JPH04219396A - ダイヤモンド膜作成方法 - Google Patents

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〕 本発明は熱プラズマＣＶＤ法による、工具等への付着力
が大きいダイヤモンド膜の作成方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＣＶＤ法によるダイヤモンドの合成方法の１つと
して、炭素源を低温プラズマ中で活性化して基体上にダ
イヤモンドを膜状に生成させる方法が知られている。し
かし、このダイヤモンド合成方法は、圧力が数十Ｔｏｒ
ｒ程度におけるグロー放電による低圧プラズマを用いる
ため、プラズマ密度が低く、ダイヤモンドの成長速度が
遅いという欠点があった。

最近、この方法の改良法として、炭化水素ガス、水素ガ
ス、不活性ガスなどから放電により熱プラズマを発生さ
せ、その中で有機化合物又は炭素材を活性化させてダイ
ヤモンドを析出させる合成方法が提案された（特開昭６
２−１５８１９５号）。この方法によれば、前記の低温
プラズマを利用する法に比して１〜２μｍ／分程度のか
なり早い成長速度でダイヤモンドを得ることができる。

しかしながら、このようにして得られたダイヤモンド膜
と基体との付着力は必ずしも大きくなく、特に工具等を
基体としてダイヤモンド膜を施した場合にはダイヤモン
ド膜が工具表面から剥離してしまい耐用時間が短くなる
という問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明の目的は、上記問題点を解消し、基体と
の付着力が大きく且つ成長速度の大きいダイヤモンド膜
作成方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解消するために、本発明の方法は基体表面
にダイヤモンドライクカーボンおよび／またはダイヤモ
ンドの薄層をあらかじめ形成した後、該基体を用いて熱
プラズマ炎中に炭素源を供給して該基体上にダイヤモン
ドを析出させる点に特徴がある。

〔作　用〕

本発明で使用できる該基体としてはタングステン、タン
タル、ニオブ、モリブデン、シリコン等の高融点金属と
か、炭化ケイ素、アルミナ等のセラミックで炭化物を形
成しやすいものが好適である。該基体の表面にダイヤモ
ンドライクカーボン、ダイヤモンドまたはこれらの混合
物からなる薄層をあらかじめ形成しておくことが必要で
ある。この場合ダイヤモンド単一組成が最も望ましい。

該ダイヤモンドライクカーボンは、硬度の点ではダイヤ
モンドに近いが屈折率その他の物性でダイヤモンドとは
異なるカーボンを意味する。該薄層の形成方法としては
、特に限定されないが、イオンビーム蒸着法、イオンビ
ームスパッタリング法、イオンプレーティング法、直流
低圧プラズマＣＶＤ法、高周波低圧プラズマＣＶＤ法、
マイクロ波プラズマ法等を挙げることができ、高周波低
圧プラズマＣＶＤ法が確実に短時間で該薄層を形成でき
るので最も望ましい。該薄層の厚さは５０Å以上、望ま
しくは１００Å以上形成するのが好適である。

該熱プラズマとしては、直流プラズマＣＶＤ法、高周波
プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマ法等を挙げるこ
とができ、どの方法を用いても差支えない。

該プラズマ炎の温度は、通常望ましくは１８００℃以上
である。該プラズマ炎中に供給される該炭素源としては
、炭素を含有し、プラズマ炎中で解離して炭素を含むイ
オン種、ラジカル種等の活性種を生成するものであれば
、気体、液体、または固体のいずれであってもよい。例
えば、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノー
ル等の炭素、水素および酸素を含有する有機化合物、メ
タン、エタン、プロパン、エチレン、アセチレン、ベン
ゼン等の炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素、黒鉛等が
挙げられる。これらは１種または２種以上でも用いるこ
とができる。炭素源が液体または固体の場合は、通常、
例えばアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスをキャリヤガ
スとして使用すればよい。該基体の温度としては４００
〜１４００℃好ましくは７００〜１１００℃が良い。

［実施例−１］ イオンビームスパッタリング法により、ダイヤモンドラ
イクカーボン１０００Åを析出させた２０ｍｍφモリブ
デン基板を水冷により８００℃に調整し、ダイヤモンド
膜の合成を行った。次にこの基板を用いて直流プラズマ
ＣＶＤ法でアルゴン３０ｌ／ｍｉｎ及び水素１０ｌ／ｍ
ｉｎ、炭素源としてメタン１ｌ／ｍｉｎ流し、１気圧の
もとで電源出力１８ｋＷの放電を１０分間行った。

その結果、厚さ約４０μｍの付着力の強い膜が得られた
。この膜はＸ線回折及びラマンスペクトルよりダイヤモ
ンドと同定された。スクラッチテストの結果、剥離の臨
界荷重値が４５Ｎ（ニュートン）であった。

［実施例−２］ 高周波放電による低温プラズマＣＶＤ法によりダイヤモ
ンド膜を１０００Å析出させた２０ｍｍφモリブデン基
板を、水冷により１３００℃に調整し、高周波プラズマ
ＣＶＤ法で炭素源としてメタン１ｌ／ｍｉｎ、アルゴン
２ｌ／ｍｉｎの混合ガスを流しプラズマガスとしてアル
ゴン５ｌ／ｍｉｎ流し、ソースガスとしてアルゴン３０
ｌ／ｍｉｎと水素１５ｌ／ｍｉｎ流し、１気圧のもとで
真空管プレート入力７０ｋＷの電力をコイルに流してプ
ラズマを発生させ、１０分間の放電を行った。

その結果、厚さ約２０μｍの付着力の強い膜が得られた
。この膜はＸ線回折及びラマンスペクトルによりダイヤ
モンドと同定された。スクラッチテストの結果、剥離の
臨界荷重値が５５Ｎであった。

［比較例−１］ 水冷により８００℃に調整された２０ｍｍφモリブデン
基板をそのまま用いた以外は実施例−１と同様に実験を
行った。

その結果、厚さ約４０μｍのダイヤモンド膜が得られた
が、はがれ易い膜であった。スクラッチテストの結果、
剥離の臨界荷重値が２Ｎであった。

〔発明の効果〕

本発明の方法により、基体との付着力の強いダイヤモン
ド膜を作成することができ、しかも成長速度が早く大幅
に生産生を向上することができる。

特許出願人　住友金属鉱山株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基体表面にダイヤモンドライクカーボンおよび／または
   ダイヤモンドの薄層をあらかじめ形成した後、該基体を
   用いて熱プラズマ炎中に炭素源を供給して該基体上にダ
   イヤモンドを析出させることを特徴とするダイヤモンド
   膜作成方法。