JPH1053871A - ダイヤモンド被覆炭素部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 母材とダイヤモンド被膜との密着性を向上さ
せて、両者の界面に生じやすいクラックや剥離の発生を
無くし、炭素材料自体が有する性質の優位性を確保しつ
つ、ダイヤモンド被膜の優れた特性を最大限有効に発揮
させることのできるダイヤモンド被覆炭素部材を提供す
る。 【解決手段】 炭素質基体の表面にＣＶＲ（Chemical V
aper Riaction)法により炭化珪素に転化された被覆層を
形成し、その表面にさらにダイヤモンド被膜を形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面をダイヤモン
ドで被覆した炭素部材に関するものであり、更に詳しく
いえば、工具類を始め、各種センサー等に使用される素
子、各種半導体デバイスの構成材料、磁気記録媒体、各
種電気・電子部材、各種光学機器の光素子及び光装置、
核融合装置用材料、音響機器等の部品等に使用されるダ
イヤモンド被膜炭素部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、現在知られている物質
の中で最も硬く、熱伝導性に優れ、科学的に非常に安定
である、弾性係数が大きい、電気絶縁性が良い等数多く
の利点を有するため、電子、機械、宇宙航空産業等の広
い産業分野に適用可能な新素材として注目されている。
ダイヤモンドの合成方法としては、高温超高圧下で合成
する高圧合成法の他に、セラミックや金属等の基材の表
面に大面積のダイヤモンド薄膜を形成することのできる
低圧合成法が広く知られている。

【０００３】さらに低圧合成法は、物理蒸着法｛（Ｐｈ
ｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）以
下、ＰＶＤ法と略す｝と化学蒸着法｛（Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）以下、ＣＶＤ法
と略す｝に大別することができるが、ＣＶＤ法は、ＰＶ
Ｄ法に比べて結晶性が高いダイヤモンドを大面積に亘っ
て、しかも速い速度で形成できるという利点を有するた
め、近年では、ＣＶＤ法による合成法が主力となってい
る。

【０００４】また、通常、ダイヤモンド被膜形成用の下
地（以下、単に母材という）としては、ダイヤモンド、
タングステン焼結体、炭化珪素焼結体、シリコン単結
晶、モリブデン、ニオブ、タンタル、バナジウム、クロ
ム、ハフニウム、ゲルマニウム、ニッケル、銅、金等の
金属や、立方晶窒化ホウ素焼結体、窒化珪素焼結体、酸
化アルミニウム、二酸化珪素、ステライト、サーメット
等のセラミックが使用される。

【０００５】そして、上記母材にダイヤモンド被膜を形
成する際は、約５００ケルビン（以下、Ｋと略す）〜１
５００Ｋに加熱し、メタン、エチレン、プロパン、アセ
チレン、一酸化炭素、二酸化炭素のような気体及びメチ
ルアルコール、エチルアルコール、ベンゼン、アセトン
等の液体を気化させた原料ガスを水素ガスで希釈し、炉
内をアルゴンガス雰囲気または水素ガス雰囲気にし、原
料ガスを励起させて、化学輸送法、熱ＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、燃焼法、光ＣＶＤ法等の各種のＣＶＤ法の
うち、適切な方法を実施することにより目的を達してい
る。

【０００６】しかしながら、前記母材にダイヤモンド被
膜を形成するに当たっては、種々の配慮すべき事項があ
り、具体的には耐熱性の良い母材を選択する必要があ
ること、母材がセラミックの場合は、非常に硬いため
加工し難いこと、母材とダイヤモンド被膜との密着性
があまり良くないこと、等の技術的な欠点があるため、
ダイヤモンド被膜製品の適用用途に応じてこれらの欠点
を少なくするための配慮を必要とし、またそのような配
慮の下に加工を行っても、経済性も併せて確保するとい
う要請下では必ずしも満足できる製品が得られるとは限
らなかった。

【０００７】そこで、ダイヤモンド被覆部材の改良のた
めの検討が進められる中、炭素材料の有する、耐熱性が
良く、加工を行い易く、経済的に安価である等の優れた
性質が着目され、この炭素材料を母材とし、その表面に
直接ダイヤモンド被膜を形成する試みも行われた。しか
し、熱膨張係数が大きく違うためダイヤモンド被膜との
密着性が良くなく、また、ＣＶＤ法の実施時には、水素
を多量に含む還元性雰囲気中に炭素材料を直接曝すこと
になるため、炭素材料と水素ガスとが反応して炭素材料
が消耗してしまうという欠点があり、炭素材料自体の優
位な特性を生かすことができなかった。

