JPH05148068A - ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料 - Google Patents
ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料Info
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- JPH05148068A JPH05148068A JP4048299A JP4829992A JPH05148068A JP H05148068 A JPH05148068 A JP H05148068A JP 4048299 A JP4048299 A JP 4048299A JP 4829992 A JP4829992 A JP 4829992A JP H05148068 A JPH05148068 A JP H05148068A
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- C23C16/26—Deposition of carbon only
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のダイヤモンド被覆硬質材料では、被覆
層の密着強度が不足するため種々の欠陥が生じたが、本
発明はこのような欠陥を克服して優れた密着強度を持つ
ダイヤモンド被覆硬質材料を提供することを目的とす
る。 【構成】 硬質材料の表面に、ダイヤモンドおよび／ま
たはダイヤモンド状炭素被覆層を形成してなる被覆硬質
材料において、基材表面とダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状炭素被覆層の間に１層以上の中間層が存
在し、中間層最外表面の面粗度がＲmax にて０．５ｍμ
以上であることを特徴とするダイヤモンドまたはダイヤ
モンド状炭素被覆硬質材料、及び該中間層最外表面−ダ
イヤモンド被覆層界面に（１）微視的凹凸が存在し、
（２）基準長さを５０μｍとしたとき、この基準長さ内
の微視的面粗度が０．５〜３０μｍであることを特徴と
するダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材
料を提供する。
層の密着強度が不足するため種々の欠陥が生じたが、本
発明はこのような欠陥を克服して優れた密着強度を持つ
ダイヤモンド被覆硬質材料を提供することを目的とす
る。 【構成】 硬質材料の表面に、ダイヤモンドおよび／ま
たはダイヤモンド状炭素被覆層を形成してなる被覆硬質
材料において、基材表面とダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状炭素被覆層の間に１層以上の中間層が存
在し、中間層最外表面の面粗度がＲmax にて０．５ｍμ
以上であることを特徴とするダイヤモンドまたはダイヤ
モンド状炭素被覆硬質材料、及び該中間層最外表面−ダ
イヤモンド被覆層界面に（１）微視的凹凸が存在し、
（２）基準長さを５０μｍとしたとき、この基準長さ内
の微視的面粗度が０．５〜３０μｍであることを特徴と
するダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材
料を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基材との高い密着強度
を持ったダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆層
を有するダイヤモンド被覆硬質材に関するものである。
を持ったダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆層
を有するダイヤモンド被覆硬質材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは極めて硬度が高く、化学
的に安定し、高い熱伝導率特性、音波伝パン速度を初め
とする数多くの優れた特性を持っているため、この特性
を生かした硬質材料、あるいはダイヤモンドまたはダイ
ヤモンド状炭素被覆硬質材料として、例えば下記のもの
が広く実用に供されている。 Ａｌ、Ｃｕや実用に供されている各種軽金属、また
はその合金とほとんど反応しないので、これらの合金を
高速で切断し、しかも極めて良好な仕上げ面とする単結
晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンドあるいはダイヤモン
ド被覆切削工具、例えばスローアウエイチップ、ドリ
ル、マイクロドリル、エンドミルなどの切削工具。 耐摩耗性が高いため、高い寸法精度での長時間加工
を可能としたボンディングツールなどの各種耐摩工具。 放熱板を初めとする各種機械部品。 スピーカーを初めとする各種振動板。 各種電子部品。
的に安定し、高い熱伝導率特性、音波伝パン速度を初め
とする数多くの優れた特性を持っているため、この特性
を生かした硬質材料、あるいはダイヤモンドまたはダイ
ヤモンド状炭素被覆硬質材料として、例えば下記のもの
が広く実用に供されている。 Ａｌ、Ｃｕや実用に供されている各種軽金属、また
はその合金とほとんど反応しないので、これらの合金を
高速で切断し、しかも極めて良好な仕上げ面とする単結
晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンドあるいはダイヤモン
ド被覆切削工具、例えばスローアウエイチップ、ドリ
ル、マイクロドリル、エンドミルなどの切削工具。 耐摩耗性が高いため、高い寸法精度での長時間加工
を可能としたボンディングツールなどの各種耐摩工具。 放熱板を初めとする各種機械部品。 スピーカーを初めとする各種振動板。 各種電子部品。
【０００３】そして、人工ダイヤモンドの製造法のう
ち、気相よりダイヤモンド被覆層を形成する方法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズマＣＶ
Ｄ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘磁場マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法、ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ
法、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法、フィラメント熱Ｃ
ＶＤ法、燃焼法等数多くの方法が知られており、ダイヤ
モンド被覆硬質材料製造の有力な方法である。
ち、気相よりダイヤモンド被覆層を形成する方法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズマＣＶ
Ｄ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘磁場マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法、ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ
法、ＤＣプラズマジェットＣＶＤ法、フィラメント熱Ｃ
ＶＤ法、燃焼法等数多くの方法が知られており、ダイヤ
モンド被覆硬質材料製造の有力な方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイヤモン
ド被覆硬質材料の多くは基材とダイヤモンド被覆層の密
着強度が不足しているため、ダイヤモンド被覆層が剥離
することにより寿命にいたる場合が多い。この大きな原
因として、ダイヤモンドは、あらゆる物質と中間層を持
たないため、他物質との濡れ性が悪いことが考えられ
る。高い密着強度をもつダイヤモンド被覆硬質材料を得
るべく、ダイヤモンドと同じ熱膨張係数を持った基材を
選択する方法（例えば特開昭６１−２９１４９３号公報
では、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とする焼結体、およびＳｉＣ
を主成分とする焼結体を提案している）や、基材表面の
ダイヤモンド被覆層形成に悪影響を及ぼす金属をエッチ
ングにより除去し、基材表面のダイヤ核の発生密度を高
