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JP2981012B2 - Manufacturing method of diamond coated tool - Google Patents

Manufacturing method of diamond coated tool

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Publication number
JP2981012B2
JP2981012B2 JP3131787A JP13178791A JP2981012B2 JP 2981012 B2 JP2981012 B2 JP 2981012B2 JP 3131787 A JP3131787 A JP 3131787A JP 13178791 A JP13178791 A JP 13178791A JP 2981012 B2 JP2981012 B2 JP 2981012B2
Authority
JP
Japan
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diamond
coating
layer
film
sic
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JP3131787A
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Inventor
文徳 奥住
友幸 竹内
順一 松田
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Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Original Assignee
Asahi Diamond Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Asahi Diamond Industrial Co Ltd filed Critical Asahi Diamond Industrial Co Ltd
Priority to JP3131787A priority Critical patent/JP2981012B2/en
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved method for producing a diamond-coated tool. More specifically, the present invention relates to a long-life diamond-coated tool formed by forming a film-like diamond on a substrate surface with extremely good adhesiveness, which is suitably used, for example, for a cutting tool or a wear-resistant tool. .

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, diamond is extremely hard and has high wear resistance. For industrial use, cutting tools made of non-ferrous and non-metal materials, wear-resistant tools requiring high wear resistance, Used for wear-resistant members.
Examples of the diamond material used for these diamond tools and wear-resistant members include natural or synthetic single-crystal diamond and sintered polycrystalline diamond. Furthermore, in recent years, the technique of synthesizing film diamond by vapor phase synthesis has remarkably developed, and by this vapor phase synthesis, film diamond is formed on the surface of a substrate, which is used for various diamond tools and wear-resistant members. Have been tried. As this gas phase synthesis method, for example, a chemical vapor deposition method (CVD) is used in which a raw material gas containing a carbon source is used, and this is plasma-decomposed, or a film-like diamond is deposited on the surface of the substrate by utilizing an uneven reaction. Method), a hot cathode PIG gun, a cold cathode PIG gun, an ionization deposition method of forming a film-like diamond on a substrate surface using a sputter gun, and the like. In particular, a method of depositing a film-like diamond on a substrate surface by a CVD method is as follows.
Recently, it has attracted attention because it does not require a high temperature, is easily operated continuously, and is industrially advantageous.
However, the film-like diamond formed on the surface of the substrate by such a vapor phase synthesis method has a disadvantage that the film-like diamond is easily peeled off from the substrate during use because of insufficient adhesion to the substrate. I have. Therefore, a film-like diamond is formed on the substrate surface by a gas phase synthesis method,
In order to use this as a diamond tool, it is necessary that the film diamond and the substrate are strongly adhered to each other, and development thereof has been strongly desired.

【0003】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION Under the above circumstances, the present invention provides a method for efficiently producing a diamond-coated tool formed by forming a film-like diamond on a substrate surface with extremely good adhesion. It was made for the purpose of.

【0004】[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ケイ素化合物材料から成る層を
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。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, have found that a carburized substrate surface has a high adhesion to film diamond. It has been found that the object can be achieved by providing a layer made of a silicon compound material described above and then forming a film-like diamond thereon, and based on this finding, the present invention has been completed.

【0005】すなわち、本発明は、次の各項の発明から
なる。 (1) 基体表面に浸炭処理を施したのち、SiC又は
Si34からな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) SiC又はSi34層で被覆した後、この上に
気相合成法による第2層の被覆又は膜状ダイヤモンドの
被覆を行う前に、SiC又はSi34の被覆表面に傷付
け処理を施工することを特徴とする第1項のダイヤモン
ド被覆工具の製造方法。 (3) 基体表面に浸炭処理を施したのち、SiC又は
Si34に対して接着性を有する材料から成る被覆下層
を化学気相により設け、さらに、該被覆下層の上にSi
C又はSi34からなる被覆上層を化学気相合成法によ
り設け、最後に、被覆上層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。 (4)SiC又はSi34に対して接着性を有する材料
がW、Mo、Si、Ta、Nb、SiC、TiN、Ti
C及びSi34の中から選ばれた少なくとも1種である
第3項記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法。 (5)被覆下層又は被覆上層を設けたのち、この上に気
相合成法による被覆上層の被覆又は膜状ダイヤモンドの
被覆を行う前に、被覆下層及び/又は被覆上層の表面に
傷付け処理を施工することを特徴とする第3項又は第4
項記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法。
That is, the present invention comprises the following items. (1) After carburizing the surface of the substrate, a layer made of SiC or Si 3 N 4 is provided by a chemical vapor synthesis method, and then a film diamond is formed thereon by a gas phase synthesis method. Production method of diamond-coated tools. (2) After coating with a SiC or Si 3 N 4 layer, before coating with a second layer or film diamond by a vapor phase synthesis method, the coating surface of SiC or Si 3 N 4 is damaged. 2. The method for producing a diamond-coated tool according to claim 1, wherein the processing is performed. (3) After subjecting the surface of the substrate to a carburizing treatment, a coating lower layer made of a material having an adhesive property to SiC or Si 3 N 4 is provided by a chemical vapor phase, and a Si lower layer is formed on the coating lower layer.
A method for producing a diamond-coated tool, comprising: providing a coating upper layer made of C or Si 3 N 4 by a chemical vapor synthesis method; and finally, forming a film-like diamond on the coating upper layer by a gas phase synthesis method. (4) The material having adhesiveness to SiC or Si 3 N 4 is W, Mo, Si, Ta, Nb, SiC, TiN, Ti
4. The method for producing a diamond-coated tool according to claim 3, wherein the diamond-coated tool is at least one selected from C and Si 3 N 4 . (5) After the coating lower layer or the coating upper layer is provided, before the coating of the coating upper layer by the vapor phase synthesis method or the coating of the film diamond is performed, the surface of the coating lower layer and / or the coating upper layer is damaged. Item 3 or 4 characterized in that
The method for producing a diamond-coated tool according to the above item.

