JPH04214869A - Ｃｖｄダイヤモンドで被覆された環状製品およびそれの製造方法 - Google Patents
Ｃｖｄダイヤモンドで被覆された環状製品およびそれの製造方法Info
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- JPH04214869A JPH04214869A JP3015945A JP1594591A JPH04214869A JP H04214869 A JPH04214869 A JP H04214869A JP 3015945 A JP3015945 A JP 3015945A JP 1594591 A JP1594591 A JP 1594591A JP H04214869 A JPH04214869 A JP H04214869A
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- 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
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
- C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は使用時に環状内面が摩耗条件に
暴露されるような環状製品に関するものであって、更に
詳しく言えば、かかる環状内面の耐摩耗性を改善するこ
とにある。
暴露されるような環状製品に関するものであって、更に
詳しく言えば、かかる環状内面の耐摩耗性を改善するこ
とにある。
【０００２】各種の工業製品においてダイヤモンドが有
用である理由は、硬さおよび熱的性質をはじめとするそ
れの有利な特性に由来している。初期には、様々な研摩
用途において天然ダイヤモンドが使用されていた。しか
るに、ダイヤモンドが熱的に安定な炭素相となるような
条件下で触媒／焼結助剤を用いて実施される高圧高温（
ＨＰ／ＨＴ）技術によってダイヤモンドを合成すること
が可能になると、その他各種の製品が市場に出回るよう
になった。更にまた、通例は円柱状または環状の炭化タ
ングステン支持体上に支持された多結晶質ダイヤモンド
成形体の出現により、ダイヤモンド製品の種類は一層豊
富なものになった。とは言え、高圧および高温の要求条
件はたとえば製品の形態に制約を加えていた。
用である理由は、硬さおよび熱的性質をはじめとするそ
れの有利な特性に由来している。初期には、様々な研摩
用途において天然ダイヤモンドが使用されていた。しか
るに、ダイヤモンドが熱的に安定な炭素相となるような
条件下で触媒／焼結助剤を用いて実施される高圧高温（
ＨＰ／ＨＴ）技術によってダイヤモンドを合成すること
が可能になると、その他各種の製品が市場に出回るよう
になった。更にまた、通例は円柱状または環状の炭化タ
ングステン支持体上に支持された多結晶質ダイヤモンド
成形体の出現により、ダイヤモンド製品の種類は一層豊
富なものになった。とは言え、高圧および高温の要求条
件はたとえば製品の形態に制約を加えていた。
【０００３】最近に至り、ダイヤモンドが準安定状態に
あるような低圧下でダイヤモンドを成長させようとする
工業的な努力が劇的に増大した。低圧合成技術によって
ダイヤモンドを生成させ得ることは数十年間にわたって
知られていたが、極めて遅い成長速度をはじめとする欠
点の存在のため、この技術が商業的に広く受入れられる
には至らなかった。近年の研究成果はより早い成長速度
を可能にし、それによってこの分野に対する工業的な関
心に拍車をかけた。更にまた、「ダイヤモンド様」の炭
素および炭化水素として知られる全く新しい種類の固体
の発見もかかる最近の研究成果の１つである。
あるような低圧下でダイヤモンドを成長させようとする
工業的な努力が劇的に増大した。低圧合成技術によって
ダイヤモンドを生成させ得ることは数十年間にわたって
知られていたが、極めて遅い成長速度をはじめとする欠
点の存在のため、この技術が商業的に広く受入れられる
には至らなかった。近年の研究成果はより早い成長速度
を可能にし、それによってこの分野に対する工業的な関
心に拍車をかけた。更にまた、「ダイヤモンド様」の炭
素および炭化水素として知られる全く新しい種類の固体
の発見もかかる最近の研究成果の１つである。
【０００４】ダイヤモンドの低圧成長技術は、当業界に
おいて「化学蒸着法」または「ＣＶＤ法」と呼ばれてい
る。文献中には、主として２種のＣＶＤ法が好んで使用
されている。第１のＣＶＤ法は炭化水素（通例はメタン
）と水素との希薄混合ガスを使用するものであって、こ
の場合の炭化水素含量は全容積流量の約０．１〜２．５
％の範囲内にあるのが通例である。かかる混合ガスは約
１７５０〜２１５０℃の範囲内の温度にまで電気的に加
熱された高温のタングステンフィラメントの直ぐ上方に
配置された石英管を通して導入される。混合ガスがフィ
ラメントの表面で解離する結果、高温のタングステンフ
ィラメントの直ぐ下方に配置された加熱基体上にはダイ
ヤモンドが析出する。基体は（通例はモリブデン製の）
抵抗加熱ボート内に保持され、そして約５００〜１１０
０℃の範囲内の温度に加熱される。
おいて「化学蒸着法」または「ＣＶＤ法」と呼ばれてい
る。文献中には、主として２種のＣＶＤ法が好んで使用
されている。第１のＣＶＤ法は炭化水素（通例はメタン
）と水素との希薄混合ガスを使用するものであって、こ
の場合の炭化水素含量は全容積流量の約０．１〜２．５
％の範囲内にあるのが通例である。かかる混合ガスは約
１７５０〜２１５０℃の範囲内の温度にまで電気的に加