める方法、特開平１−２０１４７５号公報では、超硬合
金の表面を酸溶液にてエッチングし、Ｃｏ金属成分を除
去し、ダイヤモンド核のグラファイト化を抑止する方
法、特開昭６１−１２４５７３号公報では、ダイヤモン
ド砥粒または砥石により、基材表面に傷つけ処理を行な
い、基材表面でのダイヤモンドの核発生密度を向上させ
る方法等）が提案されているが、現状ではその密着強度
は不十分である。本発明はこれらの問題点を解消し、優
れた密着強度をもつダイヤモンドまたはダイヤモンド状
炭素被覆硬質材料を提供することを目的とする。
ド被覆硬質材料の多くは基材とダイヤモンド被覆層の密
着強度が不足しているため、ダイヤモンド被覆層が剥離
することにより寿命にいたる場合が多い。この大きな原
因として、ダイヤモンドは、あらゆる物質と中間層を持
たないため、他物質との濡れ性が悪いことが考えられ
る。高い密着強度をもつダイヤモンド被覆硬質材料を得
るべく、ダイヤモンドと同じ熱膨張係数を持った基材を
選択する方法（例えば特開昭６１−２９１４９３号公報
では、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とする焼結体、およびＳｉＣ
を主成分とする焼結体を提案している）や、基材表面の
ダイヤモンド被覆層形成に悪影響を及ぼす金属をエッチ
ングにより除去し、基材表面のダイヤ核の発生密度を高
める方法、特開平１−２０１４７５号公報では、超硬合
金の表面を酸溶液にてエッチングし、Ｃｏ金属成分を除
去し、ダイヤモンド核のグラファイト化を抑止する方
法、特開昭６１−１２４５７３号公報では、ダイヤモン
ド砥粒または砥石により、基材表面に傷つけ処理を行な
い、基材表面でのダイヤモンドの核発生密度を向上させ
る方法等）が提案されているが、現状ではその密着強度
は不十分である。本発明はこれらの問題点を解消し、優
れた密着強度をもつダイヤモンドまたはダイヤモンド状
炭素被覆硬質材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は硬質材料の表面
に、ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被
覆層を形成してなる被覆硬質材料において、基材表面と
ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層
の間に１層以上の中間層が存在し、中間層再外表面の面
粗度がＲmax にて０．５μｍ以上であることを特徴とす
るダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料
を提供するものである。また本発明は硬質材料の表面
に、ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被
覆層を形成してなる被覆硬質材料において、基材表面と
ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層
の間に１層以上の中間層が存在し、中間層最外表面−ダ
イヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層界
面において、（１）微視的凹凸が存在し、（２）基準長
さを５０μｍとしたとき、この基準長さ内の微視的面粗
度が０．５〜３０μｍであることを特徴とするダイヤモ
ンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料を提供する
ものである。
に、ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被
覆層を形成してなる被覆硬質材料において、基材表面と
ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層
の間に１層以上の中間層が存在し、中間層再外表面の面
粗度がＲmax にて０．５μｍ以上であることを特徴とす
るダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料
を提供するものである。また本発明は硬質材料の表面
に、ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被
覆層を形成してなる被覆硬質材料において、基材表面と
ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層
の間に１層以上の中間層が存在し、中間層最外表面−ダ
イヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆層界
面において、（１）微視的凹凸が存在し、（２）基準長
さを５０μｍとしたとき、この基準長さ内の微視的面粗
度が０．５〜３０μｍであることを特徴とするダイヤモ
ンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料を提供する
ものである。
【０００６】前述した通り、ダイヤモンドは極めて化学
的に安定しているため、あらゆる物質と中間化合物を作
らない。このため、優れた密着強度を持つダイヤモンド
被覆硬質材料を作製する場合、ダイヤモンド被覆層と基
材がなんらかの物理的な強い力にて接合されている状態
を作り出さねばならない。本発明者らは、これを実現す
るため、基材表面に、基材と高い密着強度をもち、ダイ
ヤモンドとの濡れ性がよい中間層を少なくとも１層以上
設け、その中間層最外表面の面粗度が、（１）巨視的に
その面粗度がＲmax にて０．５μｍ以上、好ましくは１
μｍ以上の粗面とする場合に、および／または（２）中
間層最外表面に微視的凹凸が存在し、中間層−ダイヤモ
ンド被覆層界面における基準長さを５０μｍとする場
合、この基準長さ内の微視的面粗度が０．５μｍ〜３０
μｍ、好ましくは１μｍ〜３０μｍで（凸部がダイヤモ
ンド被覆層に侵入した状態で）ある場合に、ダイヤモン
ド被覆層と基材との密着強度が非常に高くなることを発
見した。中間層は基材と化学的または／および機械的に
結合できるものを選択することで、非常に高い密着強度
となる。また、ダイヤモンド被覆層と中間層との接触面
積は、粗面とすることにより増大し、物理的な高い密着
強度を持つためである。さらに、中間層の存在は基板に
ダイヤモンド被覆時に悪影響を及ぼす物質が含まれる場
合、その影響を遮断する効果も期待できる。
的に安定しているため、あらゆる物質と中間化合物を作
らない。このため、優れた密着強度を持つダイヤモンド
被覆硬質材料を作製する場合、ダイヤモンド被覆層と基
材がなんらかの物理的な強い力にて接合されている状態
を作り出さねばならない。本発明者らは、これを実現す
るため、基材表面に、基材と高い密着強度をもち、ダイ
ヤモンドとの濡れ性がよい中間層を少なくとも１層以上
設け、その中間層最外表面の面粗度が、（１）巨視的に
その面粗度がＲmax にて０．５μｍ以上、好ましくは１
μｍ以上の粗面とする場合に、および／または（２）中
間層最外表面に微視的凹凸が存在し、中間層−ダイヤモ
ンド被覆層界面における基準長さを５０μｍとする場
合、この基準長さ内の微視的面粗度が０．５μｍ〜３０
μｍ、好ましくは１μｍ〜３０μｍで（凸部がダイヤモ
ンド被覆層に侵入した状態で）ある場合に、ダイヤモン
ド被覆層と基材との密着強度が非常に高くなることを発
見した。中間層は基材と化学的または／および機械的に
結合できるものを選択することで、非常に高い密着強度
となる。また、ダイヤモンド被覆層と中間層との接触面
積は、粗面とすることにより増大し、物理的な高い密着
強度を持つためである。さらに、中間層の存在は基板に
ダイヤモンド被覆時に悪影響を及ぼす物質が含まれる場
合、その影響を遮断する効果も期待できる。
【０００７】ここで述べる面粗度とは、（１）ダイヤモ
ンド砥石、（２）ダイヤモンド砥粒による傷つけ処理、
などにより形成される一般的な触針法による面粗度計に
て測定可能な巨視的にみた面粗度のみならず、微小区間
内における凹凸の存在による面粗度の２つの場合があ
る。微小区間における面粗度とは、ダイヤモンド被覆層
−中間層最外表面界面において、基準長さを５０μｍな
どの微小区間とした、この基準長さ内における面粗度の
ことである。本発明者らは種々の面粗度状態を作り出し
た結果、５０μｍの基準長さ内において、中間層との界