【０００８】さらに、このような欠点の解消を目的とし
て、炭素材料成形体の表面にＣＶＤ法で炭化珪素被膜層
を形成したものを母材とし、この母材上にダイヤモンド
被膜を形成したダイヤモンド被覆炭素部材が提案された
（特開平１−２０１４７８号公報）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者等が
実際に上記のダイヤモンド被覆炭素部材を使用してみる
と、母材にクラックや剥離が発生し易く、適用用途例え
ば切削工具の刃先に応用した場合、寿命が短く、刃先の
取替回数が増えてかえって製作コストが高くつくという
問題点のあることが判明した。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、母材とダイヤモンド被膜との密着性を向上させ
て、両者の界面に生じやすいクラックや剥離の発生を無
くし、炭素材料自体が有する性質の優位性を確保しつ
つ、ダイヤモンド被膜の優れた特性を最大限有効に発揮
させることのできるダイヤモンド被覆炭素部材を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明のうち、請求項１記載の発明のダイヤモンド被覆炭
素部材とは、炭素質基体の表面に化学気相反応（以下、
「ＣＶＲ（Chemical Vapor Reaction)法」という。）に
より炭化珪素に転化された被覆層が形成され、その表面
にさらにダイヤモンド被膜が形成されてなることを特徴
とする。これにより、従来問題とされていた母材とダイ
ヤモンド被膜両者の界面のクラックや剥離を無くし、炭
素材料自体が有する性質の優位性を確保しつつ、ダイヤ
モンド被膜の優れた特性を最大限有効に発揮させること
のできるダイヤモンド被覆炭素部材とすることができ
る。

【００１２】また、請求項２記載の発明のダイヤモンド
被覆炭素部材は、請求項１記載の発明の構成のうち、炭
化珪素に転化された被覆層の厚みが１μｍ以上であり、
かつダイヤモンド被膜の厚みが１μｍ〜１００μｍであ
ることを特徴とする。これにより、請求項１記載の発明
の効果（母材とダイヤモンド被膜との密着性を向上する
こと）を一層顕著なものとすることができる。

【００１３】以下、本発明を詳しく説明する。本発明者
等も従来から品質の良いダイヤモンド被覆炭素部材を開
発すべく鋭意研究を行ってきており、従来のダイヤモン
ド被覆炭素部材の界面付近（炭素部材表層部）における
ＳｉＣ層が結晶構造的にみて緻密で層状に形成されてい
る点に着目し、母材とダイヤモンド被膜の密着性の低さ
はこの形態の存在に起因するものと考えた。即ち、炭化
珪素に転化された層（以下、単に転化層という）の下面
と炭素質成形体（以下、炭素質基体という）の上面との
境界面が層状でなくて波状となるような積層形態であれ
ば、両者がいわば噛み合って結合された状態となるの
で、密着性を改善できるはずとの予測の下、本発明者等
が先に開発した方法、即ち一酸化珪素（ＳｉＯ）ガスを
作用させて化学反応により黒鉛基材の上に炭化珪素成形
体（ＳｉＣ膜）を形成する方法を応用した結果、密着性
の点で満足できるダイヤモンド被覆部材が得られること
を確認することができ、本発明の完成を見たものであ
る。

【００１４】さらに、実験を進め、転化層の膜厚と、そ
の上に形成するダイヤモンド被膜の膜厚を最適化すれ
ば、ダイヤモンド被膜と母材（以下、本発明でいう母材
とは、転化層を有する炭素質基体をいうものにする）の
表層部との密着性の改善が一層顕著となり、しかも炭素
質基体と転化層の界面でクラックや剥離の発生も完全に
回避できるとの知見を得て、本発明（請求項２記載の発
明）に到達したものである。

【００１５】本発明の構成のうち、まず炭素質基体につ
いて説明する。本発明で使用する炭素質基体としては、
実質的に炭素のみからなり常法によって製造されたもの
で良く、例えば黒鉛化炭素材料、炭素繊維強化炭素複合
材料（いわゆるＣ／Ｃ材料）、ガラス状炭素成形体、膨
張黒鉛成形体が使用できる。

【００１６】上記炭素質基体に含まれる不純物は極力少
なくすることが望ましく、日本工業規格（以下、単にＪ
ＩＳという）Ｒ７２２１−１９７９に示される高純度黒
鉛素材を使用することが更に望ましい。中でも炭素質基
体を塩素ガス、フッ素ガス、及びこれら塩素ガス、フッ
素ガスを含有する例えばモノクロロトリフルオルメタ
ン、ジクロロジフルオルメタン、トリクロロモノフルオ
ルメタン等のガスで２０００Ｋ〜３０００Ｋに昇温して
高純度化し、灰分を５０ｐｐｍ以下とした炭素質基体を
選択して使用することが特に望ましい。中でもダイヤモ
ンド被膜と母材との密着強度を低下させ、しかもダイヤ
モンドの成長速度を抑制する原因となるコバルトは、１
０ｐｐｍ以下とした炭素質基体を使用することが最も望
ましい。

【００１７】なお、コバルトの含有率を測定する方法と
しては、例えば日本分析化学会発行の「分析化学」Ｖｏ
ｌ．４２（１９９３）別刷の４８６ページに示される。
「誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ法ともい
う）」に示される方法が例示できる。