熱された高温のタングステンフィラメントの直ぐ上方に
配置された石英管を通して導入される。混合ガスがフィ
ラメントの表面で解離する結果、高温のタングステンフ
ィラメントの直ぐ下方に配置された加熱基体上にはダイ
ヤモンドが析出する。基体は（通例はモリブデン製の）
抵抗加熱ボート内に保持され、そして約５００〜１１０
０℃の範囲内の温度に加熱される。
【０００５】第２のＣＶＤ法は、上記のごときフィラメ
ント活性化法にプラズマ放電を付加したものである。か
かるプラズマ放電は核生成密度および成長速度を増大さ
せるために役立ち、従って離散状態のダイヤモンド粒子
ではなくダイヤモンドフィルムの形成を促進するものと
信じられている。かかる目的のために使用されてきたプ
ラズマ活性化法には、基本的に３つの方式がある。第１
のものはマイクロ波プラズマ方式、第２のものは（誘導
結合型または容量結合型の）高周波プラズマ方式、そし
て第３のものは直流プラズマ方式である。高周波プラズ
マ方式およびマイクロ波プラズマ方式は割合に複雑で高
価な装置を使用するものであって、発生されたプラズマ
に電気エネルギーを電気的に結合するための同調または
整合回路網が必要とされるのが通例である。更にまた、
これら２つの方式において得られるダイヤモンド成長速
度はかなり遅い場合がある。
ント活性化法にプラズマ放電を付加したものである。か
かるプラズマ放電は核生成密度および成長速度を増大さ
せるために役立ち、従って離散状態のダイヤモンド粒子
ではなくダイヤモンドフィルムの形成を促進するものと
信じられている。かかる目的のために使用されてきたプ
ラズマ活性化法には、基本的に３つの方式がある。第１
のものはマイクロ波プラズマ方式、第２のものは（誘導
結合型または容量結合型の）高周波プラズマ方式、そし
て第３のものは直流プラズマ方式である。高周波プラズ
マ方式およびマイクロ波プラズマ方式は割合に複雑で高
価な装置を使用するものであって、発生されたプラズマ
に電気エネルギーを電気的に結合するための同調または
整合回路網が必要とされるのが通例である。更にまた、
これら２つの方式において得られるダイヤモンド成長速
度はかなり遅い場合がある。
【０００６】ＣＶＤ法の分野において報告された顕著な
進歩にもかかわらず、上記のごとき方法の多くは１つの
問題に悩まされてきた。それは基体に対するダイヤモン
ドの密着性の問題である。特に基体を冷却した場合、Ｃ
ＶＤダイヤモンド層が基体から剥がれ落ちることは稀で
ない。ダイヤモンドと基体との間における熱膨張率の差
はしばしば層間応力をもたらし、その結果としてスポー
リングの発生が避けられないのである。
進歩にもかかわらず、上記のごとき方法の多くは１つの
問題に悩まされてきた。それは基体に対するダイヤモン
ドの密着性の問題である。特に基体を冷却した場合、Ｃ
ＶＤダイヤモンド層が基体から剥がれ落ちることは稀で
ない。ダイヤモンドと基体との間における熱膨張率の差
はしばしば層間応力をもたらし、その結果としてスポー
リングの発生が避けられないのである。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、本来、噴霧ノズル、弁、イン
ゼクタなどのごとき流れ制御部品の耐摩耗性を改善しよ
うとする試みの結果として達成されたものである。それ
に続いて、本発明は環状内面が摩耗条件に暴露されるよ
うなその他各種の環状製品（たとえば、線引きダイス）
にも拡張された。意外にも、本発明に係わる研究の結果
として、基体とＣＶＤダイヤモンド層との間における熱
膨張率の差が（基体からのダイヤモンド層の剥落ではな
く）基体によるダイヤモンド層の保持を実質的に助ける
ような製品形態の存在することが理解された。すなわち
、一般的に述べれば、本発明は環状体の環状内面の耐摩
耗性を改善するための方法に関する。かかる方法は、（
ａ） 高いＣＶＤダイヤモンド生成温度に加熱された環
状体を減圧下に保持された反応室内に配置し、（ｂ）
前記反応室内に炭化水素−水素混合ガスを供給し、（ｃ
） 前記反応室内において前記混合ガスを少なくとも部
分的に分解し、次いで（ｄ） 少なくとも部分的に分解
された前記混合ガスを加熱された前記環状体の環状内面
に導いて前記環状内面上にダイヤモンドの析出および成
長を生起させる諸工程から成ることを特徴とするもので
ある。上記の通り、本発明の原理を適用するのに適した
理想的な対象物は、噴霧ノズル、弁、インゼクタ、線引
きダイスなどのごとき環状製品である。
ゼクタなどのごとき流れ制御部品の耐摩耗性を改善しよ
うとする試みの結果として達成されたものである。それ
に続いて、本発明は環状内面が摩耗条件に暴露されるよ
うなその他各種の環状製品（たとえば、線引きダイス）
にも拡張された。意外にも、本発明に係わる研究の結果
として、基体とＣＶＤダイヤモンド層との間における熱
膨張率の差が（基体からのダイヤモンド層の剥落ではな
く）基体によるダイヤモンド層の保持を実質的に助ける
ような製品形態の存在することが理解された。すなわち
、一般的に述べれば、本発明は環状体の環状内面の耐摩
耗性を改善するための方法に関する。かかる方法は、（
ａ） 高いＣＶＤダイヤモンド生成温度に加熱された環
状体を減圧下に保持された反応室内に配置し、（ｂ）
前記反応室内に炭化水素−水素混合ガスを供給し、（ｃ
） 前記反応室内において前記混合ガスを少なくとも部
分的に分解し、次いで（ｄ） 少なくとも部分的に分解
された前記混合ガスを加熱された前記環状体の環状内面
に導いて前記環状内面上にダイヤモンドの析出および成
長を生起させる諸工程から成ることを特徴とするもので
ある。上記の通り、本発明の原理を適用するのに適した