面での微視的面粗度が、０．５〜３０μｍ、好ましくは
１〜３０μｍである状態が、密着強度が高くなることを
発見した。この面粗度は、ダイヤモンド被覆後の断面を
ラッピング後観察し、写真撮影を行ない、ダイヤモンド
被覆層と中間層の界面の境界線の凹凸を顕微鏡的に測定
し、５０μｍの基準長さ内において、谷底と山のピーク
の長さをもって、微視的面粗度とする。但し、この際、
巨視的なうねりは直線近似して計算する。
ンド砥石、（２）ダイヤモンド砥粒による傷つけ処理、
などにより形成される一般的な触針法による面粗度計に
て測定可能な巨視的にみた面粗度のみならず、微小区間
内における凹凸の存在による面粗度の２つの場合があ
る。微小区間における面粗度とは、ダイヤモンド被覆層
−中間層最外表面界面において、基準長さを５０μｍな
どの微小区間とした、この基準長さ内における面粗度の
ことである。本発明者らは種々の面粗度状態を作り出し
た結果、５０μｍの基準長さ内において、中間層との界
面での微視的面粗度が、０．５〜３０μｍ、好ましくは
１〜３０μｍである状態が、密着強度が高くなることを
発見した。この面粗度は、ダイヤモンド被覆後の断面を
ラッピング後観察し、写真撮影を行ない、ダイヤモンド
被覆層と中間層の界面の境界線の凹凸を顕微鏡的に測定
し、５０μｍの基準長さ内において、谷底と山のピーク
の長さをもって、微視的面粗度とする。但し、この際、
巨視的なうねりは直線近似して計算する。
【０００８】本発明によるダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状炭素被覆層−中間層界面の状態を模式的
に示すと図１のようになる。すなわち、該界面には巨視
的なうねりが認められるが、図２のようにこれを擬似的
に直線とみなし微視的面粗度を算出する。
ダイヤモンド状炭素被覆層−中間層界面の状態を模式的
に示すと図１のようになる。すなわち、該界面には巨視
的なうねりが認められるが、図２のようにこれを擬似的
に直線とみなし微視的面粗度を算出する。
【０００９】ダイヤモンドを被覆する面を粗面とする具
体的方法としては、 砥石等による傷つけ処理 中間層表面に柱状晶および／または針状晶となる、ま
たはこれらを含む物質を被覆する方法。 中間層表面をエッチングにより粗面とする 中間層最外表面にマスクを施してからエッチングし、
その後マスクを取り除く方法 レーザー、ブラシ、砥石等による物理的加工による方
法 粒の粗い粒子を基材の一部に被覆する方法 基材表面において、被覆する部分と、被覆しない部分
を設ける 等、基材に応じて適当な方法を選択する。の方法は、
中間層最外表面をダイヤモンド、ＢＮ砥粒を用いたレジ
ンボンド砥石、メタルボンド砥石、電着砥石などにより
加工する方法であり、例えば図３に示すような粗面が得
られる。は一般に行われているＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法、ＲＦＣＶＤ法などにより、中間層最外表面に針
状または／および柱状晶の窒化珪素、炭化珪素、酸化ア
ルミニウム、窒化チタン、炭化チタンなどの結晶を析出
させる方法であり、例えば図４に示すような粗面が得ら
れる。なお、一般的に切削工具等において基材表面を被
覆する場合には、可能な限り面粗度が小さくなるような
条件で行われるのであるが、本発明の場合は被覆条件と
して柱状晶や針状晶が生じる条件で行なうものである。
はチタンの炭化物、窒化物および炭窒化物等を最外表
面として、王水などの酸にてエッチングして表面を粗面
とする方法であり、例えば図５に示すような粗面が得ら
れる。の方法はホトマスクを用い任意のパターンにマ
スクを設けた後、エッチング等によりマスクを取り除く
方法であり、例えば図６に示すような粗面が得られる。
図６において中間層の最外表面の平坦部がマスクされて
いた部分である。はアルゴンレーザー等により中間層
最外表面に溝入れ加工したり、ダイヤモンドブラシや各
種砥石にて溝入れ加工するなどの方法であり、例えば図
７に示すような粗面が得られる。、はイオンプレー
ティング法などにより、基材表面に粗粒のタングステ
ン、モリブデン、チタンおよび／またはこれらの窒化
物、炭化物、炭窒化物を被覆する、あるいは一般に行わ
れているＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＲＦＣＶＤ法等
で核発生をコントロールし膜厚分布の不均一な被覆層を
設ける方法である。図８は中間層最外表面が微粒の集合
体からなり、基材の全面を被覆した状態を示す。図９は
中間層最外表面が粗粒からなり、基材の全面を被覆した
状態を示す。図１０は微粒の集合体で基材を部分的に被
覆した状態を示す。図１１は粗粒により基材を部分的に
被覆した状態を示す。
体的方法としては、 砥石等による傷つけ処理 中間層表面に柱状晶および／または針状晶となる、ま
たはこれらを含む物質を被覆する方法。 中間層表面をエッチングにより粗面とする 中間層最外表面にマスクを施してからエッチングし、
その後マスクを取り除く方法 レーザー、ブラシ、砥石等による物理的加工による方
法 粒の粗い粒子を基材の一部に被覆する方法 基材表面において、被覆する部分と、被覆しない部分
を設ける 等、基材に応じて適当な方法を選択する。の方法は、
中間層最外表面をダイヤモンド、ＢＮ砥粒を用いたレジ
ンボンド砥石、メタルボンド砥石、電着砥石などにより
加工する方法であり、例えば図３に示すような粗面が得
られる。は一般に行われているＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法、ＲＦＣＶＤ法などにより、中間層最外表面に針
状または／および柱状晶の窒化珪素、炭化珪素、酸化ア
ルミニウム、窒化チタン、炭化チタンなどの結晶を析出
させる方法であり、例えば図４に示すような粗面が得ら
れる。なお、一般的に切削工具等において基材表面を被
覆する場合には、可能な限り面粗度が小さくなるような
条件で行われるのであるが、本発明の場合は被覆条件と
して柱状晶や針状晶が生じる条件で行なうものである。
はチタンの炭化物、窒化物および炭窒化物等を最外表
面として、王水などの酸にてエッチングして表面を粗面
とする方法であり、例えば図５に示すような粗面が得ら
れる。の方法はホトマスクを用い任意のパターンにマ
スクを設けた後、エッチング等によりマスクを取り除く
方法であり、例えば図６に示すような粗面が得られる。
図６において中間層の最外表面の平坦部がマスクされて
いた部分である。はアルゴンレーザー等により中間層
最外表面に溝入れ加工したり、ダイヤモンドブラシや各
種砥石にて溝入れ加工するなどの方法であり、例えば図
７に示すような粗面が得られる。、はイオンプレー
ティング法などにより、基材表面に粗粒のタングステ
ン、モリブデン、チタンおよび／またはこれらの窒化
物、炭化物、炭窒化物を被覆する、あるいは一般に行わ
れているＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＲＦＣＶＤ法等
で核発生をコントロールし膜厚分布の不均一な被覆層を
設ける方法である。図８は中間層最外表面が微粒の集合
体からなり、基材の全面を被覆した状態を示す。図９は
中間層最外表面が粗粒からなり、基材の全面を被覆した
状態を示す。図１０は微粒の集合体で基材を部分的に被
覆した状態を示す。図１１は粗粒により基材を部分的に
被覆した状態を示す。
【００１０】いずれにしても、このようにして形成され
る中間層最外表面は、ダイヤモンドおよび／またはダイ
ヤモンド状炭素被覆層−中間層界面において、基準長さ
を５０μｍとした時、この基準長さ内において、中間層
界面での微視的面粗度が０．５μｍ〜３０μｍ、好まし
くは１μｍ〜３０μｍにあることが必要で、凸部がダイ
ヤモンド被覆層中に侵入長さ０．２μｍ以上を以って侵
入していることが好ましい。中間層界面での微視的面粗
さが、０．５μｍ未満の場合、密着強度の向上は見られ
ず、３０μｍを越えると逆に密着強度の低下が見られ
た。また、凸部の最大侵入深さが０．２μｍ未満の場
合、密着強度はほぼ変わらない。
る中間層最外表面は、ダイヤモンドおよび／またはダイ
ヤモンド状炭素被覆層−中間層界面において、基準長さ
を５０μｍとした時、この基準長さ内において、中間層
界面での微視的面粗度が０．５μｍ〜３０μｍ、好まし
