JPH04254584A - 被覆焼結体 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】切削工具、耐摩耗工具、耐摩耗部
品や装飾品などに用いられる被覆結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】高性能、高耐摩耗工具等には、炭化タン
グステンや炭化チタン等を主成分とするいわゆる超硬材
あるいはサーメット材と呼ばれる焼結体材料が広く用い
られていた。また、アルミナや窒化ケイ素といったセラ
ミックス材料も広く用いられていた。

【０００３】近年、化学気相析出法（ＣＶＤ法）や物理
蒸着法（ＰＶＤ法）の進歩に伴い、上記材料の性能をさ
らに高めるために炭化チタン、窒化チタンといったセラ
ミックス被膜やダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜のコ
ーティングが広く行われるようになってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】炭化タングステンや炭
化チタンを主成分とする焼結体に気相析出法によりダイ
ヤモンドまたは硬質炭素の被膜を形成する場合、焼結体
のバインダーとして用いられるコバルトやニッケル中に
析出した炭素が拡散・固溶するため密着性や結晶性等の
被膜としての特性が悪くなるという欠点を有していた。 この欠点を解決するために、中間層として化学量論的組
成の炭化ケイ素や炭化チタンといった炭化物や窒化ケイ
素などの窒化物の被膜を形成することが試みられている
が、化学量論的な組成を有する被膜では、表面層である
ダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜との密着性が低いた
め、その性能の向上が図れないという欠点を有していた
。

【０００５】一方、基材がセラミックスの場合、基材と
の相性により、ダイヤモンドや所望の硬質炭素被膜が析
出しなっかたり、熱膨張率の違いによる被膜の剥離や、
密着性の低下をきたすという欠点を有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明では、基材とダイヤモンドまたは硬質炭素
被膜の間に中間層として非化学量論的組成の炭化チタン
被膜をもちいる。非化学量論組成としている。形成方法
としては、熱ＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッタ
リング等の方法を用いる。

【０００７】

【作用】気相析出法によりダイヤモンド被膜あるいはダ
イヤモンドの物性に近い硬質炭素被膜は一般にガス状炭
素化合物と過剰の水素ガスを原料とし、通常、マイクロ
波によるプラズマＣＶＤ法または熱フィラメント法と呼
ばれるＣＶＤ法により形成されるのであるが、いずれの
方法においても、７００〜１０００℃の高温に基材がさ
らされるため炭素を固溶する物質では固溶体を作り、炭
素と化合物を形成する物質では炭化物を形成する。一般
には、炭素を固溶する物質では、その表面にダイヤモン
ドは析出しづらく、また、基材にこの様な物質が含まれ
ている場合、その基材の奥深くまで拡散・固溶が起こる
ため、ダイヤモンドの析出が起こらないだけでなく、基
材の変質を起こしてしまう。一方、化学量論的な組成を
とる物質では、結晶性の良いダイヤモンド被膜が析出し
やすいということが知られている。

【０００８】炭化チタンは、チタンの面心立方格子の稜
線上に炭素原子が侵入する、いわゆる侵入型化合物であ
り、その原子の比率はチタンに対する炭素の原子比が０
．５〜１．０の値をとることが出来ることが知られてい
る。化学量論的な組成の炭化チタン（チタンと炭素の比
が１対１）の被膜を中間層として用いる場合、ダイヤモ
ンドは析出しやすくなるが炭化チタンとダイヤモンドの
熱膨張率の差が大きいため、熱応力により界面で剥離を
生じていたが、炭化チタン被膜中の炭素量を減らすこと
により、ダイヤモンド被膜形成の初期段階に界面付近で
は炭素の拡散が起こり、界面付近では炭化チタンは化学
量論組成に近い組成になり、次いで、表面では結晶性の
良いダイヤモンドの形成が起こる。また、中間層である
炭化チタンの基材側では、ダイヤモンド側が、化学量論
組成に近い組成になるため、初期段階で炭素の拡散が止
るので非化学量論的組成のままであり、このため大きな
体積変化を生じないので、基材との密着性を強固に保つ
のである。ここで、ダイヤモンドと炭化チタンとの界面
は、最初から化学量論組成の炭化チタン被膜の上に形成
するのに比べ、拡散現象のため極めて強固な密着性を持
つようになり、剥離といった現象を生じないのであり、
結果として、優れたダイヤモンドまたは硬質炭素被膜を
有する被覆焼結体が得られるのである。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明する
。炭化タングステン−コバルト系（重量比でコバルト４
％）のいわゆる超硬製スローアウェイチップ上にイオン
プレーティング法により、原子比でチタンに対する炭素
の比率が０．７の炭化チタンの結晶系である面心立方晶
を有する非化学量論組成の炭化チタン被膜を１μｍ形成
したものの上に、メタンと水素ガスを原料ガスとして、
周波数２．５４ギガヘルツのマイクロ波による放電を利
用した、いわゆる、マイクロ波ＣＶＤ装置を用いて５μ
ｍのダイヤモンドを主成分とする被膜を形成した。

