JPS6115972A - 超硬コーチングを有する物体 - 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】 本発明は、ダイアモンド粒子が直接的に互いに他と結合
されているような、１またはそれ以上の、緻密な、微粒
ダイアモンド層の表面コーチングを有する基材を含むコ
ンパウンド体に関する。このコーチングは、摩耗パーツ
及び工具の用途に適する、極めて高い硬度を特徴とする
。このコーチングはまた、電子成分における伝熱のため
の電子産業に極めて有用なコンパウンド体となるような
、極めて高い電気絶縁性と組合わされた極めて良好な伝
熱性を特徴とする。

ダイアモンドコーチングは、初期には、ダイアモンド粉
末を基材上で、高圧及び高温において焼結することによ
り製造されていた。この方法における欠点は、基材材料
の選択が極めて制限されるということである。実際上、
種々の硬質合金のみが選択可能である。また、基材材料
の所定量がダイアモンド層に浸透するので純粋なダイア
モンドコーチングを得ることはできない。他の欠点は小
さなパーツのみしかコートできないということである。

寸法はどの方向にも３ｃｍを超えることができない。

ダイアモンド層を得るための他の方法が知られている。

ＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅ翔１ｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ　％気相成長）によって、数マイクロメ
ーターの厚さを有する層を得ることができる。この方法
はいくつかのソ連及び日本の文献に記載されている。例
えば次のようなものである。

１゜ダイアモンド及び他の表面上におけるダイアモンド
の気相成長 Ｂ、Ｖ、スピッチン（Ｂ、Ｖ、５ｐｉｔｓｙｎ）外、ジ
ャーナルオブクリスタルグロース（Ｊ、ｏｆ　Ｃｒｙｓ
ｔａｌＧｒｏｗｔｈ）　、５２巻（１９８１年）、２１
９〜２６頁。

２、　メタン−水素ガスからのダイアモンド粒子の成長 ニス、松本（Ｓ、Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ）外、ジャーナル
オプマテリアルズサイエンス（Ｊ、ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉ
−ａｌｓ　５ｃｉｅｎｃｅ）　、１７巻（１９８２年）
、３１０６〜１２頁。

３、　日本特許公開５８−９１００、松本（Ｍａｔｓｕ
ｍｏｔｏ）、１９８３年５月３０日。

４、　日本特許公開５８−１１’０４９４、松本（Ｍａ
ｔｓｕｍｏｔｏ）、１９８３年７月１日。

５、　日本特許公開５８−１３５１１７、松本（Ｍａｔ
ｓｕｍｏｔｏ）、１９８３年８月１１日。

この方法の欠点は、しばしば所望されるような厚い層を
得ることができないということ、及びそれらの層がしば
しば基材材料への接着性において劣っているということ
である。

今や、ダイアモンド層の改良された接着性が所定のタイ
プの材料に対して得られるということが見出されたので
ある。従って、良好な接着性が、炭素に対する高い親和
性を有する金属並びにある種の炭化物、窒化物及び酸化
物、並びにほとんどの貴金属に対して得られるというこ
とが見出されたのである。ダイアモンド蒸着の前に上記
の材料の薄い層で基材をコーチングすることによって、
改良された接着性が得られる。

ダイアモンド蒸着プロセスを等間隔及び上記の材料の蒸
着層でさえぎることによって、主としてダイアモンドか
らなり、基材への良好な接着性を有する厚いコーチング
が得られる。

非ダイアモンド層は、極めて薄いもの、例えば、約１０
人であってよいけれども、それよりも厚いもの、例えば
、約１０μｍまでであってもよい。

本発明によれば、改良された接着性及び厚いダイアモン
ドコーチングを有するコンパウンド体が得られる。

１つの態様においては、基材は鉄族の金属により結合さ
れた、周期律表の４ｂ〜６ｂ族からの金属の、炭化物、
窒化物、炭窒化物、酸炭化物及び硼化物を含むことがで
きる。この態様における炭化物はＷＣＩ　ＴａＣ，Ｔ　
ｉＣ＋　ＭＯｚｃ　Ｉ　Ｃｒ　３Ｃｔ　＋　ＶＣＩＭｏ
Ｃ等の如き炭化物を含む。（Ｔｉ、Ｍｏ）　（Ｃ，Ｎ）
の如き炭窒化物及びＴｉ（Ｃ，Ｏ）の如き酸炭化物も可
能である。

