９）を形
    成する工程 を含むことを特徴とするコーティング膜の製造方法。
  5. （５）．請求項１〜４のいずれかに記載のコーティング
    膜の製造方法であって、前記プラズマ溶射は溶射材をワ
    イヤ（４６）の形態で供給しながら行なうコーティング
    膜の製造方法。
  6. （６）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成する工程
    を含むコーティング膜の製造方法であって、溶射材をワ
    イヤ（４６）の形態でプラズマ中に供給しなからプラズ
    マ溶射しつつ、前記混合層（９）を形成する工程を含む
    ことを特徴とするコーティング膜の製造方法。
  7. （７）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成すること
    のできるコーティング膜の製造装置であって、排気装置
    に接続された減圧チャンバ（７１）と、 前記減圧チャンバ内に配置され、ガス供給手段を含み、
    ダイヤモンドの気相合成を行なうことのできる第１のプ
    ラズマトーチ（Ｔ１）と、前記減圧チャンバ内に配置さ
    れ、溶射材供給手段を含み、溶射が可能な第２のプラズ
    マトーチ（Ｔ２）と、 前記減圧チャンバ内に配置された被処理基板固定台（３
    ７）と を有するコーティング膜の製造装置。
  8. （８）．請求項７記載のコーティング膜の製造装置であ
    って、前記第１のプラズマトーチはＤＣ放電、レーザブ
    レイクダウン放電の少なくとも１つを用いてプラズマを
    発生することのできるプラズマトーチであり、前記第２
    のプラズマトーチはＤＣ放電、ＲＦ放電、レーザブレイ
    クダウン放電の少なくとも１つを用いてプラズマを発生
    することのできるプラズマトーチであるコーティング膜
    の製造装置。
  9. （９）．請求項８記載のコーティング膜の製造装置であ
    って、前記第１のプラズマトーチはレーザブレイクダウ
    ン放電を用いてプラズマを発生することのできるプラズ
    マトーチであり、前記第２のプラズマトーチはＲＦ放電
    、レーザブレイクダウン放電の少なくとも１つを用いて
    プラズマを発生することのできるプラズマトーチである
    コーティング膜の製造装置。
  10. （１０）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成するこ
    とのできるコーティング膜の製造装置であって、 排気装置に接続された減圧チャンバ（７１）と、 前記減圧チャンバ内に配置され、ガス供給手段と溶射材
    供給手段を有し、ＲＦ放電、レーザブレイクダウン放電
    のいずれかによってプラズマを発生させ、ダイヤモンド
    の気相合成と溶射材の溶射を行なうことのできるプラズ
    マトーチ（Ｔ３）と を有するコーティング膜の製造装置。
  11. （１１）．請求項７〜１０のいずれかに記載のコーティ
    ング膜の製造装置であって、前記溶射材供給手段はワイ
    ヤの形態の溶射材を供給するワイヤ供給装置（４４）で
    ある コーティング膜の製造装置。
  12. （１２）．溶射材とダイヤモンドの混合層を形成するこ
    とのできるコーティング膜の製造装置であって、 排気装置に接続された減圧チャンバ（７１）と、 前記減圧チャンバ内に配置され、ガス供給手段と溶射材
    をワイヤの形態で供給することのできる溶射材供給手段
    （４４）を有し、ダイヤモンドの気相合成と溶射材の溶
    射を行なうことのできるプラズマトーチと を有するコーティング膜の製造装置。
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