【００１０】生成したダイヤモンドを主成分とする被膜
をＸ線回折法により調べたところ、中間層である炭化チ
タンを介さずに成膜場合に比べ、ダイヤモンドとして極
めて結晶性の高いものであることがわかった。また、炭
素の分析・評価として有効なレーザー・ラマン分光分析
によっても、同様の結果が得られた。さらに、走査型電
子顕微鏡による観察によってもダイヤモンド被膜特有の
立方晶系による結晶成長がみられた。

【００１１】一方、中間層である炭化チタンについては
、ダイヤモンド被膜形成後、オージェ電子分光分析によ
り調べたところ、ダイヤモンド被膜に近いところでは、
炭素の比率は、チタンに対し原子比で０．９となってお
り、基材である炭化タングステンーコバルト焼結体に近
い部分では初期の組成に近いものであった。また、中間
部分はこれらの組成の中間の値をとっていることがわか
った。

【００１２】以上のようなスローアウェイチップを用い
て、難切削材であるアルミニウムーケイ素合金（重量比
でケイ素が１２％）の丸棒を旋盤にて切削試験を行った
ところ、コーティングをしていないものでは、切削面が
荒れると同時に、ほとんど工具としての寿命を持たなか
ったのに対し、１００００ｍの切削に対しても切削面は
極めて滑らかであり、初期の切削状態と何ら変化を示さ
なかった。また、中間層を形成しなかったものについて
は、切削試験初期の段階でチッピングと呼ばれる剥離を
起こし、コーティングを施さないものと同等の性能であ
った。

【００１３】なお、実施例では非化学量論組成の炭化チ
タン層の形成をイオンプーティング法により行ったが、
他の物理蒸着法や化学気相析出法によっても形成が可能
である。また、ダイヤモンドまたは硬質炭素被膜の形成
方法についても実施例に記したマイクロ波ＣＶＤ法のほ
か熱フィラメント法をはじめとする各種の方法によって
も同様の結果が得られることは明らかである。

【００１４】

【発明の効果】以上、この発明によれば、密着性に優れ
たダイヤモンドまたは硬質炭素被膜を施した被覆焼結体
とその製造方法を提供する。すなわち、焼結体と気相析
出法により合成されるダイヤモンドまたは硬質炭素被膜
との中間層として特許請求の範囲に記載した非化学量論
的組成の炭化チタン層を介することにより極めて密着性
、耐摩耗性、耐衝撃性等に優れた被覆焼結体製品、たと
えば非鉄用切削工具、耐摩耗工具をはじめとして耐摩耗
部品や装飾品などを提供することが出来るのである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炭化タングステンまたは炭化チタン等
   を主成分とする焼結体またはアルミナや窒化ケイ素等を
   主成分とするセラミックス焼結体を基材とし、基材の表
   面にダイヤモンドまたは硬質炭素の被膜が形成された被
   覆焼結体において、基材と被覆されたダイヤモンドまた
   は硬質炭素被膜との間に、中間層として非化学量論組成
   の炭化チタン層を有することを特徴とする被覆焼結体。