JPH04331008A - ダイヤモンド被覆工具の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド被覆工具の
製造方法の改良に関するものである。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、例えば切削工具や耐摩耗性工具などに好
適に用いられる、基体表面に膜状ダイヤモンドを極めて
接着性良く形成させて成る寿命の長いダイヤモンド被覆
工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイヤモンドは極めて硬く、高耐
摩耗性を有することから、工業用として、非鉄材料や非
金属材料の切削加工工具、あるいは高耐摩耗性が要求さ
れる耐摩耗工具や、耐摩耗部材などに利用されている。 これらのダイヤモンド工具や耐摩耗部材に用いられるダ
イヤモンド素材としては、例えば天然又は合成単結晶ダ
イヤモンド、焼結体多結晶ダイヤモンドなどを挙げるこ
とができる。さらに、近年気相合成法による膜状ダイヤ
モンドの合成技術が著しい発展を遂げ、この気相合成法
により、基体表面に膜状ダイヤモンドを形成させ、これ
を種々のダイヤモンド工具や耐摩耗部材に利用すること
が試みられている。この気相合成法としては、例えば、
炭素源を含む原料ガスを用い、これをプラズマ分解する
か、又は不均等化反応を利用して、膜状ダイヤモンドを
基体表面に析出させる化学蒸着法（ＣＶＤ法）、熱陰極
ＰＩＧガン、冷陰極ＰＩＧガン、スパッターガンなどを
用いて膜状ダイヤモンドを基体表面に形成させるイオン
化蒸着法などが知られている。特に、ＣＶＤ法により、
膜状ダイヤモンドを基体表面に析出させる方法は、あま
り高温を必要とせず、かつ連続操業が容易であって工業
的に有利であることから、最近注目を浴びている。しか
しながら、このような気相合成法により基体表面に形成
された膜状ダイヤモンドは、該基体との接着が十分でな
いために、使用中に膜状ダイヤモンドが基体から剥離し
やすいという欠点を有している。したがって、気相合成
法により基体表面に膜状ダイヤモンドを形成させ、この
ものをダイヤモンド工具に利用するためには、該膜状ダ
イヤモンドと基体とが強く接着していることが必要であ
り、その開発が強く望まれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、基体表面に膜状ダイヤモンドを極めて接
着性よく形成させて成るダイヤモンド被覆工具を効率よ
く製造する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成するために鋭意研究を重ねた結果、あらかじめ浸炭
処理を施した基体表面に、膜状ダイヤモンドに対して高
い接着性を有する特定の材料から成る層を設け、次いで
その上に膜状ダイヤモンドを形成させることにより、そ
の目的を達成しうることを見い出し、この知見に基づい
て本発明を完成するに至った。

【０００５】すなわち、本発明は、基体表面に浸炭処理
を施したのち、膜状ダイヤモンドに対して高い接着性を
有する金属化合物材料から成る層を化学気相合成法によ
り設け、次いでその上に膜状ダイヤモンドを気相合成法
により形成させることを特徴とするダイヤモンド被覆工
具の製造方法を提供するものである。

【０００６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明方
法において用いられる基体の材質については特に制限は
なく、従来ダイヤモンド被覆工具における基体に慣用さ
れているもの、例えばケイ素、モリブデン、タンタル、
タングステン、チタンなどの金属や、これらの金属の合
金、炭化物、窒化物、酸化物、あるいはＴｉＣ−Ｎｉ系
、ＴｉＣ−Ｃｏ系、Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ系などのサーメッ
トなどの中から任意のものを選択して用いることができ
るが、これらの中で特に炭化タングステンなどの超硬合
金基体が好ましく用いられる。

【０００７】本発明方法においては、これらの材料から
成る基体の表面に、まず浸炭処理を施したのち、膜状ダ
イヤモンドに対して接着性を有する材料から成る層を化
学気相合成法により設けることが必要である。本発明方
法に用いる該浸炭処理は、例えば、熱ＣＶＤ装置に、基
体を入れて、メタンと水素を導入して、０．５〜３時間
、９００℃〜１２００℃の基体温度で処理するといった
方法により行うことができる。

【０００８】この浸炭処理された基体表面に設けられる
膜状ダイヤモンドに対して接着性を有する材料としては
、化学的気相合成法を適用して製膜できる材料であって
ダイヤモンド膜と親和性のある金属であればとくに制限
なく使用することができ、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、Ｎｂ、ＴｉＮ及びＴｉＣの中から選ばれた少なくと
も１種から成る層を好適に使用することができる。前記
の浸炭処理を施さずに、基体表面に該接着性材料層を設
けた場合、本発明の効果が十分に発揮されず、基体表面
に膜状ダイヤモンドが強固に接着したダイヤモンド被覆
工具が得られにくい。