くは１μｍ〜３０μｍにあることが必要で、凸部がダイ
ヤモンド被覆層中に侵入長さ０．２μｍ以上を以って侵
入していることが好ましい。中間層界面での微視的面粗
さが、０．５μｍ未満の場合、密着強度の向上は見られ
ず、３０μｍを越えると逆に密着強度の低下が見られ
た。また、凸部の最大侵入深さが０．２μｍ未満の場
合、密着強度はほぼ変わらない。
【００１１】そして、基材そのものを粗面とした場合に
比べると、中間層を全面に被覆した場合、表面状態が均
一となるため、核発生が均一に起こり、均質な膜が得ら
れることも判った。
比べると、中間層を全面に被覆した場合、表面状態が均
一となるため、核発生が均一に起こり、均質な膜が得ら
れることも判った。
【００１２】また、ここで述べる中間層は、ダイヤモン
ドまたはダイヤモンド状炭素が被覆される全表面に対し
て少なくとも１０％の面積以上被覆されれば、密着強度
の向上が見られることも判った。つまり、面積の９０％
は基材むき出しでも効果があり、前記の手段による場
合（図１０、図１１）に対応する。基材の一部が露出す
る場合、露出部の基材面の面粗度は中間層最外層と同様
の粗面であることが望ましい。
ドまたはダイヤモンド状炭素が被覆される全表面に対し
て少なくとも１０％の面積以上被覆されれば、密着強度
の向上が見られることも判った。つまり、面積の９０％
は基材むき出しでも効果があり、前記の手段による場
合（図１０、図１１）に対応する。基材の一部が露出す
る場合、露出部の基材面の面粗度は中間層最外層と同様
の粗面であることが望ましい。
【００１３】さらに、中間層最外表面が、アスペクト比
１．５以上の柱状結晶を含む物質である場合や、針状結
晶を含む物質である場合、さらに密着強度が高くなるこ
とも判った。
１．５以上の柱状結晶を含む物質である場合や、針状結
晶を含む物質である場合、さらに密着強度が高くなるこ
とも判った。
【００１４】中間層を構成する材料としては、ダイヤモ
ンドの核発生が生じ易い物質として、窒化珪素、窒化珪
素を含む物質、サイアロン、サイアロンを含む物資、炭
化珪素、炭化珪素を含む物質、酸化アルミニウム、酸化
アルミニウムを含む物質、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族、VI
I ａ族の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、こ
れらの合金、これらの炭化物、窒化物および／または炭
窒化物、例えばチタン、チタンの炭化物もしくは炭窒化
物、チタンと他の１種もしくは２種以上の金属の炭化物
または炭窒化物およびこれらを含む物質、タングステ
ン、タングステンの炭化物もしくは炭窒化物、タングス
テンと他の１種もしくは２種以上の金属の炭化物または
炭窒化物およびこれらを含む物質、からなる群から選ば
れる材料が挙げられる。そしてこれらから構成された中
間層最外表面は、巨視的粗面または微視的な凹凸が存在
する粗面が望ましい。ここでサイアロン（Ｓｉａｌｏ
ｎ）は、窒化珪素結晶のＳｉおよびＮの一部がそれぞれ
ＡｌとＯで置換されたものであり、α−サイアロン、β
−サイアロンがある。
ンドの核発生が生じ易い物質として、窒化珪素、窒化珪
素を含む物質、サイアロン、サイアロンを含む物資、炭
化珪素、炭化珪素を含む物質、酸化アルミニウム、酸化
アルミニウムを含む物質、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族、VI
I ａ族の中から選ばれる少なくとも１種以上の金属、こ
れらの合金、これらの炭化物、窒化物および／または炭
窒化物、例えばチタン、チタンの炭化物もしくは炭窒化
物、チタンと他の１種もしくは２種以上の金属の炭化物
または炭窒化物およびこれらを含む物質、タングステ
ン、タングステンの炭化物もしくは炭窒化物、タングス
テンと他の１種もしくは２種以上の金属の炭化物または
炭窒化物およびこれらを含む物質、からなる群から選ば
れる材料が挙げられる。そしてこれらから構成された中
間層最外表面は、巨視的粗面または微視的な凹凸が存在
する粗面が望ましい。ここでサイアロン（Ｓｉａｌｏ
ｎ）は、窒化珪素結晶のＳｉおよびＮの一部がそれぞれ
ＡｌとＯで置換されたものであり、α−サイアロン、β
−サイアロンがある。
【００１５】中間層は１層であっても２層以上の多層構
造であってもよい。中間層が多層構造の場合、基材と接
する層として基材との密着強度が高い材料を選択し、ま
たダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素の被覆層と接
する層つまり最外表面を構成する層としてはダイヤモン
ドまたはダイヤモンド状炭素との密着強度の高い材料を
選択することが好ましい。さらに好ましくは、熱膨張係
数が基材とダイヤモンドの中間の値を有するものを用い
れば、さらにダイヤモンド被覆層と、中間層最外表面と
の密着強度が高まる。中間層が１層でも多層であって
も、中間層全体の平均層厚に関しては、０．２μｍ未満
で、被覆面積が１０％未満の場合、中間層による密着強
度の向上が認められず、また３００μｍを越える中間層
を形成した場合、逆に密着強度が低くなるため、平均層
厚は０．２μｍ〜３００μｍが望ましい。本発明の中間
層は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法など、公
知のどのような方法で形成してよく、いずれも本発明効
果を奏する。
造であってもよい。中間層が多層構造の場合、基材と接
する層として基材との密着強度が高い材料を選択し、ま
たダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素の被覆層と接
する層つまり最外表面を構成する層としてはダイヤモン
ドまたはダイヤモンド状炭素との密着強度の高い材料を
選択することが好ましい。さらに好ましくは、熱膨張係
数が基材とダイヤモンドの中間の値を有するものを用い
れば、さらにダイヤモンド被覆層と、中間層最外表面と
の密着強度が高まる。中間層が１層でも多層であって
も、中間層全体の平均層厚に関しては、０．２μｍ未満
で、被覆面積が１０％未満の場合、中間層による密着強
度の向上が認められず、また３００μｍを越える中間層
を形成した場合、逆に密着強度が低くなるため、平均層
厚は０．２μｍ〜３００μｍが望ましい。本発明の中間
層は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法など、公
知のどのような方法で形成してよく、いずれも本発明効
果を奏する。
【００１６】基材は、超硬合金、サーメット、高速度
鋼、鋼、モリブデン、タングステンやその合金、Ａｌ2
Ｏ3 、窒化珪素、炭化珪素など各種セラミックスを始め
とする硬質材料であれば何でも可能である。この中で、
特に、窒化珪素、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、
炭窒化チタンのようなチタンの化合物および／またはチ
タンの化合物を含む物質、タングステンの炭化物および
／またはタングステン合金の炭化物および／またはこれ
らを含む物質による凹凸が存在する場合、高い密着強度
を示すことも判った。
鋼、鋼、モリブデン、タングステンやその合金、Ａｌ2
Ｏ3 、窒化珪素、炭化珪素など各種セラミックスを始め
とする硬質材料であれば何でも可能である。この中で、
特に、窒化珪素、炭化珪素、炭化チタン、窒化チタン、
炭窒化チタンのようなチタンの化合物および／またはチ
タンの化合物を含む物質、タングステンの炭化物および
／またはタングステン合金の炭化物および／またはこれ
らを含む物質による凹凸が存在する場合、高い密着強度
を示すことも判った。
【００１７】なお、ダイヤモンドおよび／またはダイヤ
モンド状炭素被覆層の平均層厚は、０．１μｍ未満では
被覆層による耐磨耗性など諸性能の向上が認められず、
また３００μｍを越える被覆層を形成した場合でも、も
はや大きな性能の向上が認められないため、平均層厚
０．１μｍ〜３００μｍが望ましい。
モンド状炭素被覆層の平均層厚は、０．１μｍ未満では
被覆層による耐磨耗性など諸性能の向上が認められず、
また３００μｍを越える被覆層を形成した場合でも、も
はや大きな性能の向上が認められないため、平均層厚
０．１μｍ〜３００μｍが望ましい。