理想的な対象物は、噴霧ノズル、弁、インゼクタ、線引
きダイスなどのごとき環状製品である。
【０００８】上記のごとき方法に従って製造された環状
製品が本発明のもう１つの側面を成している。かかる環
状製品は、環状内面の少なくとも一部がＣＶＤ法によっ
て形成されたＣＶＤダイヤモンド層で被覆されているよ
うな環状体から成っている。環状内面を被覆するＣＶＤ
ダイヤモンド層は、環状体とＣＶＤダイヤモンド層との
間における熱膨張率の差によって圧縮状態に置かれる。 かかる熱的な「不整合」がＣＶＤダイヤモンド層の保持
に役立つのである。この場合、ＣＶＤダイヤモンド層の
耐摩耗性に基づき、改善された耐摩耗性を有する環状製
品が得られることになる。なお、環状製品の外面はＣＶ
Ｄダイヤモンド層で被覆されている必要はないが、被覆
されていても差支えはない。
製品が本発明のもう１つの側面を成している。かかる環
状製品は、環状内面の少なくとも一部がＣＶＤ法によっ
て形成されたＣＶＤダイヤモンド層で被覆されているよ
うな環状体から成っている。環状内面を被覆するＣＶＤ
ダイヤモンド層は、環状体とＣＶＤダイヤモンド層との
間における熱膨張率の差によって圧縮状態に置かれる。 かかる熱的な「不整合」がＣＶＤダイヤモンド層の保持
に役立つのである。この場合、ＣＶＤダイヤモンド層の
耐摩耗性に基づき、改善された耐摩耗性を有する環状製
品が得られることになる。なお、環状製品の外面はＣＶ
Ｄダイヤモンド層で被覆されている必要はないが、被覆
されていても差支えはない。
【０００９】本発明の利点の１つは、環状製品の耐摩耗
性を改善するために該環状製品の内面をダイヤモンド層
で被覆し得ることである。もう１つの利点は、環状内面
が円筒形以外の幾何学的形状を有する場合でも環状製品
の環状内面を被覆し得ることである。更にもう１つの利
点は、本発明の製品形態の場合、環状製品を構成する材
料間における熱膨張率の差が環状体による内部のダイヤ
モンド層の保持を助けるということである。上記および
その他の利点は、以下の説明を読むことによって当業者
には一層容易に理解されよう。
性を改善するために該環状製品の内面をダイヤモンド層
で被覆し得ることである。もう１つの利点は、環状内面
が円筒形以外の幾何学的形状を有する場合でも環状製品
の環状内面を被覆し得ることである。更にもう１つの利
点は、本発明の製品形態の場合、環状製品を構成する材
料間における熱膨張率の差が環状体による内部のダイヤ
モンド層の保持を助けるということである。上記および
その他の利点は、以下の説明を読むことによって当業者
には一層容易に理解されよう。
【００１０】
【発明の詳細】ダイヤモンドの耐摩耗性は公知であって
、各種の形態を有する製品（たとえば、環状の多結晶質
ダイヤモンドを含む線引きダイス）において利用されて
きた。それ故、環状体の内面をダイヤモンド層で被覆す
ることができれば、かかる内面の耐摩耗性は顕著に改善
されるはずである。高圧／高温技術によって多結晶質ダ
イヤモンド成形体を作製し、そして噴霧ノズルのごとき
流れ制御部品の内部にその成形体を挿入することも可能
であるが、かかる製造技術に制約があることは自明であ
ろう。本発明に係わる研究の過程における意外な発見は
、本明細書中に開示される製品形態においては、ＣＶＤ
ダイヤモンド層のスポーリングの原因の１つ（すなわち
、熱膨張率の不整合）を積極的な利益に転換し得ること
であった。ここで言う「環状体」とは、円筒形またはそ
の他の形状（たとえば、八角形、六角形などの形状）を
有する完全な（３６０°の）環状体を含むばかりでなく
、部分的な環状体（たとえば、２７０°または３／４
の円筒形を成す環状体）をも含むものである。すなわち
、蒸着されたＣＶＤダイヤモンド層に対して圧縮力を及
ぼすのに十分な凹面状の内面が存在する限りは、改善さ
れた耐摩耗性を有する有用な積層製品が得られるのであ
る。
、各種の形態を有する製品（たとえば、環状の多結晶質
ダイヤモンドを含む線引きダイス）において利用されて
きた。それ故、環状体の内面をダイヤモンド層で被覆す
ることができれば、かかる内面の耐摩耗性は顕著に改善
されるはずである。高圧／高温技術によって多結晶質ダ
イヤモンド成形体を作製し、そして噴霧ノズルのごとき
流れ制御部品の内部にその成形体を挿入することも可能
であるが、かかる製造技術に制約があることは自明であ
ろう。本発明に係わる研究の過程における意外な発見は
、本明細書中に開示される製品形態においては、ＣＶＤ
ダイヤモンド層のスポーリングの原因の１つ（すなわち
、熱膨張率の不整合）を積極的な利益に転換し得ること
であった。ここで言う「環状体」とは、円筒形またはそ
の他の形状（たとえば、八角形、六角形などの形状）を
有する完全な（３６０°の）環状体を含むばかりでなく
、部分的な環状体（たとえば、２７０°または３／４
の円筒形を成す環状体）をも含むものである。すなわち
、蒸着されたＣＶＤダイヤモンド層に対して圧縮力を及
ぼすのに十分な凹面状の内面が存在する限りは、改善さ
れた耐摩耗性を有する有用な積層製品が得られるのであ
る。
【００１１】本発明において有用な従来のＣＶＤ法につ
いて述べれば、先ず最初に、炭化水素−水素混合ガスが
ＣＶＤ反応器内に供給される。炭素源を成す炭化水素と
しては、メタン、エタンおよびプロパンのごときメタン
系炭化水素や、エチレン、アセチレン、シクロヘキセン
およびベンゼンのごとき不飽和炭化水素などが挙げられ
る。とは言え、メタンが好適である。炭化水素と水素と
のモル比は約１：１０から約１：１０００までの広い範
囲にわたって変化し得るが、約１：１００であることが
好ましい。所望ならば、このような混合ガスを不活性ガ