窒化物は、アルカリ及びアルカリ土類金属の如き塩様の
窒化物を除き、すべての金属窒化物を含む。有用な窒化
物は、一般に、遷移金属の窒化物　　−である。これら
は一般に耐火性の硬質材料としての炭化物、硼化物及び
珪化物と同じように記載されている。固溶液における金
属窒化物のコンパウンド及び窒化物と炭化物とのコンパ
ウンドも本発明に有用である。窒化物及びコンパウンド
の特定の例としては、窒化珪素、窒化チタン、窒化ジル
コニウム、窒化バナジウム、窒化クロム、窒化ニオブ、
窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステン及び
窒化ハフニウムを挙げることができる。硼化物は硼化チ
タン、硼化ジルコニウム、硼化クロム、硼化コバルト、
硼化モリブデン、硼化ニオブ、硼化鉄等を含む。

鉄族の金属はＮｉ、Ｃｏ及びＦｅを含む。

この態様に含まれる材料のうちでは、焼結炭化物、高速
度鋼、工具鋼などがある。

他の態様においては、ＢＮ、ｓ＋３１１４、周期律表の
４ｂ〜６ｂ族からの金属の及びＡｆｆ及びＳｉの酸化物
、５ｉＡｌＯＮ、　Ａｌ０Ｎ及びＡｌ．０．とＴｉｃ及
びＴｉＮとの混合物の如きセラミック及び耐火材料を含
む。

セラミック酸化物のうちでは、ＳｉＯ□、八１□０３　
＋　ＺｒＯｚ　＋ＴｉＯ□等を挙げることができる。本
発明に有用なセラミック材料は、結晶質から完全にガラ
ス質までの基材を含む多くの材料を含む。セラミックは
また前述した金属の炭化物、窒化物、硼化物及び珪化物
の如き非酸化物材料並びに上記酸化物との混合物を含む
。本発明に係るセラミックは、サーメットと呼ばれるも
の及びセラミックと金属とのコンポジットを含む。

本発明のさらに他の態様によれば、基材は貴金属であっ
てよい。貴金属はＡｇ、Δｕ、Ｐｔ、Ｐｄ＋Ｒｕ＋Ｏｓ
及びＩｒ、を含む。もちろん、これらの金属の種々の割
合の合金も含まれる。基材はまた、貴金属以外の他の金
属並びに貴金属を含んでいてもよい２種またはそれ以上
の金属の合金からなっていてもよい。好ましい金属は周
期律表の１ｂ〜７ｂ族及び８族からのものであり、例え
ば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＡＩ、　Ｉｎ。

Ｓｔ、　Ｓｎ、　Ｐｂ、　Ｍｏ、　ｌｌｌＭｎ＋　Ｆｅ
、’Ｃｏ、　Ｎｉ等を含む。

本発明の好ましい態様によれば、少なくともｌつがダイ
アモンド層であるような少なくとも２層のコーチングを
有するコンパウンド体を提供する。

このダイアモンド層と基材との間には、非ダイアモンド
層が設けられており、この層の目的はダイアモンド層と
基材との接着性を改良することである。この層は基材と
同じ材料からなるものであってはならない。安定な炭化
物を形成する金属、例えば、周・期律表の４ｂ〜６ｂ族
からの金属、好ましくは、Ｔｉの中間層を選ぶのが適当
である。これらの金属は、炭化物を容易に形成する特性
のために、ダイアモンドに対して高い親和性を有し、こ
のことがこの中間層を介してダイアモンド層が基材に極
めてよく接着する理由である。