【００１８】ここまで、被覆層がダイヤモンドである場
合を中心に説明を行ってきたが、ダイヤモンド被覆層中
にダイヤモンド状炭素、およびその他の結晶構造をとる
ダイヤモンドを含む場合、およびこれらの単層または多
層以上にて構成されている場合でも、全く同様の効果が
認められる。またダイヤモンド被覆層またはダイヤモン
ド状炭素被覆層がホウ素、窒素などの異種原子を含む場
合も同様の効果が得られる。さらにまた、中間層やダイ
ヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素を被覆した
後、何らかの熱処理を行った場合でも、本発明は密着強
度の低下は認められない。例えば、特開平３−４０９９
３号公報に記載されているようなダイヤモンド被覆層の
最外面を平滑な面とするための熱処理、即ち鉄族金属を
１２００℃でダイヤモンドに接触させても、密着強度の
低下はなかった。
合を中心に説明を行ってきたが、ダイヤモンド被覆層中
にダイヤモンド状炭素、およびその他の結晶構造をとる
ダイヤモンドを含む場合、およびこれらの単層または多
層以上にて構成されている場合でも、全く同様の効果が
認められる。またダイヤモンド被覆層またはダイヤモン
ド状炭素被覆層がホウ素、窒素などの異種原子を含む場
合も同様の効果が得られる。さらにまた、中間層やダイ
ヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素を被覆した
後、何らかの熱処理を行った場合でも、本発明は密着強
度の低下は認められない。例えば、特開平３−４０９９
３号公報に記載されているようなダイヤモンド被覆層の
最外面を平滑な面とするための熱処理、即ち鉄族金属を
１２００℃でダイヤモンドに接触させても、密着強度の
低下はなかった。
【００１９】
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例１ 母材として、Ｋ１０超硬合金（具体的にはＷＣ−１．５
ｗｔ％ＮｂＣ−５％Ｃｏ）および窒化珪素基のセラミッ
クス（具体的にはＳｉ3 Ｎ4 −４ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 −４
ｗｔ％ＺｒＯ2 −３ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 ）で形状がＳＰＧ４
２２のスローアウェイチップを作製した。本チップ表面
に、公知の気相合成法を用いて、 （１）Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ被覆層を、３μｍの平均層厚
にて形成（超硬母材） （２）Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ被覆層を、３．５μｍの平均
層厚にて形成（セラミック母材） （３）ＴｉＮ被覆層を、２．５μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （４）ＴｉＮ被覆層を、４．０μｍの平均層厚にて形成
（セラミック母材） （５）ＳｉＣ被覆層を、３．５μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （６）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、３．０μｍの平均層厚にて
形成（超硬母材） （７）ＳｉＣ被覆層を、３０μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （８）ＳｉＣ被覆層を、１００μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （９）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、１５μｍの平均層厚にて形
成（超硬母材） （10）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、８０μｍの平均層厚にて形
成（超硬母材）した。 チップ最外表面には、（１）、（２）には、短径１．０
μｍ、長径１０μｍのα−Ａｌ2 Ｏ3 を析出させた。
（３）、（４）には、短径２．０μｍ、長径５．０μｍ
の針状窒化チタンを析出させた。（５）には、短径１．
５μｍ、長径９．０μｍのＳｉＣウイスカーを析出させ
た。（６）には、短径２．０μｍ、長径６．０μｍのＳ
ｉ3 Ｎ4 柱状晶を析出させた。（７）、（８）には短径
１．５μｍ、長径１０μｍのＳｉＣウィスカーを最外表
面に形成した。（９）、（10）には、短径１．５μｍ、
長径５μｍのＳｉ3 Ｎ4 柱状晶を析出させた。本チップ
を、ダイヤモンド被覆時のダイヤモンド核の発生を高め
るため、２ｇの粒径８〜１６μｍのダイヤモンド砥粒と
ともにエチルアルコール中に投じ、１５分間超音波振動
を与え、傷つけ処理を行った。このようにして作製した
チップを、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、１０００℃に加熱し、全圧を８０Ｔｏｒ
ｒとした水素−メタン２％の混合プラズマ中にて８時間
保持し、層厚１０μｍのダイヤモンド被覆切削チップ
（１）〜（10）を作製した。また、比較のため、同一形
状、同一組成で中間層を被覆しなかった超硬合金および
セラミックス製のチップにも同じ条件で超音波加工を行
った後、ダイヤモンド被覆層を設けた比較チップ（11）
（超硬合金を母材とするもの）、比較チップ（12）（セ
ラミックスを母材とするもの）も準備した。なお、本試
験において、基材の表面に析出した被覆層は、ラマン分
光分析法によって、ダイヤモンドの特徴である１３３３
ｃｍ-1にピークが存在することを確認した。
る。 実施例１ 母材として、Ｋ１０超硬合金（具体的にはＷＣ−１．５
ｗｔ％ＮｂＣ−５％Ｃｏ）および窒化珪素基のセラミッ
クス（具体的にはＳｉ3 Ｎ4 −４ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 −４
ｗｔ％ＺｒＯ2 −３ｗｔ％Ｙ2 Ｏ3 ）で形状がＳＰＧ４
２２のスローアウェイチップを作製した。本チップ表面
に、公知の気相合成法を用いて、 （１）Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ被覆層を、３μｍの平均層厚
にて形成（超硬母材） （２）Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ被覆層を、３．５μｍの平均
層厚にて形成（セラミック母材） （３）ＴｉＮ被覆層を、２．５μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （４）ＴｉＮ被覆層を、４．０μｍの平均層厚にて形成
（セラミック母材） （５）ＳｉＣ被覆層を、３．５μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （６）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、３．０μｍの平均層厚にて
形成（超硬母材） （７）ＳｉＣ被覆層を、３０μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （８）ＳｉＣ被覆層を、１００μｍの平均層厚にて形成
（超硬母材） （９）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、１５μｍの平均層厚にて形
成（超硬母材） （10）Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を、８０μｍの平均層厚にて形
成（超硬母材）した。 チップ最外表面には、（１）、（２）には、短径１．０
μｍ、長径１０μｍのα−Ａｌ2 Ｏ3 を析出させた。
（３）、（４）には、短径２．０μｍ、長径５．０μｍ
の針状窒化チタンを析出させた。（５）には、短径１．
５μｍ、長径９．０μｍのＳｉＣウイスカーを析出させ
た。（６）には、短径２．０μｍ、長径６．０μｍのＳ
ｉ3 Ｎ4 柱状晶を析出させた。（７）、（８）には短径
１．５μｍ、長径１０μｍのＳｉＣウィスカーを最外表
面に形成した。（９）、（10）には、短径１．５μｍ、