ス（たとえば、アルゴン）で希釈することもできる。か
かる混合ガスは、当業界において公知の様々な方法によ
って少なくとも部分的に熱分解される。かかる方法の一
例は、一般にタングステン、モリブデン、タンタルまた
はそれらの合金から成る高温のフィラメントを使用する
というものである。この方法は米国特許第４７０７３８
４号明細書中に記載されている。
いて述べれば、先ず最初に、炭化水素−水素混合ガスが
ＣＶＤ反応器内に供給される。炭素源を成す炭化水素と
しては、メタン、エタンおよびプロパンのごときメタン
系炭化水素や、エチレン、アセチレン、シクロヘキセン
およびベンゼンのごとき不飽和炭化水素などが挙げられ
る。とは言え、メタンが好適である。炭化水素と水素と
のモル比は約１：１０から約１：１０００までの広い範
囲にわたって変化し得るが、約１：１００であることが
好ましい。所望ならば、このような混合ガスを不活性ガ
ス（たとえば、アルゴン）で希釈することもできる。か
かる混合ガスは、当業界において公知の様々な方法によ
って少なくとも部分的に熱分解される。かかる方法の一
例は、一般にタングステン、モリブデン、タンタルまた
はそれらの合金から成る高温のフィラメントを使用する
というものである。この方法は米国特許第４７０７３８
４号明細書中に記載されている。
【００１２】混合ガスの部分的分解はまた、米国特許第
４７４９５８７、４７６７６０８および４８３０７０２
号明細書中に記載のごとく、直流放電または高周波の使
用によって発生されたプラズマの助けを借りて行うこと
もできる。また、米国特許第４４３４１８８号明細書中
に記載のごとく、同様な目的のためにマイクロ波を使用
することもできる。更にまた、米国特許第４７４０２６
３号明細書中に記載のごとく、ＣＶＤ法の実施に際して
基体を電子で衝撃することもできる。
４７４９５８７、４７６７６０８および４８３０７０２
号明細書中に記載のごとく、直流放電または高周波の使
用によって発生されたプラズマの助けを借りて行うこと
もできる。また、米国特許第４４３４１８８号明細書中
に記載のごとく、同様な目的のためにマイクロ波を使用
することもできる。更にまた、米国特許第４７４０２６
３号明細書中に記載のごとく、ＣＶＤ法の実施に際して
基体を電子で衝撃することもできる。
【００１３】部分的に分解された混合ガスを発生させる
ために使用する方法にかかわりなく、基体は通例約５０
０〜１１００℃の範囲内にある高いＣＶＤダイヤモンド
生成温度に維持される。なお、ダイヤモンド生成速度を
最大にして結晶粒度を最小にするためには、約８５０〜
９５０℃の範囲内の温度を使用することが好ましい。ま
た、約０．０１〜１０００Ｔｏｒｒ（好都合なのは約１
００〜８００Ｔｏｒｒ）の範囲内の圧力を使用し得るこ
とが知られているが、減圧の使用が好ましい。ＣＶＤ法
に関する詳細はまた、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）
第２４１巻（１９８８年８月１９日）の９１３〜９２１
頁に収載されたアンガス（Ａｎｇｕｓ） 等の論文「低
圧下におけるダイヤモンド相および『ダイヤモンド様』
相の準安定成長」、並びにケミカル・エンジニアリング
・ニューズ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ Ｎｅｗｓ） （１９８９年５月１５日）の２４〜３
９頁に収載されたバックマン（Ｂａｃｈｍａｎｎ）等の
論文「ダイヤモンド薄膜」中に見出すことができる。
ために使用する方法にかかわりなく、基体は通例約５０
０〜１１００℃の範囲内にある高いＣＶＤダイヤモンド
生成温度に維持される。なお、ダイヤモンド生成速度を
最大にして結晶粒度を最小にするためには、約８５０〜
９５０℃の範囲内の温度を使用することが好ましい。ま
た、約０．０１〜１０００Ｔｏｒｒ（好都合なのは約１
００〜８００Ｔｏｒｒ）の範囲内の圧力を使用し得るこ
とが知られているが、減圧の使用が好ましい。ＣＶＤ法
に関する詳細はまた、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）
第２４１巻（１９８８年８月１９日）の９１３〜９２１
頁に収載されたアンガス（Ａｎｇｕｓ） 等の論文「低
圧下におけるダイヤモンド相および『ダイヤモンド様』
相の準安定成長」、並びにケミカル・エンジニアリング
・ニューズ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ Ｎｅｗｓ） （１９８９年５月１５日）の２４〜３
９頁に収載されたバックマン（Ｂａｃｈｍａｎｎ）等の
論文「ダイヤモンド薄膜」中に見出すことができる。
【００１４】環状体について述べれば、必然的にそれの
構成材料は使用するＣＶＤ法によって要求される高いＣ
ＶＤダイヤモンド生成温度において安定でなければなら
ないことが理解されよう。それ故、適当な基体材料の実
例としては、金属（たとえば、タングステン、モリブデ
ン、ケイ素および白金）、合金、セラミック（たとえば
、炭化ケイ素、窒化ホウ素および窒化アルミニウム）、
ガラスおよび炭素が挙げられる。また、ＣＶＤ法の実施
中に蒸着されたダイヤモンド層が破砕する恐れを低減さ
せるため、環状基体の熱膨張率はダイヤモンドの熱膨張
率に比べて過度に大きくてはならないことも理解されよ
う。ＣＶＤ法においては高い温度が使用されるから、安
定な環状基体の多くは本発明の実施にとって適当な熱膨
張率を有するものと考えられる。なお、設置されるＣＶ
Ｄダイヤモンド層は約１〜５０μｍの範囲内の厚さを有
することが多いが、通例は１０〜２０μｍの範囲内の厚