非ダイアモンド層もまた、好ましくは、周期律表の４ｂ
〜６ｂ族の金属及びそれらの混合物の、炭化物、窒化物
、炭窒化物、酸炭化物、酸化物及び硼化物からなってい
てよい。ＴｉＣＩＴｉ（ＣＩＮ）ｌＴｉＮＩＴｔ　（Ｃ
＋０）　＋ＴＩ　（Ｃ＋　０＋　Ｎ）　＋　Ｓｔ　Ｊ＊
＋　ＡｌｇＯａ；Ｚｒ、　Ｈｆ＋　Ｖ＋　Ｎｂ＋　Ｔａ
。

Ｃｒ＋　Ｍｏ、　Ｊ　Ｓｔ　＋　Ｂの炭化物、Ｃｒ、Ｊ
ｌｌ、　ＣａＪ、ｇ、　Ｔｈ＋　Ｓｃｔ　Ｙ＋　Ｌａ＋
Ｔｉ、Ｈｆ、、：Ｎｂ、Ｔａの酸化物及び窒化物及び／
又は酸窒化物の混合物等を挙げることができる。これら
は一般ニ、次の化学式Ｍ　ｅ　（ＣｘＮｙＯｚＢｔ）　
（ここで、Ｍ６は上記金属の１種であり、０．４５＜ｘ
＋ｙ＋ｚ＋　ｔ　＜　２．１であるものとする）により
表わされる。

上記の層の他に、非ダイアモンド層は貴金属からなって
いてよい。本発明に係るコンパウンド体は、所定の基材
上ルこ、ＣＶＤ−ダイアモンドの層または非ダイ７モン
ＦとＣＶＤ−ダイアモンドとの層の組合せを蒸着するこ
と番こより製造することができるヵコーチングが２以上
のダイアモンドの層を含む場合、それらが蒸着される順
序は如何なるものであってもよい。例えば、ダイアモン
ドの層をまず蒸着させ、次いで非ダイアモンドの第２の
層を蒸着させ、その後さらにダイアモンドのみを含むか
またはダイアモンドと非ダイアモンド層の組合せを含む
次の層を蒸着させることができる。

ダイアモンド層の藺の層も上記の材料からなる。

ダイアモンド層は、活性化された気体状炭化水素及び水
素の混合物を用い、これを加熱された基材と接触させる
ような、公知の技術に従ってＣｖＤにより蒸着すること
ができる。個々の層は０．１＝１（ｌｕｍの厚さ、好ま
しくは０．２〜２μｍの厚さを有することができる。コ
ーチングがいくつかの層を含む場合、合計厚さは個々の
層の厚さ及び数に依存して、５００μｍまたはそれ以上
に達してもよい。層の数は２つまたはそれ以上であって
よく、非ダイアモンド層によって隔てられたダイアモン
ドのいくつかの層を含む。

非ダイアモンド層は、周知のＣＶＤまたはＰｖＤ法によ
り蒸着することができる。

本発明に係るコーテッド体は産業上の多（の用途を有す
る。

１つの用途は、金属並びに木材、プラスチックラミネー
ト及び繊維コンポジットの如き他の材料の機械加工のた
めの、強い摩耗に付されるパーツ、例えば、押出ダイ、
シールリング及び糸ガイド、フライス盤及び旋盤などで
ある。本発明に係るインサートを備えた工具は高い硬度
及び機械加工効率並びに高い耐摩耗性を有する。これは
、特に、合計のダイアモンド厚さが高に１時に耐摩耗性
５も良好となるから、コーチングがいくつかのダイアモ
ンド層を含む場合に適する。

本発明、特に中間層を有するものは高い有用性を有し、
高い耐腐食性及び耐摩耗性を与え、例えば宝石産業や例
えば時計側または他の装飾物の製造に有用である。また
、外側表面上のダイアモンド層は、特に、貴金属の下層
と結合されて、魅力的な特徴を与える。