【００１８】更に付言すると、破損の防止を考慮して強
度が高い炭素質基体、例えば３点強度試験によって測定
した曲げ強度は、４０ＭＰａ以上の炭素質基体を選択す
ることが望ましい。また、上記炭素質基体の中でも炭素
質基体と炭化珪素の剥離・クラックを防止するため熱膨
張係数が炭化珪素の熱膨張係数に近い炭素質基体、例え
ば炭素協会規格（以下、ＪＣＡＳという）にいう「石英
膨張計による平均熱膨張係数の測定法」で測定した、室
温から１２７３Ｋまでの平均熱膨張係数が４．０×（１
０^-6／Ｋ）〜５．０×（１０^-6／Ｋ）である炭素質基体
を選択することが更に望ましく、その中でも異方比が
１．２以下の等方性黒鉛材料を使用することが特に望ま
しく、炭素質基体の表層部を炭化珪素に転化するため水
銀圧入法による平均気孔半径０．５μｍ乃至１．８μｍ
の等方性黒鉛材料を選択することが望ましい。なお、累
積気孔容積及び平均気孔半径の測定には、例えば水銀圧
入法を例示でき、最大圧力９８ＭＰａまで加圧したとき
の気孔量を累積気孔容積（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）とし、
累積気孔容積の１／２に相当する値（μｍ）を平均気孔
半径として決定することができる。また、ここでいう等
方性黒鉛材料とは、任意に直角をなす方向の熱膨張係数
の異方性が１．２以下の黒鉛材料をいうものとする。

【００１９】次に、炭化珪素の転化層について説明す
る。炭素質基体の表層部を炭化珪素に転化する方法とし
ては、基本的には本発明者等が先に開示した特開平１−
２６４９６９号公報に記載のＣＶＲ法に従えばよいが、
具体的には所定の形状に加工した炭素質基体を、電気炉
内に置き、不活性ガス雰囲気とした後、例えば金属珪素
とＳｉＯ₂ とを反応させてＳｉＯガスを発生させ、約２
０００Ｋで前記炭素質基体とＳｉＯガスを反応させて炭
素質基体の表層部に転化層を形成すればよい。なお、転
化層は炭素質基体の表層部の中で一部分のみ或いは表層
部全面を転化することも可能である。

【００２０】転化層の厚みは、炭素質基体の表面から深
さ方向に亘って１μｍ以上とすることが望ましい。その
理由は、転化層の深さが１μｍよりも薄いと、ダイヤモ
ンド被膜を形成するときに水素ガスによって炭素質基体
がエッチングされるのを充分に防止することができな
い。また、転化層の厚みに上限はないけれども１０００
μｍよりも厚くすると、転化層に存在する気孔に封じ込
まれた気体、例えば水蒸気、一酸化珪素、一酸化炭素、
酸素、及び炭素粉等がダイヤモンド被膜を形成するとき
の熱拡散によって転化層の気孔から放出し、ダイヤモン
ド被膜が成長する速度に影響を与えるだけでなく、一酸
化炭素、炭素粉は熱励起によって無定形硬質炭素膜とな
って析出し、ダイヤモンド被膜の純度にも影響を及ぼす
可能性がある。従って、より確実顕著な効果を得るため
には、転化層の厚みを１０μｍ〜５００μｍとすること
が安全で望ましい。

【００２１】また、転化層を形成して平均気孔半径を
０．５μｍ以下とし、且つ累積気孔容積は５（×１０^-2
Ｍｇ／ｍ³ ）以下にすることによって上記効果、即ちダ
イヤモンド被膜の結晶速度の促進及びダイヤモンド被膜
の純度を一層向上させることができることも本発明者ら
は見いだしている。

【００２２】さらに、転化層に存在する気孔に、熱膨張
係数がダイヤモンドと転化層の中間であって、しかも気
密性が高く、硬度が高いガラス状炭素や、ダイヤモンド
被膜と密着性の優れた珪素を含浸（併用しても良い）す
ることによって転化層の気孔を封孔し、しかも母材の強
度を向上させる上で有効であることも本発明者らは見い
だしている。

【００２３】上記操作によって作成された母材は、粒子
径が０．１μｍ〜１μｍのダイヤモンド粉末（ダイヤモ
ンドコンパウンドともいう）の入った液体中に入れて超
音波洗浄を行い、またはダイヤモンドサンドペーパーを
使用して表面の粗さをＪＩＳＢ０６０１−１９８２に示
される最大表面粗さ（Ｒ_max ）が０．５μｍ〜１．０μ
ｍとなるように表面に引っかき傷（以下、スクラッチと
いう）を形成することによってダイヤモンド被膜の成長
速度及び母材との密着性を一層向上させることも可能で
ある。なお、この場合のスクラッチ作業は、従来のダイ
ヤモンド被膜炭素部材におけるＣＶＤ−ＳｉＣ層表面を
スクラッチする場合に比べて簡単となる。即ち、従来の
ＣＶＤ−ＳｉＣ層は非常に緻密でその表面も平坦である
ため、より強力なスクラッチ作業を必要とするのに対
し、本発明のＣＶＲ−ＳｉＣ層は比較的多孔質（ポーラ
ス）で、その表面もかなり起伏に富んでいるため、軽め
のスクラッチでよく、作業コストの低減化に有利といえ
る。

【００２４】上記母材の表面に形成するダイヤモンド被
膜について説明する。母材表面に形成するダイヤモンド
被膜の厚みは、１μｍ以上〜１００μｍ以下とすること
が望ましい。その理由は、ダイヤモンド被膜の膜厚が１
μｍよりも薄いと、母材表面に形成されたダイヤモンド
被膜がすぐに磨耗してしまい、１００μｍよりも厚くす
ると、ダイヤモンドの熱膨張係数が転化層のそれに比べ
てはるかに小さいため、母材に引っ張り応力が発生し、
母材とダイヤモンド被膜との間で剥離及びクラックが生
じ易くなるだけでなく、ダイヤモンド被膜を形成するた
めの時間も長くなる。従って、母材表面に形成させるべ
きダイヤモンド被膜の厚みとしては、は、１０μｍ〜５
０μｍとすることが安全で望ましい。