さを有している。
構成材料は使用するＣＶＤ法によって要求される高いＣ
ＶＤダイヤモンド生成温度において安定でなければなら
ないことが理解されよう。それ故、適当な基体材料の実
例としては、金属（たとえば、タングステン、モリブデ
ン、ケイ素および白金）、合金、セラミック（たとえば
、炭化ケイ素、窒化ホウ素および窒化アルミニウム）、
ガラスおよび炭素が挙げられる。また、ＣＶＤ法の実施
中に蒸着されたダイヤモンド層が破砕する恐れを低減さ
せるため、環状基体の熱膨張率はダイヤモンドの熱膨張
率に比べて過度に大きくてはならないことも理解されよ
う。ＣＶＤ法においては高い温度が使用されるから、安
定な環状基体の多くは本発明の実施にとって適当な熱膨
張率を有するものと考えられる。なお、設置されるＣＶ
Ｄダイヤモンド層は約１〜５０μｍの範囲内の厚さを有
することが多いが、通例は１０〜２０μｍの範囲内の厚
さを有している。
【００１５】ＣＶＤ法の実施に際しては、ダイヤモンド
の成長は露出面上において起こるばかりでなく、（流れ
制御部品の一部を構成する）穴の内面およびその他の凹
面上においても起こる。なお、加工物の所望の部位のみ
においてダイヤモンドの選択的な析出および成長が起こ
るように混合ガスを導くこともできる。十分な量のダイ
ヤモンドが析出した後、基体の温度を常温にまで低下さ
せることによってダイヤモンドの成長が停止される。そ
の結果、ダイヤモンドの熱膨張率は金属またはその他の
環状基体材料の熱膨張率よりも遥かに小さいため、ダイ
ヤモンド層と基体との間には応力が生じる。多くの場合
、ダイヤモンド層は表面からひとりでに剥がれ落ちる。 しかるに、穴の内面またはその他の凹面上に存在するダ
イヤモンド層中には圧縮力が生じる結果、かかるダイヤ
モンド層は収縮によって実質的に強化され、従って健全
な状態に保持されることになる。この区域は、最大の噴
流速度および圧力降下が起こる結果として最大の摩耗を
受ける部分を成すことが多い。ダイヤモンドは現在知ら
れている最も硬い物質であるから、この区域はダイヤモ
ンドで被覆することが最も望ましい部分でもある。 同じことは、たとえば環状の線引きダイスを製造する場
合にも当てはまる。
の成長は露出面上において起こるばかりでなく、（流れ
制御部品の一部を構成する）穴の内面およびその他の凹
面上においても起こる。なお、加工物の所望の部位のみ
においてダイヤモンドの選択的な析出および成長が起こ
るように混合ガスを導くこともできる。十分な量のダイ
ヤモンドが析出した後、基体の温度を常温にまで低下さ
せることによってダイヤモンドの成長が停止される。そ
の結果、ダイヤモンドの熱膨張率は金属またはその他の
環状基体材料の熱膨張率よりも遥かに小さいため、ダイ
ヤモンド層と基体との間には応力が生じる。多くの場合
、ダイヤモンド層は表面からひとりでに剥がれ落ちる。 しかるに、穴の内面またはその他の凹面上に存在するダ
イヤモンド層中には圧縮力が生じる結果、かかるダイヤ
モンド層は収縮によって実質的に強化され、従って健全
な状態に保持されることになる。この区域は、最大の噴
流速度および圧力降下が起こる結果として最大の摩耗を
受ける部分を成すことが多い。ダイヤモンドは現在知ら
れている最も硬い物質であるから、この区域はダイヤモ
ンドで被覆することが最も望ましい部分でもある。 同じことは、たとえば環状の線引きダイスを製造する場
合にも当てはまる。
【００１６】更に詳しく述べれば、ダイヤモンドで被覆
されたノズルは摩耗が重大な問題となるような用途にお
いて特に有用である。ここで言う「摩耗」には、摩擦作
用、化学作用またはそれらの組合せに由来するものが含
まれる。とは言え、本発明は噴霧用の部品のみに限定さ
れるわけではなく、ノズル、供給口、流量制御弁、押出
ダイライナ、プレス型ライナ、サンドブラストライナ、
射出ライナなどのごとき任意の流れ制御部品にも容易に
拡張することができる。前述のごとく、十分な凹面状の
内面を有する「環状体」または「環状構造物」でありさ
えすれば、本発明の原理に従ってそれらの内面をＣＶＤ
ダイヤモンド層で被覆することができるのである。
されたノズルは摩耗が重大な問題となるような用途にお
いて特に有用である。ここで言う「摩耗」には、摩擦作
用、化学作用またはそれらの組合せに由来するものが含
まれる。とは言え、本発明は噴霧用の部品のみに限定さ
れるわけではなく、ノズル、供給口、流量制御弁、押出
ダイライナ、プレス型ライナ、サンドブラストライナ、
射出ライナなどのごとき任意の流れ制御部品にも容易に
拡張することができる。前述のごとく、十分な凹面状の
内面を有する「環状体」または「環状構造物」でありさ
えすれば、本発明の原理に従ってそれらの内面をＣＶＤ
ダイヤモンド層で被覆することができるのである。
【００１７】本発明の実施方法を例示するため以下に実
施例を示すが、これらの実施例は限定的なものと解すべ
きでない。これらの実施例中においては、特に記載のな
い限り、混合ガスに関する百分率はいずれもモル百分率
であり、また全ての単位はメートル法に基づいている。
施例を示すが、これらの実施例は限定的なものと解すべ
きでない。これらの実施例中においては、特に記載のな
い限り、混合ガスに関する百分率はいずれもモル百分率
であり、また全ての単位はメートル法に基づいている。
【００１８】
【実施例】試験片として、単一開口型石炭スラリー燃料
ノズル用のモリブデン製噴霧チップを作製した。このチ
ップは３．９９ｍｍ（０．１５７インチ）の直径および
１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）の厚さを有する円板