本発明に係る製品は、また、電子産業に用いることがで
き、ダイアモンド層の良好な熱伝導性及び／又は高い電
気絶縁性を与える。従って、例えば、銀または金の中間
層を有していてもよいダイアモンドのコーチングは、半
導体用途において、有効な蓄熱部として作用する。

さらに、本発明に係るコンパウンド体は手術用具として
有用である。

また、ダイアモンド層は放射線量をコントロールするた
めの、医療技術または核技術における放射線検出器とし
て用いることもできる。下記の例は本発明をさらに説明
するためのものである。

例１ 焼結炭化物インサートをまず６μｍ厚の１１０層で、コ
ートした。このインサートを、次いで、約２μｍ厚のダ
イアモンド層でコートした。

この例による、Ａ７！−Ｓｉ合金及び他の非鉄合金の機
械加工のための、インサートの切削特性は顕著に改良さ
れた。

例２ Ｓｉ−ＡＡ−０−Ｎインサート及び純セラミソ　。

りのインサートを約２μｍ層のダイアモンド層でコート
した。

この場合にも、非鉄合金並びに鋳鉄の機械加工の場合に
、改良された特性が得られた。

例３ 焼結炭化物インサートを、公知のＣＶＤ技術に従って、
２μｍの厚さの１１０層でコートした。次に、このイン
サートを約２μｍ厚のダイアモンド層でコートした。最
後に、このインサートをＰＶＤ　（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　
Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により２ｐｍ厚
のＴｉＮ層でコートした。

このインサートはＳｔを含むＡｌ合金の機械加工の場合
に優れた特性を有していた。

例４ 次の例外を除いて例３を繰り返した。即ちＴｉＣ層及び
ダイアモンド層の間にＰＶＤにより約０．１μｍ厚のＴ
ｉ層を、接着性を改良するために蒸着した。この多層コ
ーチングは、フライス加工の間の工具欠陥を減少させて
、優れた結果を与えた。

例５ 焼結炭化物ドリルをまず前の例に従って０．１μｍのＴ
ｉＮ及び２μｍのダイアモンドからなる層でコートした
。このコーチングを６回繰り返して、７つのＴｉＮ層及
び７つのダイアモンド層がらなり、合計で１５μｍの厚
さを有する多層を得た。このドリルは繊維強化プラスチ
ック及び金属の孔あけに用いることができた。貫通速度
及び耐摩耗性は優れたものであった。

例６ Ｓｉ　−Ａｊ！　−〇−Ｎのシールリングをダイアモン
ドの３ｐｍＣＶＤ層でコートした。

この摩耗パーツを、パーム油ポンプにおいて試験した。

一般に、パーム油は酸性であり、砂及びグリツドを含ん
でいる。従って、そのようなオイルのポンプによる汲み
上げはシールリングに対して多大の要求が課される。本
発明に従ってダイアモンドでコートされたシールリング
は通常のシールリングよりもより長期間漏れを生じなか
った。

例７ Ａｌ２０３の糸ガイドをまずＴｉの０．１μｍ厚の層で
コートし、次いで２μｍ厚のダイアモンド層でコートし
た。２倍の耐摩耗性が得られた。

例８ ハイパワー半導体の製造における蓄熱部として用いるた
めの銅板をまずＰＶＤにより０．１μｍ厚のＴｉ層でコ
ートし、次いでダイアモンド層（５μｍ）でコートした
。この層はＴｉの中間層のために銅によく接着した。ダ
イアモンド層の存在は、高い熱伝導性と同時に電気絶縁
性を与えた。

例９ 中間層を金（１μｍ）及びチタン（０，３μｍ）で構成
した以外は、例８を繰り返した。

例１０ ステンレス鋼の時計側を５μｍの金でコートし、次いで
２μｍ厚のダイアモンド層を蒸着した。このコーチング
は極めて耐性が高く、通常の金コート時計とは異なり、
極めてひっかき傷に対する耐性の高いものであった。