長径５μｍのＳｉ3 Ｎ4 柱状晶を析出させた。本チップ
を、ダイヤモンド被覆時のダイヤモンド核の発生を高め
るため、２ｇの粒径８〜１６μｍのダイヤモンド砥粒と
ともにエチルアルコール中に投じ、１５分間超音波振動
を与え、傷つけ処理を行った。このようにして作製した
チップを、２．４５ＧＨｚのマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置を用いて、１０００℃に加熱し、全圧を８０Ｔｏｒ
ｒとした水素−メタン２％の混合プラズマ中にて８時間
保持し、層厚１０μｍのダイヤモンド被覆切削チップ
（１）〜（10）を作製した。また、比較のため、同一形
状、同一組成で中間層を被覆しなかった超硬合金および
セラミックス製のチップにも同じ条件で超音波加工を行
った後、ダイヤモンド被覆層を設けた比較チップ（11）
（超硬合金を母材とするもの）、比較チップ（12）（セ
ラミックスを母材とするもの）も準備した。なお、本試
験において、基材の表面に析出した被覆層は、ラマン分
光分析法によって、ダイヤモンドの特徴である１３３３
ｃｍ-1にピークが存在することを確認した。
【００２０】これらの切削チップを用いて、 被削材 ： Ａｌ−２４ｗｔ％Ｓｉ合金（ブロック
材） 切削速度 ： ４００ｍ／ｍｉｎ 送り ： ０．１ｍｍ／ｒｅｖ． 切込み ： ０．５ｍｍ の条件にて断続切削を行い、３分後および１０分後の逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察したところ、本発明切削チップは、切削開始１０分後
の切れ刃観察において、逃げ面摩耗量はそれぞれ（１）
０．０３５ｍｍ、（２）０．０４ｍｍ、（３）０．０３
８ｍｍ、（４）０．０３ｍｍ、（５）０．０４ｍｍ、
（６）０．０４５ｍｍ、すべて正常摩耗であり、また被
削材の溶着はほとんど見られず、また（７）０．０４ｍ
ｍ、（８）０．０３５ｍｍ、（９）０．０３ｍｍ、（1
0）０．０２８ｍｍで、いずれも正常摩耗で被削材の溶
着も見られなかった。これに対して比較チップ（11）で
は、切削開始３分後の切れ刃観察において、ダイヤモン
ド被覆層の大きな剥離が見られ、逃げ面摩耗量も０．１
３ｍｍとなり、被削材も大きく溶着しているため切削を
中止した。比較チップ（12）では、ダイヤモンド被覆層
の微小な剥離が見られたため、切削を中止した。
材） 切削速度 ： ４００ｍ／ｍｉｎ 送り ： ０．１ｍｍ／ｒｅｖ． 切込み ： ０．５ｍｍ の条件にて断続切削を行い、３分後および１０分後の逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察したところ、本発明切削チップは、切削開始１０分後
の切れ刃観察において、逃げ面摩耗量はそれぞれ（１）
０．０３５ｍｍ、（２）０．０４ｍｍ、（３）０．０３
８ｍｍ、（４）０．０３ｍｍ、（５）０．０４ｍｍ、
（６）０．０４５ｍｍ、すべて正常摩耗であり、また被
削材の溶着はほとんど見られず、また（７）０．０４ｍ
ｍ、（８）０．０３５ｍｍ、（９）０．０３ｍｍ、（1
0）０．０２８ｍｍで、いずれも正常摩耗で被削材の溶
着も見られなかった。これに対して比較チップ（11）で
は、切削開始３分後の切れ刃観察において、ダイヤモン
ド被覆層の大きな剥離が見られ、逃げ面摩耗量も０．１
３ｍｍとなり、被削材も大きく溶着しているため切削を
中止した。比較チップ（12）では、ダイヤモンド被覆層
の微小な剥離が見られたため、切削を中止した。
【００２１】切削試験後のチップを切断、ラッピング
後、中間層最外表面−ダイヤモンド被覆層界面を光学顕
微鏡にて観察したところ、本発明切削チップ（１）、
（２）においてはα−Ａｌ2 Ｏ3 が、（３）、（４）に
おいては針状ＴｉＮが、（５）、（７）、（８）につい
てはＳｉＣウイスカーが、（６）、（９）、（10）につ
いてはＳｉ3 Ｎ4 柱状晶が、ダイヤモンド被覆層に最外
大２〜４μｍの深さにて侵入しており、中間層最外表面
−ダイヤモンド被覆層界面において５０μｍ基準長さに
おける微視的面粗度は、３〜４μｍであった。
後、中間層最外表面−ダイヤモンド被覆層界面を光学顕
微鏡にて観察したところ、本発明切削チップ（１）、
（２）においてはα−Ａｌ2 Ｏ3 が、（３）、（４）に
おいては針状ＴｉＮが、（５）、（７）、（８）につい
てはＳｉＣウイスカーが、（６）、（９）、（10）につ
いてはＳｉ3 Ｎ4 柱状晶が、ダイヤモンド被覆層に最外
大２〜４μｍの深さにて侵入しており、中間層最外表面
−ダイヤモンド被覆層界面において５０μｍ基準長さに
おける微視的面粗度は、３〜４μｍであった。
【００２２】実施例２ 母材として、Ｋ１０超硬合金（具体的にはＷＣ−５％Ｃ
ｏ）および窒素含有サーメット（具体的には３８ｗｔ％
ＴｉＣ−１２ｗｔ％ＴｉＮ−１０ｗｔ％ＴａＮ−１０ｗ
ｔ％Ｍｏ2 Ｃ−１５ｗｔ％ＷＣ−５ｗｔ％Ｎｉ−１０ｗ
ｔ％Ｃｏ）で形状がＳＰＧ４２２のスローアウェイチッ
プを作製した。本チップ表面に、公知のイオンプレーテ
ィング法を用いて、 （１）粒径１．５μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積３０％（超硬母材） （２）粒径２．５μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積６０％（超硬母材） （３）粒径１．２μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積１００％（超硬母材） （４）粒径１μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面積６
０％（サーメット母材） （５）粒径１μｍのＴｉ 切れ刃近傍における被覆面
積６０％（超硬母材） （６）粒径１．５μｍのＴｉ 切れ刃近傍における被覆
面積６０％（サーメット母材） （７）粒径２．０μｍのＭｏ 切れ刃近傍における被覆
面積６０％（超硬母材） （８）粒径２．５μｍのＭｏ 切れ刃近傍における被覆
面積１00％（超硬母材） をそれぞれ中間層として被覆した。これらのチップ表面
面粗度は、（３）を除くとＲmax にて２μｍ〜２．５μ
ｍとなった。（３）はＲmax にて０．７μｍであった。
また、比較のため、これらの中間層を設けなかった比較
チップ（９）（超硬合金）、比較チップ（10）（サーメ
ット）を準備した。比較チップも含めたこれらのチップ
に、実施例１と同じ方法で超音波振動による傷つけ処理
を施した。これらのチップの表面に、公知の熱フィラメ
ンＣＶＤ法を用いて、 反応管容器 ： 直径２００ｍｍ
の石英管 フィラメント材質 ： 金属Ｗ フィラメント温度 ： ２４００℃ フィランメント−チップ表面間距離： ７．０ｍｍ 全圧 ： １００Ｔｏｒｒ 雰囲気ガス ： Ｈ2 −１．５％
ＣＨ4 ガス 時間 ： ７時間 の条件にて、６μｍのダイヤモンド被覆層を形成した。
なお、本試験において基材の表面に析出した被覆層は、
ラマン分光分析法によって、ダイヤモンドの特徴である
１３３３ｃｍ-1にピークが存在することを確認した。
ｏ）および窒素含有サーメット（具体的には３８ｗｔ％
ＴｉＣ−１２ｗｔ％ＴｉＮ−１０ｗｔ％ＴａＮ−１０ｗ
ｔ％Ｍｏ2 Ｃ−１５ｗｔ％ＷＣ−５ｗｔ％Ｎｉ−１０ｗ
ｔ％Ｃｏ）で形状がＳＰＧ４２２のスローアウェイチッ
プを作製した。本チップ表面に、公知のイオンプレーテ
ィング法を用いて、 （１）粒径１．５μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積３０％（超硬母材） （２）粒径２．５μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積６０％（超硬母材） （３）粒径１．２μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面
積１００％（超硬母材） （４）粒径１μｍのＷ 切れ刃近傍における被覆面積６
０％（サーメット母材） （５）粒径１μｍのＴｉ 切れ刃近傍における被覆面
積６０％（超硬母材） （６）粒径１．５μｍのＴｉ 切れ刃近傍における被覆
面積６０％（サーメット母材） （７）粒径２．０μｍのＭｏ 切れ刃近傍における被覆
面積６０％（超硬母材） （８）粒径２．５μｍのＭｏ 切れ刃近傍における被覆
面積１00％（超硬母材） をそれぞれ中間層として被覆した。これらのチップ表面