から成っていて、それの中心部には直径０．３８１ｍｍ
（０．０１５インチ）の穴が放電加工によって形成され
ていた。１％のメタンおよび９９％の水素から成りかつ
１０ｍｍＨｇの圧力を有する雰囲気中において、このチ
ップをタングステンフィラメントから１．５ｃｍだけ上
方に吊下げた。直径２０ミルのタングステンフィラメン
トに２９アンペアの電流を流すことにより、光高温計で
測定して約２５００℃の温度が達成された。
ノズル用のモリブデン製噴霧チップを作製した。このチ
ップは３．９９ｍｍ（０．１５７インチ）の直径および
１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）の厚さを有する円板
から成っていて、それの中心部には直径０．３８１ｍｍ
（０．０１５インチ）の穴が放電加工によって形成され
ていた。１％のメタンおよび９９％の水素から成りかつ
１０ｍｍＨｇの圧力を有する雰囲気中において、このチ
ップをタングステンフィラメントから１．５ｃｍだけ上
方に吊下げた。直径２０ミルのタングステンフィラメン
トに２９アンペアの電流を流すことにより、光高温計で
測定して約２５００℃の温度が達成された。
【００１９】上記のごとき系を２５時間にわたって定常
状態に維持し、次いで常温にまで急冷した。かかる急冷
操作の結果、チップの露出面からはダイヤモンドが速や
かにかつひとりでに剥がれ落ちたが、円筒形の壁面を構
成する穴の内面からは剥がれ落ちなかった。その結果、
円筒形の壁面上には０．５〜１．０ミルの範囲内の厚さ
を有するダイヤモンド被膜が得られた。
状態に維持し、次いで常温にまで急冷した。かかる急冷
操作の結果、チップの露出面からはダイヤモンドが速や
かにかつひとりでに剥がれ落ちたが、円筒形の壁面を構
成する穴の内面からは剥がれ落ちなかった。その結果、
円筒形の壁面上には０．５〜１．０ミルの範囲内の厚さ
を有するダイヤモンド被膜が得られた。
Claims (15)
- 【請求項１】 （ａ） 高いＣＶＤダイヤモンド生成
温度に加熱された環状体を反応室内に配置し、（ｂ）
前記反応室内に炭化水素−水素混合ガスを供給し、（ｃ
） 前記反応室内において前記混合ガスを少なくとも部
分的に分解し、次いで（ｄ） 少なくとも部分的に分解
された前記混合ガスを加熱された前記環状体の環状内面
に導いて前記環状内面上にダイヤモンドの析出および成
長を生起させる諸工程から成ることを特徴とする、環状
体の環状内面の耐摩耗性を改善する方法。 - 【請求項２】 前記混合ガス中における炭化水素と水
素とのモル比が約１：１０〜１：１０００の範囲内にあ
る請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記混合ガスが不活性ガスを追加含有
する請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記圧力が約０．０１〜１０００Ｔｏ
ｒｒの範囲内にある請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記圧力が約１００〜８００Ｔｏｒｒ
の範囲内にある請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記環状体が約５００〜１１００℃の
範囲内の温度に加熱される請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記環状体が約８５０〜９５０℃の範
囲内の温度に加熱される請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記混合ガス中の前記炭化水素がメタ
ンである請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 タングステン、モリブデン、タンタル
またはそれらの合金から成りかつ約１５００〜２８００
℃の範囲内の温度に保持されたフィラメントによって前
記混合ガスが少なくとも部分的に分解される請求項１記
載の方法。 - 【請求項１０】 前記環状体が金属、合金、セラミッ
ク、ガラスまたは炭素から作製されたものである請求項
１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記環状内面が約１〜５０μｍの範
囲内の厚さを有するダイヤモンド層で被覆される請求項
１記載の方法。 - 【請求項１２】 化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形
成されたダイヤモンド層で環状体の内面を少なくとも部
分的に被覆して成り、かつ前記ダイヤモンド層が圧縮状
態にあることを特徴とする環状製品。 - 【請求項１３】 前記ダイヤモンド層が約１〜５０μ
ｍの範囲内の厚さを有する請求項１２記載の環状製品。 - 【請求項１４】 前記環状体が前記化学蒸着法の実施
に際して約５００〜１００℃の範囲内の温度に加熱され
る請求項１２記載の環状製品。 - 【請求項１５】 前記環状体が金属、合金、セラミッ
ク、ガラスまたは炭素から作製されたものである請求項
１２記載の環状製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US46481890A | 1990-01-16 | 1990-01-16 | |