【００２５】ダイヤモンド被膜を形成するときの条件に
ついて説明すると以下のようになる。ダイヤモンド被膜
の形成手段は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱フィラ
メント法、高周波プラズマＣＶＤ法、電子衝撃ＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、直流ＣＶＤ法等を例示することがで
き、その中から任意に選択することが可能である。

【００２６】マイクロ波プラズマＣＶＤ法でダイヤモン
ド被膜を形成する例を一例として例示すると以下のよう
になる。先ず、スクラッチを形成した母材を装置に入れ
る。装置内は約１トール〜１００トールのアルゴンガス
雰囲気の減圧状態にし、誘導加熱によって母材を加熱す
る。母材を加熱する温度は母材の剥離・クラック等を生
じさせないようにするため極力低い温度とすることが望
ましく、１０００Ｋ以下とすることが望ましい。

【００２７】続いて２．４５ギガヘルツのマイクロ波を
導波管から発進する。ダイヤモンドの供給源である原料
ガスとしてはメタンガスを担体ガスとしては水素ガスを
使用し、メタンガス１に対し、水素ガスを５０〜２００
の体積比率で供給する。この場合最初は、メタンガスの
濃度を薄くし、徐々にメタンガスの濃度を濃くすること
も可能である。ダイヤモンド被膜の析出速度が時間当た
り１μｍよりも小さいと所定の膜厚を得るために時間が
長くなり、加熱時間が長くなるので母材への影響、即ち
剥離及びクラックの原因になる。また、析出速度が１０
μｍよりも速くなると、純度の高い多結晶ダイヤモンド
被膜以外に、無定形硬化炭素膜が析出するためダイヤモ
ンドの純度が低下するだけでなく、母材との密着性を向
上させる上で望ましくない。

【００２８】このようにして本発明のダイヤモンド被膜
炭素製品を製造することが可能であるが、用途に応じて
ダイヤモンドの特性を更に活かすことが可能である。最
も良く使用される切削工具、例えばバイト、ドレッサ
ー、カッター、ドリル、ガラス切り等に使用する場合に
は、高い硬度が必要なだけでなく、被加工物に高い加工
精度を付与することも必要である。なお、前記切削工具
として使用する時に問題となるのは、磨耗によって刃先
の鋭利さがなくなってしまうことである。従って、前記
切削工具に使用する場合に形成する場合には刃先の鋭利
さを活かしつつ、しかも磨耗に充分に耐えるだけの充分
な膜厚を確保することが必要であり、ダイヤモンド膜厚
は１０μｍ〜３０μｍ程度とすることが望ましい。

【００２９】また、高い熱伝導率を要求されるような用
途に使用する場合には、ダイヤモンドの高い熱伝導率に
加えて、母材の高い熱伝導率にすることが望ましい。そ
のような場合には熱伝導率の低い転化層の膜厚は極力薄
くし例えば１μｍ程度にし、炭素質基体は、熱伝導率が
１００Ｗ／（ｍ・ｋ）以上の高い炭素質基体を選択し、
母材全体として熱伝導率を高くすることが望ましい。

【００３０】上記したように、本発明では、特定の物性
の炭素質基体を選択し、係る炭素質基体の表層部にＣＶ
Ｒ（Chemical Vaper Riaction)法により炭化珪素に転化
された被覆層を１μｍ〜１０００μｍの厚みで形成して
いるので、転化層と炭素質基体の界面で剥離やクラック
が生じることがない。また必要に応じて、転化層の平均
気孔半径と累積気孔容積を調節し、しかも場合によって
はガラス状炭素や珪素を転化層の気孔に含浸することに
よって母材の気密性も向上させることができるので、ダ
イヤモンド被膜を形成したときに無定形硬質炭化膜等の
形成が殆ど無く、純度の高いダイヤモンド被膜を得るこ
とができ、ダイヤモンド被膜と母材との密着性も良く剥
離・クラックの発生もない。