面粗度は、（３）を除くとＲmax にて２μｍ〜２．５μ
ｍとなった。（３）はＲmax にて０．７μｍであった。
また、比較のため、これらの中間層を設けなかった比較
チップ（９）（超硬合金）、比較チップ（10）（サーメ
ット）を準備した。比較チップも含めたこれらのチップ
に、実施例１と同じ方法で超音波振動による傷つけ処理
を施した。これらのチップの表面に、公知の熱フィラメ
ンＣＶＤ法を用いて、 反応管容器 ： 直径２００ｍｍ
の石英管 フィラメント材質 ： 金属Ｗ フィラメント温度 ： ２４００℃ フィランメント−チップ表面間距離： ７．０ｍｍ 全圧 ： １００Ｔｏｒｒ 雰囲気ガス ： Ｈ2 −１．５％
ＣＨ4 ガス 時間 ： ７時間 の条件にて、６μｍのダイヤモンド被覆層を形成した。
なお、本試験において基材の表面に析出した被覆層は、
ラマン分光分析法によって、ダイヤモンドの特徴である
１３３３ｃｍ-1にピークが存在することを確認した。
【００２３】これらの切削チップを用いて、 被削材 ： Ａｌ−１２ｗｔ％Ｓｉ合金（丸棒） 切削速度 ： １０００ｍ／ｍｉｎ 送り ： ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ． 切込み ： １．５ｍｍ の条件にて連続切削を行い、５分後および３０分後の逃
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察したところ、本発明切削チップは、（３）を除き、切
削開始１０分後の切れ刃観察において、逃げ面摩耗量は
０．０３ｍｍ〜０．０４ｍｍで、すべて正常摩耗であ
り、また被削材の溶着は殆ど見られなかった。（３）に
ついては、逃げ面摩耗量は０．０８ｍｍで、切れ刃に微
小剥離が見られた。これに対して比較チップ（９）、
（10）では、切削開始５分後の切れ刃観察において、ダ
イヤモンド被覆層の大きな剥離が見られ、逃げ面摩耗量
も０．２３ｍｍ、０．２０ｍｍとなり、被削材も大きく
溶着しているため切削を中止した。
げ面摩耗量、切り刃の摩耗状態、被削材の溶着状態を観
察したところ、本発明切削チップは、（３）を除き、切
削開始１０分後の切れ刃観察において、逃げ面摩耗量は
０．０３ｍｍ〜０．０４ｍｍで、すべて正常摩耗であ
り、また被削材の溶着は殆ど見られなかった。（３）に
ついては、逃げ面摩耗量は０．０８ｍｍで、切れ刃に微
小剥離が見られた。これに対して比較チップ（９）、
（10）では、切削開始５分後の切れ刃観察において、ダ
イヤモンド被覆層の大きな剥離が見られ、逃げ面摩耗量
も０．２３ｍｍ、０．２０ｍｍとなり、被削材も大きく
溶着しているため切削を中止した。
【００２４】切削試験後のチップを切断、ラッピング
後、基材−ダイヤモンド被覆層界面を光学顕微鏡にて観
察したところ、本発明切削チップにおいては、Ｗ粒また
はＴｉ粒がダイヤモンド被覆層に最大２．０μｍの深さ
にて侵入していることがわかった。
後、基材−ダイヤモンド被覆層界面を光学顕微鏡にて観
察したところ、本発明切削チップにおいては、Ｗ粒また
はＴｉ粒がダイヤモンド被覆層に最大２．０μｍの深さ
にて侵入していることがわかった。
【００２５】実施例３ 母材として、 Ｋ１０超硬合金（ＷＣ−０．４ｗｔ％ＴａＣ−０．２
ｗｔ％ＮｂＣ−５ｗｔ％Ｃｏ） Ｐ３０超硬合金（ＷＣ−１０ｗｔ％ＴｉＣ−６ｗｔ％
ＴａＣ−３ｗｔ％ＮｂＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ） 窒素含有サーメット（３８ｗｔ％ＴｉＣ−１２ｗｔ％
ＴｉＮ−１０ｗｔ％ＴａＮ−１０ｗｔ％Ｍｏ2 Ｃ−１５
ｗｔ％ＷＣ−５ｗｔ％Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｃｏ） 高速度鋼（ＤＩＮ １．３２０７） で形状がＳＰＧ４２２のスローアウェイチップを準備し
た。これら準備チップに対して表１の表面粗面化処理を
施したチップ（１）〜（17）を準備した。また比較のた
め、これらの基材に対して中間層を設けなかった比較チ
ップ（18）〜（21）〔母材材質はそれぞれ〜が対
応〕、およびこれらの基材に中間層は設けたが粗面化処
理を行わなかった比較チップ（22）〜（25）も表２に示
すように準備した。
ｗｔ％ＮｂＣ−５ｗｔ％Ｃｏ） Ｐ３０超硬合金（ＷＣ−１０ｗｔ％ＴｉＣ−６ｗｔ％
ＴａＣ−３ｗｔ％ＮｂＣ−１０ｗｔ％Ｃｏ） 窒素含有サーメット（３８ｗｔ％ＴｉＣ−１２ｗｔ％
ＴｉＮ−１０ｗｔ％ＴａＮ−１０ｗｔ％Ｍｏ2 Ｃ−１５
ｗｔ％ＷＣ−５ｗｔ％Ｎｉ−１０ｗｔ％Ｃｏ） 高速度鋼（ＤＩＮ １．３２０７） で形状がＳＰＧ４２２のスローアウェイチップを準備し
た。これら準備チップに対して表１の表面粗面化処理を
施したチップ（１）〜（17）を準備した。また比較のた
め、これらの基材に対して中間層を設けなかった比較チ
ップ（18）〜（21）〔母材材質はそれぞれ〜が対
応〕、およびこれらの基材に中間層は設けたが粗面化処
理を行わなかった比較チップ（22）〜（25）も表２に示
すように準備した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】比較チップも含めたこれら全チップに実施
例１と同様の方法にて超音波振動による傷つけ処理を施
し、実施例２と同様の方法にて表面に６μｍのダイヤモ
ンド被覆層を設けた。これらのチップに関して、実施例
２と同様の条件にて切削試験を行った結果、本発明チッ
プのうち（４）、（７）、（８）、（14）、（17）を除
いたものでは、３０分間切削したところ全て正常摩耗
で、逃げ面摩耗量は０．０５〜０．０６ｍｍとなり、ダ
イヤモンド被覆層の剥離は認められなかった。本発明チ
ップ（４）、（７）、（８）、（14）、（17）において
は、逃げ面摩耗量は０．０７〜０．０９ｍｍ程度で微小
なダイヤモンド被覆層の剥離が認められたが、切削抵抗
の増加や被削材面粗度の低下は生じていなかった。比較
チップ（18）〜（25）は全て３分間の切削にてダイヤモ
ンド被覆層の大きな剥離が認められ、逃げ面摩耗量も
０．２ｍｍを越えた。本発明チップ（７）、（８）にお
いては、中間層最外面の粗面化が不十分であったため、
ダイヤモンド被覆層の密着力がやや低かったことが考察
できる。また、高速度鋼を基材材質とした（４）、
（８）、（14）、（17）は、基材の強度が低いため切削
時に刃先の疲労が発生し、これがダイヤモンド被覆層の
剥離につながったと推察できる。いずれにせよ、本実施
例より中間層を設けてその表面を粗面化することは、ダ
イヤモンド被覆層の密着強度向上に大きく影響を与える
ことが判る。
例１と同様の方法にて超音波振動による傷つけ処理を施
し、実施例２と同様の方法にて表面に６μｍのダイヤモ
ンド被覆層を設けた。これらのチップに関して、実施例
２と同様の条件にて切削試験を行った結果、本発明チッ
プのうち（４）、（７）、（８）、（14）、（17）を除
いたものでは、３０分間切削したところ全て正常摩耗
で、逃げ面摩耗量は０．０５〜０．０６ｍｍとなり、ダ
イヤモンド被覆層の剥離は認められなかった。本発明チ
ップ（４）、（７）、（８）、（14）、（17）において
は、逃げ面摩耗量は０．０７〜０．０９ｍｍ程度で微小
なダイヤモンド被覆層の剥離が認められたが、切削抵抗
の増加や被削材面粗度の低下は生じていなかった。比較
チップ（18）〜（25）は全て３分間の切削にてダイヤモ
ンド被覆層の大きな剥離が認められ、逃げ面摩耗量も
０．２ｍｍを越えた。本発明チップ（７）、（８）にお
いては、中間層最外面の粗面化が不十分であったため、
ダイヤモンド被覆層の密着力がやや低かったことが考察
できる。また、高速度鋼を基材材質とした（４）、
（８）、（14）、（17）は、基材の強度が低いため切削
時に刃先の疲労が発生し、これがダイヤモンド被覆層の
剥離につながったと推察できる。いずれにせよ、本実施
例より中間層を設けてその表面を粗面化することは、ダ
イヤモンド被覆層の密着強度向上に大きく影響を与える
ことが判る。
【００２９】さらに、本発明の大きな長所として、一般
にダイヤモンド被覆層の形成が困難とされている鉄など
の炭素固溶元素を含有する金属基材に対しても、十分な
密着強度を持つダイヤモンド被覆層の形成を可能にして
いることが判る。具体的には、とを基材とした実施
例を比較した場合、はと比較してダイヤモンド被覆