| US464818 | 1990-01-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04214869A true JPH04214869A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=23845357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3015945A Withdrawn JPH04214869A (ja) | 1990-01-16 | 1991-01-14 | Ｃｖｄダイヤモンドで被覆された環状製品およびそれの製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5508071A (ja) |
| EP (1) | EP0437830B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04214869A (ja) |
| KR (1) | KR910014542A (ja) |
| AT (1) | ATE115649T1 (ja) |
| CA (1) | CA2031098A1 (ja) |
| DE (1) | DE69015146T2 (ja) |
| IE (1) | IE66256B1 (ja) |
| ZA (1) | ZA9121B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0625398U (ja) * | 1992-08-07 | 1994-04-05 | 住友電装株式会社 | Ｃｖｄダイヤモンド被覆を具えたガイドリング |
| JPH07238483A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-12 | Osaka Diamond Ind Co Ltd | 線条体用ガイド |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2087765A1 (en) * | 1992-02-07 | 1993-08-08 | David E. Slutz | Method for producing uniform cylindrical tubes of cvd diamond |
| CA2090371A1 (en) * | 1992-03-27 | 1993-09-28 | William Frank Banholzer | Water jet mixing tubes used in water jet cutting devices and method of preparation thereof |
| US5551277A (en) * | 1994-09-23 | 1996-09-03 | General Electric Company | Annular diamond bodies |
| US5890279A (en) * | 1996-05-13 | 1999-04-06 | Tenryu Technics Co., Ltd. | Abutment member with a diamond film for use in electronic component placement apparatus |
| US6071597A (en) * | 1997-08-28 | 2000-06-06 | 3M Innovative Properties Company | Flexible circuits and carriers and process for manufacture |
| US6459043B1 (en) | 2001-03-29 | 2002-10-01 | 3M Innovative Properties Company | Flexible circuit with electrostatic damage limiting feature and method of manufacture |
| US6815620B2 (en) | 2001-03-29 | 2004-11-09 | 3M Innovative Properties Company | Flexible circuit with electrostatic damage limiting feature |
| US6995954B1 (en) | 2001-07-13 | 2006-02-07 | Magnecomp Corporation | ESD protected suspension interconnect |
| FR2850116A1 (fr) * | 2002-12-02 | 2004-07-23 | Alesages Diamant Carbure Adc | Reacteur pour la synthese de diamant assistee par plasma micro-onde et filieres de trefilage traitees dans un tel reacteur |
| US7489493B2 (en) * | 2003-12-01 | 2009-02-10 | Magnecomp Corporation | Method to form electrostatic discharge protection on flexible circuits using a diamond-like carbon material |
| EP2511229B1 (de) * | 2011-04-12 | 2017-03-08 | GFD Gesellschaft für Diamantprodukte mbH | Flankenverstärktes mikromechanisches Bauteil |