【００３１】

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説
明する。実施例１ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を５０ｍｍ角で厚みが
１０ｍｍも寸法に加工した後、高純度化し、試験片とし
た。試験片に含まれる灰分は１０ｐｐｍであった。 （母材の調製）一方、内径が１００ｍｍで肉厚が１０ｍ
ｍ、高さが１００ｍｍの黒鉛ルツボに、金属珪素０．３
ｋｇ充填し、高周波誘導加熱によって１８００Ｋで金属
珪素を溶融した。溶融珪素に試験片を入れて試験片の表
層部全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成
し、これを母材とした。母材中の転化層の気孔について
累積気孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したと
ころ、各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μ
ｍであった。この母材に、真空中２０００Ｋで２時間、
珪素を転化層の気孔９５％含浸した。ＩＣＰ−ＭＳ法で
珪素を含浸した上記母材の転化層に含まれるコバルトの
含有率を測定したところ、１．８ｐｐｍであた。市販
０．５リットルのビーカーに平均粒子径が０．１μｍの
ダイヤモンドコンパウンドを入れ、これに純水を加えて
ダイヤモンドコンパウンドを分散し、この中に上記超音
波処理を行った母材を入れて取り出した後、母材の表面
粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に示される方法で
測定した結果、最大表面粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍで
あった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板（母材）温度を１２００Ｋとし、２．
４５ギガヘルツのマイクロ波を導波管を通じて反応管の
中央に導入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ
堆積させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００３２】実施例２ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．８μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が４０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工し、試験片とした。試験片に含
まれる灰分は１２ｐｐｍであった。 （母材の調製）一方、電気炉内に仕切りを設け、仕切り
の一部に黒鉛ルツボを置き、この黒鉛ルツボ内に金属珪
素０．１ｋｇと二酸化珪素０．１ｋｇを入れた。また別
室には試験片を置き、電気炉内全体はアルゴンガスを１
分間当たり１リットルの割合で流して不活性ガス雰囲気
とした後、２３００Ｋに加熱して一酸化珪素ガスを発生
させた後、炭素質基体と一酸化珪素ガスを反応させて炭
素質基体の表層部全面に転化層を５００μｍ形成したも
のを母材とした。母材中の転化層の気孔について累積気
孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、
各々２．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．２μｍであ
った。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化
層に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、０．
５ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平
均粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入
れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分
散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間
与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った
母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６
０１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表
面粗さ（Ｒ_max ）は０．７μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板温度を１２００Ｋとし、２．４５ギガ
ヘルツのマイクロ波を導波管を通じて反応管の中央に導
入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ体積さ
せ、２０時間継続して反応を行ってマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で２０μｍダイヤモンド被膜を形成した。

【００３３】実施例３ （炭素質基板の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
０．５μｍ、３点曲げ強度が９０ＭＰａ、石英熱膨張計
による室温から１２７３Ｋまでの平均熱膨張係数が４．
９（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料を作成した。この
等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚みが１０ｍｍの寸法
に加工し、試験片とした。試験片に含まれる灰分は１２
ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素質基
体の表層部全面に転化層を２５０μｍ形成したものを母
材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔面積
と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各々
１．８（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．１μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、０．９
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入れ、
これに純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分散
し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間与
えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った母
材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０
１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面
粗さ（Ｒ_max ）は０．９μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度０．
５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を５０
トール、基板温度を１２００Ｋとし、ダイヤモンド被膜
を１時間当たり１μｍ堆積させ、２０時間継続して反応
を行って熱フィラメントＣＶＤ法で２０μｍダイヤモン
ド被膜を形成した。

【００３４】実施例４ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が５．０（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工し、試験片とした。試験片に含
まれる灰分は１４ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素質基
体の表層部全面に転化層を２５０μｍ形成したものを母
材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔容積
と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各々
３．４（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．６μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、３．８
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを分散
し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間与
えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った母
材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳＢ０６０１
−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面粗
さ（Ｒ_max ）は１．０μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板温度を１２００Ｋとし、ダイヤモンド
被膜を１時間当たり２μｍ堆積させ、１０時間継続して
反応を行って熱フィラメントＣＶＤ法で２０μｍダイヤ
モンド被膜を形成した。

【００３５】実施例５ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が４．０（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工し、試験片とした。試験片に含
まれる灰分は２．１ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素質基
体の表層部全面に転化層を２５０μｍ形成したものを母
材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔容積
と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各々
２．８（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、０．１
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径が０．１μｍのダイヤモンドを分散し、この中に
上記母材を入れて超音波振動を１０分間与えてスクラッ
チを形成した。上記超音波処理を行った母材を取り出し
た後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２
に示される測定した結果、最大表面粗さ（Ｒ_max ）は
０．９μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板温度を１２００Ｋとし、ダイヤモンド
被膜を１時間当たり２μｍ堆積させ、１０時間継続して
反応を行って熱フィラメントＣＶＤ法で２０μｍダイヤ
モンド被膜を形成した。

【００３６】実施例６ （炭素質基体の調製）実施例１で作成した試験片を使用
した。 （母材例１の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素
質基体の表層部全面に転化層を９５０μｍ形成したもの
を母材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔
容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各
々２．８（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、０．１
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入
れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分
散し、この中に母材を入れて超音波振動を１０分間与え
てスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った母材
を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１
−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面粗
さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で２０μｍダイヤモンド被膜を形成した。

【００３７】実施例７ （炭素質基体の調製）実施例１で作成した試験片を使用
した。 （母材の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素質基
体の表層部全面に転化層を１．１μｍ形成したものを母
材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔容積
と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各々
３．３（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．８μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、２．２
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径が０．１μｍのダイヤモンドを分散し、この中に
上記母材を入れて超音波振動を１０分間与えてスクラッ
チを形成した。上記超音波処理を行った母材を取り出し
た後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２
に示される方法で測定した結果、最大表面粗さ
（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で２０μｍダイヤモンド被膜を形成した。