例１１ ステンレス鋼の時計側を５μｍのＴｉＮでコートし、次
いで２μｍ厚のダイアモンド層を蒸着した。

コーチングは極めて耐性の高いものであり、極めてひっ
かき傷に対する耐性の高いものであった。

例１２ 焼結炭化物インサートを、０６１μｍ厚のＴｉ層及び２
μｍ厚のダイアモンド層により交互に、約１００μｍの
合計厚さになるまでコートした。このインサートは砂岩
の機械加工に対して良好な結果をもって用いることがで
きた。

以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属、少なくとも２種の金属の合金、金属結合され
   た硬質金属コンパウンドまたはセラミック材料の１種か
   らなるコアを含むコンパウンド体であって、このコンパ
   ウンド体が少なくとも部分的に１またはそれ以上の、多
   結晶質ダイアモンドのＣＶＤ蒸着層を含むコーチングに
   より被覆されていることを特徴とするコンパウンド体。 ２、第１の蒸着ダイアモンド層が非ダイアモンド層を介
   してコアに結合されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のコンパウンド体。 ３、ダイアモンド層の間に、ダイアモンド以外の材料の
   蒸着層が存在することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のコンパウンド体。 ４、コアが、周期律表の１ｂ〜７ｂ及び８族からの金属
   を主成分とする合金、またはこれらの金属を単独で含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか
   に記載のコンパウンド体。 ５、コアが貴金属、銅またはアルミニウムを含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載
   のコンパウンド体。 ６、コアが、周期律表の４ｂ〜６ｂ族に属する金属の、
   酸化物、炭化物、窒化物、硼化物またはそれらの混合物
   または溶液からなる１またはそれ以上の硬質層を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに
   記載のコンパウンド体。 ７、コア材料が鉄族に属する金属を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載のコンパウンド体。 ８、コアが少なくとも１種のＡｌ、ＺｒまたはＳｉの酸
   化物または少なくとも１種のＢ、ＳｉまたはＡｌの窒化
   物を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項の
   いずれかに記載のコンパウンド体。 ９、コアがＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載のコンパ
   ウンド体。 １０、結合層が貴金属であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のコンパウンド体。 １１、結合層が安定な炭化物を形成することのできる金
   属、好ましくはＴｉであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載のコンパウンド体。 １２、結合層が化学式Ｍｅ（ＣｘＮｙＯｚＢｔ）（ここ
   で、Ｍｅは周期律表の４ｂ〜６ｂ族からの金属またはＳ
   ｉまたはＡｌであり、０．４５＜ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＜２．
   １であるものとする）を有する化合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のコンパウンド体。 １３、少なくとも１の中間層が貴金属であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のコンパウンド体。 １４、少なくとも１の中間層が炭化物を形成することの
   できる金属、好ましくはＴｉであることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載のコンパウンド体。 １５、結合層が化学式Ｍｅ（ＣｘＮｙＯｚＢｔ）（ここ
   で、Ｍｅは周期律表の４ｂ〜６ｂ族からの金属またはＳ
   ｉまたはＡｌであり、０．４５＜ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｔ＜２．
   １であるものとする）を有する化合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載のコンパウンド体。 １６、積層されたコーチングの合計厚さが０．１〜５０
   ０μｍ、好ましくは０．５〜１００μｍであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜１５項のいずれかに記載
   のコンパウンド体。 １７、切削工具、ドリル、鋸などの如き、摩耗パーツ、
   例えば、金属または石切用の引抜ダイまたは工具、また
   はプラスチックラミネートまたは繊維コンポジットの機
   械用の摩耗パーツとしての、特許請求の範囲第１〜１６
   項のいずれかに記載のコンパウンド体の使用。 １８、極めて良好な伝熱性及び高い電気絶縁性の組合せ
   またはこれらの特性の１つが用いられるような電子産業
   における成分としての、特許請求の範囲第１〜１６項の
   いずれかに記載のコンパウンド体の使用。 １９、良好な耐スクラッチ性又は耐腐食性が必要な目的
   または装飾の目的のための、特許請求の範囲第１〜１６
   項のいずれかに記載のコンパウンド体の使用。