【０００９】浸炭処理を施すことにより、膜状ダイヤモ
ンドが基体に強固に接着する理由については、必ずしも
明確ではないが、次のことが考えられる。すなわち、接
着性材料層として、例えばＷ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ
、ＴｉＮなどの金属や窒化物から成る層を化学気相合成
法で設けた場合、これらと浸炭処理により沈着した炭素
微粒子とが一部反応して炭化物を形成し、その結果この
接着剤層を介して膜状ダイヤモンドと基体とが強固に接
着するものと思われる。また、接着性材料層としてＴｉ
Ｃなどの炭化物から成る層を化学気相合成法で設けた場
合、膜状ダイヤモンドを気相合成法で形成させる際に、
通常該ＴｉＣ中の炭素がとられて一部Ｔｉの金属となる
が、浸炭処理することにより、沈着した炭素微粒子によ
ってこのような好ましくない事態が防止され、その結果
膜状ダイヤモンドと基体との接着性の低下が抑制される
ものと思われる。

【００１０】前記接着剤層を浸炭処理された基体表面に
設ける方法としては、該接着剤層として例えばＷ、Ｍｏ
、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの全層から成る層を設ける場合
には、これらの塩化物やフッ化物などのハロゲン化物を
気化し、化学気相合成法により金属を析出させる方法な
どが用いられる。該ハロゲン化物としては、例えばＷＣ
ｌ６、ＷＦ６、ＭｏＣｌ５、ＭｏＦ６、ＳｉＣｌ４、Ｓ
ｉＦ４、ＴａＣｌ６、ＴａＦ５、ＮｂＣｌ５、ＮｂＦ５
などが挙げられる。また、ＴｉＣなどの炭化物から成る
層を設ける場合には、Ｔｉなどの有機ハロゲン化物を気
化し、化学気相合成法により炭化物を析出させる方法な
どが用いられる。該有機ハロゲン化物としては、例えば
ＴｉＣＨ３Ｃｌ４などが挙げられる。

【００１１】一方、ＴｉＮなど窒化物から成る層を設け
る場合には、Ｔｉなどのハロゲン化物を気化し、窒素雰
囲気下で化学気相合成法により窒化物を析出させる方法
などが用いられる。該ハロゲン化物としては、例えば、
ＴｉＣｌ４、ＴｉＦ４などが挙げられる。このようにし
て、浸炭処理された基体表面に設けられる接着剤層の厚
さは、通常１〜１００μｍの範囲で選ばれる。

【００１２】本発明方法においては、前記接着剤層が設
けられた基体表面に、気相合成法により膜状ダイヤモン
ドを形成させるが、所望に応じ、成膜速度を速めるため
に、あらかじめ該接着剤層が設けられた基体表面に高硬
度粉末による摩擦処理や衝突処理を施して、鋭利な表面
傷を設けたのち、該膜状ダイヤモンドを形成させてもよ
い。該気相合成法については特に制限はなく、従来膜状
ダイヤモンドの形成に慣用されている方法、例えば種々
の化学蒸着法（ＣＶＤ法）やイオン化蒸着法などの物理
蒸着法の中から任意の方法を選んで用いることができる
が、ＣＶＤ法が好適である。

【００１３】このＣＶＤ法には、原料ガスを活性化状態
に導く手段によって、例えば（１）原料ガスを赤熱した
フィラメントの近傍を通過させることによって活性化状
態に導く熱分解ＣＶＤ法、（２）原料ガスの導入部に高
周波を印加し、高周波によってプラズマを形成させるこ
とによって、該原料ガスを活性化状態に導く高周波プラ
ズマＣＶＤ法、（３）前記高周波の代わりにマイクロ波
を用いるマイクロ波プラズマＣＶＤ法、（４）イオンビ
ームによって原料ガスを活性化状態に導くイオンビーム
ＣＶＤ法などがあり、本発明においてはいずれの方法も
用いることができる。

【００１４】前記ＣＶＤ法において用いられる原料ガス
としては、炭素源ガスと水素との混合ガスが用いられる
。炭素源ガスについては特に制限はなく、通常ＣＶＤ法
によりダイヤモンドの形成に用いられているもの、例え
ば一酸化炭素や二酸化炭素、あるいはアルカン類、アル
ケン類、アルキン類、芳香族炭化水素類、シクロパラフ
ィン類、シクロオレフィン類、含酸素炭素化合物、含窒
素炭素化合物などの中から選ばれた１種又は２種以上の
混合物が用いられる。またこれらの原料ガスには、所望
に応じ窒素、アルゴン、ネオン、キセノンなどの不活性
ガスを含有させてもよい。

【００１５】このようにして形成された膜状ダイヤモン
ドの厚さは、使用目的によって異なるが、通常１〜１０
００μｍの範囲で選ばれる。本発明方法においては、前
記のようにして、あらかじめ浸炭処理された基体表面に
膜状ダイヤモンドに対して接着性を有する材料から成る
層を設けたのち、膜状ダイヤモンドを形成させることに
より、基体との接着性の高い膜状ダイヤモンドが形成さ
れたダイヤモンド被覆工具が得られる。