【００３８】実施例８ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．２μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工し、試験片とした。試験片に含
まれる灰分は５０ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様の操作を行って炭素質基
体の表層部全面に転化層を２００μｍ形成したものを母
材とした。母材中の転化層の気孔について累積気孔容積
と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、各々
４．９（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．８μｍであっ
た。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、９．８
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子けい０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入
れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパンドを分散
し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間与
えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った母
材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０
１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面
粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で２０μｍダイヤモンド被膜を形成した。

【００３９】実施例９ （母材の調製）実施例１で作成した母材を使用し、市販
０．５リットルのビーカーに平均粒子径が０．１μｍの
ダイヤモンドコンパウンドを入れ、これに純水を加えて
ダイヤモンドコンパウンドを分散し、この中に母材を入
れて超音波振動を１０分間与えてスクラッチを形成し
た。上記超音波処理を行った母材を取り出した後、母材
の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に示される
方法で測定した結果、最大表面粗さ（Ｒ_max ）は０．８
μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板（母材）温度を１２００Ｋとし、２．
４５ギガヘルツのマイクロ波を導波管を通して反応管の
中央に導入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ
堆積させ、１．５時間継続反応をさせてマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を１．５μｍ形成し
た。

【００４０】実施例１０ （母材の調製）実施例１と同じ母材を使用し、市販０．
５リットルのビーカーに平均粒子径が０．１μｍのダイ
ヤモンドコンパウンドを入れ、これに純水を加えてダイ
ヤモンドコンパウンドを分散し、この中に上記母材を入
れて超音波振動を１０分間与えてスクラッチを形成し
た。上記超音波処理を行った母材を取り出した後、母材
の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−１９８２に示される
方法で測定した結果、最大表面粗さ（Ｒ_max ）は０．８
μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板（母材）温度１２００Ｋとし、２．４
５ギガヘルツのマイクロ波を導波管を通して反応管の中
央に導入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆
積させ、１００時間継続反応をさせてマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を１００μｍ形成した。