時に悪影響を及ぼすＣｏの含有率が高いが、中間層を設
け、この表面を粗面化することにより基材の影響がなく
なっていることが判る。また、を基材とした場合に
も、本発明では十分な密着力を持つダイヤモンド被覆層
の形成を可能としている。言い換えれば、本発明により
ダイヤモンド被覆硬質材料の基材選定の幅は大きく広が
っていることが判る。
にダイヤモンド被覆層の形成が困難とされている鉄など
の炭素固溶元素を含有する金属基材に対しても、十分な
密着強度を持つダイヤモンド被覆層の形成を可能にして
いることが判る。具体的には、とを基材とした実施
例を比較した場合、はと比較してダイヤモンド被覆
時に悪影響を及ぼすＣｏの含有率が高いが、中間層を設
け、この表面を粗面化することにより基材の影響がなく
なっていることが判る。また、を基材とした場合に
も、本発明では十分な密着力を持つダイヤモンド被覆層
の形成を可能としている。言い換えれば、本発明により
ダイヤモンド被覆硬質材料の基材選定の幅は大きく広が
っていることが判る。
【００３０】
【発明の効果】本発明ダイヤモンドおよび／またはダイ
ヤモンド状炭素被覆硬質材料においては、いずれも従来
のダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆
硬質材料と比べると、良好な耐剥離性を持つことがわか
る。本実施例は超硬合金、窒化珪素基セラミックス、窒
素含有サーメットを基材として、切削工具に適用した場
合に付いて示したが、炭化珪素、Ａｌ2 Ｏ3 を主体とし
た各種セラミックスなど、各種硬質材料を基材とした場
合も、良好な結果が得られることは十分予想できる。ま
た、ＴＡＢツールなどの耐摩工具や機械部品に応用した
場合も、良好な結果が得られることは、十分予想でき
る。そのほか、エンドミル、ドリル、プリント基板穴あ
け用ドリル、リーマーにも応用できる。
ヤモンド状炭素被覆硬質材料においては、いずれも従来
のダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状炭素被覆
硬質材料と比べると、良好な耐剥離性を持つことがわか
る。本実施例は超硬合金、窒化珪素基セラミックス、窒
素含有サーメットを基材として、切削工具に適用した場
合に付いて示したが、炭化珪素、Ａｌ2 Ｏ3 を主体とし
た各種セラミックスなど、各種硬質材料を基材とした場
合も、良好な結果が得られることは十分予想できる。ま
た、ＴＡＢツールなどの耐摩工具や機械部品に応用した
場合も、良好な結果が得られることは、十分予想でき
る。そのほか、エンドミル、ドリル、プリント基板穴あ
け用ドリル、リーマーにも応用できる。
【図１】本発明の中間層−ダイヤモンド被覆層界面の状
態を模式的に示す概念図である。
態を模式的に示す概念図である。
【図２】図１に示される状態を直線に擬似化した説明図
である。
である。
【図３】本発明において、砥石等の傷つけ処理により粗
面とした例の説明図である。
面とした例の説明図である。
【図４】本発明において、中間層表面に柱状晶および／
または針状晶を被覆して粗面とした例の説明図である。
または針状晶を被覆して粗面とした例の説明図である。
【図５】本発明において、中間層表面をエッチングして
粗面とした例の説明図である。
粗面とした例の説明図である。
【図６】本発明において、中間層最外表面にマスクを施
してからエッチングして粗面とした例の説明図である。
してからエッチングして粗面とした例の説明図である。
【図７】本発明において、レーザー等による物理的加工
により粗面とした例の説明図である。
により粗面とした例の説明図である。
【図８】本発明において、微粒の集合体を基材の全面に
被覆した例の説明図である。
被覆した例の説明図である。
【図９】本発明において、粗粒を基材の前面に被覆した
例の説明図である。
例の説明図である。
【図１０】本発明において、微粒の集合体を基材に部分
被覆した例の説明図である。
被覆した例の説明図である。
【図１１】本発明において、粗粒を基材に部分被覆した
例の説明図である。
例の説明図である。
Claims (9)
- 【請求項１】 硬質材料の表面に、ダイヤモンドおよび
／またはダイヤモンド状炭素被覆層を形成してなる被覆
硬質材料において、基材表面とダイヤモンドおよび／ま
たはダイヤモンド状炭素被覆層の間に１層以上の中間層
が存在し、中間層最外表面の面粗度がＲmax にて０．５
μｍ以上であることを特徴とするダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項２】 硬質材料の表面に、ダイヤモンドおよび
／またはダイヤモンド状炭素被覆層を形成してなる被覆
硬質材料において、基材表面とダイヤモンドおよび／ま
たはダイヤモンド状炭素被覆層の間に１層以上の中間層
が存在し、中間層最外表面−ダイヤモンドおよび／また
はダイヤモンド状炭素被覆層界面において、（１）微視
的凹凸が存在し、（２）基準長さを５０μｍとしたと
き、この基準長さ内の微視的面粗度が０．５〜３０μｍ
であることを特徴とするダイヤモンドまたはダイヤモン
ド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項３】 中間層最外表面が、窒素珪素、窒化珪素
を含む物質、サイアロン、サイアロンを含む物質および
またはこれらを含む物質からなる群れから選ばれるもの
で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載
のダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材
料。 - 【請求項４】 中間層最外表面が、炭化珪素および／ま
たは炭化珪素を含む物質で構成されることを特徴とする
請求項１または２に記載のダイヤモンドまたはダイヤモ
ンド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項５】 中間層最外表面が、IVａ族、Ｖａ族、VI
ａ族、VII ａ族の中から選ばれる少なくとも１種以上の
金属またはこれらの合金および／またはこれらの炭化
物、窒化物または炭窒化物またはこれらを含む物質にて
構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の
ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項６】 中間層の最外表面に、アスペクト比が
１．５以上の柱状形状の物質が存在することを特徴とす
る請求項１〜５の何れかに記載のダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項７】 中間層の最外表面に、針状形状である物
質が存在することを特徴とする請求項１〜６の何れかに
記載のダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質
材料。 - 【請求項８】 硬質材料が、（１）超硬合金、（２）サ
ーメット、（３）Ａｌ2 Ｏ3 、窒化珪素、炭化珪素など
の各種セラミックス、または（４）これらの複合材料で
あることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のダ
イヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆硬質材料。 - 【請求項９】 中間層全体の平均層厚が、０．２μｍ〜
３００μｍであることを特徴とする請求項１〜８の何れ
かに記載のダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素被覆
硬質材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-43605 | 1991-03-08 | ||
| JP4360591 | 1991-03-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148068A true JPH05148068A (ja) | 1993-06-15 |
Family
ID=12668463
Family Applications (1)
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