【００１６】このようにして得られた本発明のダイヤモ
ンド被覆工具は、膜状ダイヤモンドが基体表面に接着性
よく形成されたものであって、著しく硬く、高耐摩耗性
を有する上、使用中に膜状ダイヤモンドが基体から剥離
しにくいので、非鉄材料や非金属材料の切削加工工具や
耐摩耗工具などに好適に用いられる。

【００１７】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。

【００１８】実施例１ 基体として超硬合金製ＴＡＴを用い、まず、次のように
して浸炭処理を行った。すなわち、反応容器内に超硬合
金製ＴＡＴを挿入し、浸炭温度１０５０℃、Ｈ２ガス流
量１００ｃｃ／ｍｉｎ、ＣＨ４ガス流量１０ｃｃ／ｍｉ
ｎ、反応時間１ｈｒの条件にて浸炭処理した。次に、反
応容器を排気したのち、浸炭処理を施した基体温度を９
００℃に保持して、ＷＣｌ６蒸発温度２００℃、ＷＣｌ
６蒸発速度１０ｇ／ｈｒ、Ｈ２ガス流量９０ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ａｒガス流量１０ｃｃ／ｍｉｎ、反応時間６０ｍｉ
ｎｎの条件にてＣＶＤ法によりタングステンを気相成長
させた。

【００１９】上記の方法により作成したタングステン被
覆基体を用いて該基体表面にマイクロ波プラズマＣＶＤ
法により膜状ダイヤモンドを形成しダイヤモンド被覆Ｔ
ＡＴを作製した。このような処理を施したダイヤモンド
被覆ＴＡＴを切削速度３４０ｍ／ｍｉｎ、送り０．１５
ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み０．１５ｍｍの切削条件で８％
Ｓｉを含むＡｌ合金（ＡＣ４Ａ）の乾式切削に用いた結
果、１００分間の連続切削が可能で、その逃げ面摩耗は
、２０μｍであり、超硬合金製ＴＡＴの１／１０の逃げ
面摩耗だった。

【００２０】実施例２ 超硬合金製ＴＡＴ基体を実施例１と同様にして浸炭処理
した。次いで、反応容器を排気したのち、浸炭処理を施
した基体温度７００℃、ＭｏＣｌ５蒸発温度２００℃、
ＭｏＣｌ５蒸発速度１０ｇ／ｈｒ、Ｈ２流量８０ｃｃ／
ｍｉｎ、Ａｒ流量２０ｃｃ／ｍｉｎ、反応時間１ｈｒの
条件にてＣＶＤ法によりモリブデンを気相成長させた。 上記方法により作製したモリブデン被覆基体を用いて該
基体表面に実施例１と同様に膜状ダイヤモンドを被覆し
、切削試験を行ったところ、１００分間の連続切削にお
いてその逃げ面摩耗は３０μｍであった。

【００２１】実施例３ 基体として超硬合金製プリント基板用ドリルを用いた以
外は、実施例１と同様にしてダイヤモンド被覆ドリルを
作製した。このダイヤモンド被覆ドリルを用い、ガラス
−エポキシ銅張積層板３枚重ね（１．６ｍｍＴ×３）を
回転数８０，０００ｒｐｍ、送り４．０ｍ／ｍｉｎの加
工条件で１０，０００ヒット加工した。その結果、ダイ
ヤモンド被覆ドリルの摩耗はほとんど見られず、さらに
２万ヒットの加工を行うことができ、通常の超硬合金製
プリント基板用ドリルの１０倍の寿命であった。

【００２２】比較例１ 実施例１において、浸炭処理を行わなかったこと以外は
、実施例１と同様にしてダイヤモンド被覆ＴＡＴを作製
した。このものを用いて切削試験を行ったところ、１０
０分間の連続切削において、その逃げ面摩耗は１００μ
ｍであった。

【００２３】比較例２ 実施例１において、浸炭処理及びタングステン被覆処理
を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてダイ
ヤモンド被覆ＴＡＴを作製した。このものを用いて切削
試験を行ったところ、１００分間の連続切削において、
その逃げ面摩耗は２００μｍであった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、基体表面に浸炭処理を
施したのち、膜状ダイヤモンドに対して接着性を有する
金属材料から成る層を設け、次いでこの上に膜状ダイヤ
モンドを形成させることにより、該膜状ダイヤモンドと
基体との接着性が著しく向上した寿命の長いダイヤモン
ド被覆工具を得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体表面に浸炭処理を施したのち、膜状ダ
   イヤモンドに対して高い接着性を有する金属化合物材料
   から成る層を化学気相合成法により設け、次いでその上
   に膜状ダイヤモンドを気相合成法により形成させること
   を特徴とするダイヤモンド被覆工具の製造方法。
2. 【請求項２】膜状ダイヤモンドに対して高い接着性を有
   する金属化合物材料が、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、
   ＴｉＮ及びＴｉＣの中から選ばれた少なくとも１種であ
   る請求項１記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法。