【００４１】比較例１ （母材の調製）実施例１で作成した試験片をＣＶＤ装置
に入れ、原料ガスとして四塩化珪素、担体ガスとしてプ
ロパンガスを用い、１８００Ｋ、ガスを１分間当たり
０．３リットルで試験片の表面に緻密質炭化珪素層を２
００μｍ形成した。母材中の転化層の気孔について累積
気孔面積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したとこ
ろ、各々２．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．１μｍ
であった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍを形成した。比較例２ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
２．０μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が３０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を、５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工した後、高純度化し、試験片と
した。試験片に含まれる灰分は１０ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同じ方法で、試験片の表層部
全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成し、こ
れを母材とした。母材中の転化層の気孔について累積気
孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、
各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍであ
った。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化
層に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、１．
８ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平
均粒子径０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入
れ、これの純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分
散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間
与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った
母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６
０１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表
面粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上のダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板（母材）温度を１２００Ｋとし、２．
４５ギガヘルツのマイクロ波を導波管を通して反応管の
中央に導入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ
堆積させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４２】比較例３ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
０．１５μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が８０Ｍ
Ｐａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平
均熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材
料を作成した。この等方性黒鉛材料を５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工した後、高純度化し、試験片と
した。試験片に含まれる灰分は１０ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同じ方法で、試験片の表層部
全面にβ−炭化珪素で０．８μｍの転化層を形成し、こ
れを母材とした。母材中の転化層の気孔について累積気
孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、
各々１．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．１μｍであ
った。ＩＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化層
に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、１．８
ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカーに平均
粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入
れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分
散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間
与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った
母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６
０１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表
面粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材へのダイヤモンド被膜の形成）母材を装置に入
れ、原料ガスとしてメタンガスを使用し、担体ガスとし
て水素ガスを使用し、水素ガス中のメタンガス濃度を
０．５体積％としたガスを装置内に流し、装置内圧力を
５０トール、基板（母材）温度を１２００Ｋとし、２．
４５ギガヘルツのマイクロ波を導波管を通して反応管の
中央に導入してダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ
堆積させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４３】比較例４ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が５．２（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を５０ｍｍ角で厚みが
１０ｍｍの寸法に加工した後、高純度化し、試験片とし
た。試験片に含まれる灰分は１０ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様な方法で、試験片の表層
部全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成し、
これを母材とした。母材中の転化層の気孔について累積
気孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したとこ
ろ、各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍ
であった。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の
転化層に含まれるコバルトの含有率んを測定したとこ
ろ、１．８ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビー
カーに平均粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウ
ンドを入れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウ
ンドを分散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を
１０分間与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理
を行った母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ
Ｂ０６０１−１９８２に示される方法で測定した結
果、最大表面粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４４】比較例５ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げ強度が６０ＭＰ
ａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平均
熱膨張係数が３．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材料
を作成した。この等方性黒鉛材料を５０ｍｍ角で厚みが
１０ｍｍの寸法に加工した後、高純度化し、試験片とし
た。試験片に含まれる灰分は１０ｐｐｍである。 （母材の調製）実施例１と同様な方法で、試験片の表層
部全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成し、
これ母材とした。母材中の転化層の気孔について累積気
孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したところ、
各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍであ
った。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の転化
層に含まれているコバルトの含有率を測定したところ、
１．８ｐｐｍ。市販０．５リットルのビーカーに平均粒
子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウンドを入れ、
これに純水を加えてダイヤモンドコンパウンドを分散
し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１０分間与
えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を行った母
材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０
１−１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面
粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４５】比較例６ （炭素質基体の調製）水銀圧入法による平均気孔半径が
１．１μｍ、３点曲げ試験法による曲げきょうど６０Ｍ
Ｐａ、石英熱膨張計による室温から１２７３Ｋまでの平
均熱膨張係数が４．７（×１０^-6／Ｋ）の等方性黒鉛材
料を作成した。この等方性黒鉛材料を５０ｍｍ角で厚み
が１０ｍｍの寸法に加工した後、高純度化し、試験片と
した。試験片に含まれる灰分は１００ｐｐｍであった。 （母材の調製）実施例１と同様な方法で、試験片の表層
部全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成し、
これを母材とした。母材中の転化層の気孔について累積
気孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したとこ
ろ、各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μｍ
であった。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材の
転化層に含まれるコバルトの含有率を測定したところ、
１１．８ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビーカ
ーに平均粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウン
ドを入れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウン
ドを分散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を１
０分間与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を
行った母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ
Ｂ０６０１−１９８２に示される方法で測定した結果、
最大表面粗さ（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、２０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４６】比較例７ （炭素質基体の調製）実施例１で作成した試験片を使用
した。 （母材の調製）一方、内径が１００ｍｍで肉厚が１０ｍ
ｍ、高さが１００ｍｍの黒鉛ルツボに、金属珪素０．３
ｋｇ充填し、高周波誘導加熱によって１８００Ｋで金属
珪素を溶融した。溶融珪素に試験片を入れて試験片の表
層部全面にβ−炭化珪素で１１００μｍの転化層を形成
し、これを母材とした。母材中の転化層の気孔について
累積気孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したと
ころ、各々１０．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．７
μｍであった。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母
材の転化層に含まれるコバルトの含有率を測定したとこ
ろ、１．８ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビー
カーに平均粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウ
ンドを入れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウ
ンドを分散し、この中に上記超音波処理を行った母材を
取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−
１９８２に示される方法で測定した結果、最大表面粗さ
（Ｒ_max ）は０．５μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、２０時間継続反応させてマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４７】比較例８ （炭素質基体の調製）実施例１で作成した試験片を使用
した。 （母材の調製）一方、内径が１００ｍｍで肉厚が１０ｍ
ｍ、高さが１００ｍｍの黒鉛ルツボに、金属珪素０．３
ｋｇ充填し、高周波誘導加熱によって１８００Ｋで金属
珪素を溶融した。溶融珪素に試験片を入れて試験片の表
層部全面にβ−炭化珪素で２００μｍの転化層を形成
し、これを母材とした。母材中の転化層の気孔について
累積気孔容積と平均気孔半径を水銀圧入法で測定したと
ころ、各々４．０（×１０^-2Ｍｇ／ｍ³ ）及び０．４μ
ｍであった。ＩＣＰ−ＭＳ法で珪素を含浸した上記母材
の転化層に含まれるコバルトの含有率を測定したとこ
ろ、１．８ｐｐｍであった。市販０．５リットルのビー
カーに平均粒子径が０．１μｍのダイヤモンドコンパウ
ンドを入れ、これに純水を加えてダイヤモンドコンパウ
ンドを分散し、この中に上記母材を入れて超音波振動を
５分間与えてスクラッチを形成した。上記超音波処理を
行った母材を取り出した後、母材の表面粗さをＪＩＳ
Ｂ０６０１−１９８２に示される方法で測定した結果、
最大表面粗さ（Ｒ_max ）は１．３μｍであった。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、２０時間継続反応させてマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法でダイヤモンド被膜を２０μｍ形成した。

【００４８】比較例９ （母材）実施例１で作成した転化層が２００μｍの母材
を使用した。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり０．８μｍ
堆積させ、１時間継続反応をさせてマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法でダイヤモンド被膜を０．８μｍ形成した。

【００４９】比較例１０ （母材）実施例１で作成した転化層が２００μｍの母材
を使用した。 （母材上へのダイヤモンド被膜の形成）実施例１と同様
な方法で、ダイヤモンド被膜を１時間当たり１μｍ堆積
させ、１１０時間継続反応をさせてマイクロ波プラズマ
被膜を１１０μｍ形成した。

【００５０】上記、実施例１乃至実施例１０及び比較例
１０を表１にまとめた。

【００５１】

【表１】

【００５２】実験例１ 実施例１乃至実施例１０で得られた試料について、引き
出し法（図に示す）炭素質基体と炭化珪素及びダイヤモ
ンド被膜の密着性の試験を行い、剥離・クラックの有無
を確認した。