| US11540432B2 (en) * | 2019-09-26 | 2022-12-27 | Applied Materials, Inc. | Ultrathin conformal coatings for electrostatic dissipation in semiconductor process tools |
| CN117651637A (zh) * | 2021-08-09 | 2024-03-05 | 埃克森美孚化学专利公司 | 利用聚晶金刚石元件的聚合物挤出装置和方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4483892A (en) * | 1981-12-16 | 1984-11-20 | General Electric Company | Wear resistant annular insert and process for making same |
| DE3690606C2 (de) * | 1985-11-25 | 1995-09-21 | Yoichi Hirose | Verfahren zur Synthese von Diamant |
| US4960643A (en) * | 1987-03-31 | 1990-10-02 | Lemelson Jerome H | Composite synthetic materials |
| DE3932828C1 (ja) * | 1989-09-30 | 1990-08-30 | Nukem Gmbh, 6450 Hanau, De | |
| EP0459425A1 (en) * | 1990-05-30 | 1991-12-04 | Idemitsu Petrochemical Company Limited | Process for the preparation of diamond |
| DE4212762A1 (de) * | 1992-04-16 | 1993-10-21 | Fischer Artur Werke Gmbh | Anker zur Verankerung mittels einer Verbundmasse |
| US5314652A (en) * | 1992-11-10 | 1994-05-24 | Norton Company | Method for making free-standing diamond film |
-
1990
- 1990-11-29 CA CA002031098A patent/CA2031098A1/en not_active Abandoned
- 1990-12-24 AT AT90125424T patent/ATE115649T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-12-24 EP EP90125424A patent/EP0437830B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-12-24 DE DE69015146T patent/DE69015146T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-02 ZA ZA9121A patent/ZA9121B/xx unknown
- 1991-01-14 JP JP3015945A patent/JPH04214869A/ja not_active Withdrawn
- 1991-01-15 KR KR1019910000524A patent/KR910014542A/ko not_active Ceased
- 1991-01-15 IE IE11991A patent/IE66256B1/en not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-09-28 US US08/127,964 patent/US5508071A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0625398U (ja) * | 1992-08-07 | 1994-04-05 | 住友電装株式会社 | Ｃｖｄダイヤモンド被覆を具えたガイドリング |
| JPH07238483A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-12 | Osaka Diamond Ind Co Ltd | 線条体用ガイド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69015146T2 (de) | 1995-05-24 |
| DE69015146D1 (de) | 1995-01-26 |
| IE66256B1 (en) | 1995-12-27 |
| ATE115649T1 (de) | 1994-12-15 |
| US5508071A (en) | 1996-04-16 |
| IE910119A1 (en) | 1991-07-31 |
| EP0437830B1 (en) | 1994-12-14 |
| ZA9121B (en) | 1992-01-29 |
| KR910014542A (ko) | 1991-08-31 |
| CA2031098A1 (en) | 1991-07-17 |
| EP0437830A1 (en) | 1991-07-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980514 |