【００５３】（引き出し法）直径７．９６ｍｍ、長さ９
５．０ｍｍのＳ４５Ｃのステンレス製の棒１１を充分の
洗浄した後、接触剤（ポリ酢酸ビニル）１２を塗布し、
上記実施例１乃至実施例１０及び比較例１０で得られた
試料の表面に接着した。この時の接着条件は、４４３Ｋ
で１時間保持し、その後自然放冷して室温まで冷却し
た。この引き倒し棒１１とロードセル１４をワイヤーで
接触し、図１に示すように水平方向に引っ張った。１つ
の試料について２回ずつ測定を行った。その時の試料の
様子を目視観察した。結果を表２に示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】実験例２ また、上記実施例１乃至実施例１０及び比較例１０で得
られた試料について、１２７３Ｋに急加熱した後、水中
に投じて熱衝撃試験を繰り返して行い、何回で剥離・ク
ラックが発生するかを調べた。その結果も表２に示す。

【００５６】実施例１１ 実施例１で作成した炭素質基体を１辺が１８．７ｍｍの
正三角形で、厚みが４．７ｍｍのチップ形状に加工し
た。チップの角は面取りを行った。このチップの表層部
を実施例１の方法でチップの全面に２００μｍ炭化珪素
に転化し、更に実施例１の方法でダイヤモンド被膜を２
０μｍ形成した。

【００５７】比較例１１ 実施例１１で作成したチップ材にＣＶＤ法で緻密質炭化
珪素被膜を１００μｍ形成し（条件は比較例１０と同
様）、その後実施例１と同様な方法でダイヤモンド被膜
を２０μｍ形成した。

【００５８】実験例３ 実施例１１及び比較例１１で作成したチップを用いて切
削試験を行った。被切削材にはアルミニウムを用いた。
その結果、実施例１１で作成したチップは１時間試験し
た後も炭素質基体と炭化珪素の間で剥離は発生しなかっ
たが、比較例１１で作成したチップは、使用開始後１０
分間で炭素質基体と緻密質炭化珪素の界面で剥離が生じ
使用できなくなった。

【００５９】実施例１２ 実施例１で作成した炭素質基体を外径２４０ｍｍ、内径
２００ｍｍ、深さ４０ｍｍのすき焼き鍋に加工した後、
実施例１と同様にし、鍋の外底面を２００μｍ炭化珪素
に転化し、その上にダイヤモンド被膜を２０μｍ形成し
た。

【００６０】比較例１２ 実施例１で作成した炭素質基体を外径２４０ｍｍ、内径
２００ｍｍ、深さ４０ｍｍのすき焼き鍋に加工した。

【００６１】実験例４ 実験例１２及び比較例１２で作成したすき焼き鍋に水を
一杯満たし、ガスコンロで加熱し、鍋の中の水量が半分
になるまでの時間を測定した。その結果、実施例１２で
作成した鍋は３０分間であったのに対し、比較例１２で
作成したすき焼き鍋は５０分間必要であった。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１記載の発明のダイヤモンド被覆炭素部材は、炭素質
基体の表層部をＣＶＲ（Chemical Vaper Riaction)法に
より炭化珪素に化学構造転化された被覆層、即ちＣＶＤ
法による炭化珪素被覆層とは化学構造及び結晶構造的に
全く異なる被覆層で形成した後、その表面にさらにダイ
ヤモンド被膜を形成するように構成したので、従来、炭
素質基体とＣＶＤ法により形成された炭化珪素層との間
で発生していたようなクラックや剥離を防止することが
まず可能となる。この結果、母材とダイヤモンド被膜と
の密着性を向上させ、炭素材料自体が有する性質の優位
性を確保しつつダイヤモンド被膜の優れた特性を最大限
有効に発揮させることのできるダイヤモンド被覆炭素部
材を提供できることとなった。

【００６３】しかもＣＶＲ−ＳｉＣからなる転化層は、
ＣＶＤ−ＳｉＣ層に比べかなりポーラスであって、かつ
表面はかなり起伏に富んでいるため、ダイヤモンド被膜
の前処理であるスクラッチ作業が非常に簡単であり、製
作コストの低減化により安価なダイヤモンド被膜炭素部
材を提供することができる。

【００６４】また、請求項２記載の発明のダイヤモンド
被覆炭素部材は、請求項１記載の発明の構成のうち、Ｃ
ＶＲ−ＳｉＣ層（転化層）の厚みを１μｍ以上とし、か
つダイヤモンド被膜の厚みを１μｍ〜１００μｍとした
ものである。従って、請求項１記載の発明の効果を一層
確実，顕著に具現でき、かつ経済的なダイヤモンド被覆
炭素部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引き出し法による密着性の試験装置の概要であ
る。

【図２】本発明のダイヤモンド被膜炭素製品の縦断面図
である。

【符号の説明】

１１ 引き出し棒 １２ 接着材 １３ 試料 １４ ロードセル ２１ 炭素質基体 ２２ ＣＶＲ法により炭化珪素に転化した転化層 ２３ ダイヤモンド被膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合田 克典 香川県三豊郡詫間町松崎2791 東洋炭素株 式会社詫間事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質基体の表面に化学気相反応により
   炭化珪素に転化された被覆層が形成され、その表面にさ
   らにダイヤモンド被膜が形成されてなることを特徴とす
   るダイヤモンド被覆炭素部材。
2. 【請求項２】 炭化珪素に転化された被覆層の厚みが１
   μｍ以上であり、かつダイヤモンド被膜の厚みが１μｍ
   乃至１００μｍである請求項１記載のダイヤモンド被膜
   炭素部材。