【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−N
i系、TiC−Co系、Al23−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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The material of the substrate used in the method of the present invention is not particularly limited, and those conventionally used for substrates in diamond-coated tools, for example, metals such as silicon, molybdenum, tantalum, tungsten, titanium, and alloys of these metals , Carbide, nitride, oxide, or TiC-N
i system, TiC-Co based, can be selected and used from among such cermet such as Al 2 O 3 -Fe system any, preferably cemented carbide substrate, especially tungsten carbide among these Used.

【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。該浸炭処
理は、例えば、熱CVD装置に基体を入れて、これにメ
タンなどの炭化水素ガスと水素の混合ガスを導入して、
温度900〜1200℃、0.5〜3時間で処理すると
いった方法により行うことができる。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。
In the method of the present invention, the surface of a substrate made of these materials is first subjected to a carburizing treatment, and then a layer made of a material having an adhesive property to a film-like diamond is provided by a chemical vapor deposition method. is necessary. In the carburizing process, for example, a substrate is placed in a thermal CVD apparatus, and a mixed gas of a hydrocarbon gas such as methane and hydrogen is introduced into the substrate.
The treatment can be performed at a temperature of 900 to 1200 ° C. for 0.5 to 3 hours. When the adhesive material layer is provided on the surface of the substrate without performing the carburizing treatment, the effect of the present invention is not sufficiently exerted, and a diamond coated tool in which the film diamond is firmly adhered to the surface of the substrate can be obtained. Hateful.

【0008】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、N
b、TiN、Si34などの金属や窒化物から成る層を
化学気相合成法で中間層として設けた場合、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SiCやTiC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SiCやT
iC中の炭素がとられて一部Siや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。
[0008] The reason why the film-form diamond firmly adheres to the substrate by carburizing is not necessarily clear, but the following may be considered. That is, for example, W, Mo, Si, Ta, N
When a layer made of a metal such as b, TiN, or Si 3 N 4 or a nitride is provided as an intermediate layer by a chemical vapor synthesis method, these partially react with carbon fine particles deposited by carburizing to form a carbide. As a result, it is considered that the film diamond and the substrate are firmly adhered to each other through the adhesive layer. Further, when a layer made of a carbide such as SiC or TiC is provided as a bonding material layer by a chemical vapor synthesis method, when a film-like diamond is formed by a gas phase synthesis method, the SiC or TC is usually used.
The carbon in the iC is partially removed to become a metal of Si or Ti, but by carburizing, such unfavorable situation is prevented by the deposited carbon fine particles, and as a result, the adhesion between the film diamond and the substrate is prevented. It is thought that the decrease in sex is suppressed.

【0009】本発明の第1の態様は、中間層として、S
iC又はSi34を、浸炭処理した基体表面上に化学気
相合成法によって被覆して、この被覆層の上にダイヤモ
ンド膜を化学気相合成法によって被覆する態様である。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、ダイヤモ
ンド膜の接する中間層としてのSiC又はSi34層と
浸炭処理された基体表面の間に、第2の中間被覆層とし
て被覆下層を設けたものである。そして第2の態様で
は、SiC又はSi34は、該被覆下層の上に第1の態
様と同じように、被覆上層として被覆させる。本発明の
第2の態様に用いる浸炭処理の施された基体表面を被覆
する被覆下層に用いる材料は、被覆上層の材質に対して
接着性を有する材料から成る層であることが必要であ
る。例えば、W、Mo、Si、Ta、Nb、TiN、T
iC、SiC及びSi34の中から選ばれた少なくとも
1種から成る層が好ましく挙げられる。
In a first aspect of the present invention, the intermediate layer is made of S
In this embodiment, iC or Si 3 N 4 is coated on the surface of a carburized substrate by a chemical vapor synthesis method, and a diamond film is coated on the coating layer by a chemical vapor synthesis method.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, between the SiC or Si 3 N 4 layer as an intermediate layer in contact with the diamond film and the surface of the carburized substrate, a coating lower layer as a second intermediate coating layer Is provided. Then, in the second embodiment, SiC or Si 3 N 4 is coated on the coating lower layer as the coating upper layer in the same manner as in the first embodiment. The material used for the lower coating layer for coating the surface of the carburized substrate used in the second embodiment of the present invention needs to be a layer made of a material having adhesiveness to the material of the upper coating layer. For example, W, Mo, Si, Ta, Nb, TiN, T
A layer composed of at least one selected from iC, SiC and Si 3 N 4 is preferred.

【0010】本発明に用いる被覆下層及び被覆上層は同
様の方法で被覆させることができる。すなわち、該中間
被覆層として、例えばW、Mo、Si、Ta、Nbなど
の金属層から成る層を設ける場合には、これらの金属の
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WCl6、WF6
MoCl5、MoF6、SiCl4、SiF4、TaC
5、TaF5、NbCl5、NbF5などが挙げられる。
また、SiCやTiCなどの炭化物から成る層を設ける
場合には、SiやTiなどのハロゲン化物や有機ハロゲ
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。該ハロゲン化物としては、
例えばSiCl4、SiF4、TiCl4、TiF4などが
挙げられ、また、該有機ハロゲン化物としては、例えば
SiCH3Cl3、TiCH3Cl4などが挙げられる。
The lower coating layer and the upper coating layer used in the present invention can be coated in the same manner. That is, when a layer composed of a metal layer such as W, Mo, Si, Ta, or Nb is provided as the intermediate coating layer, halides such as chlorides and fluorides of these metals are vaporized and chemically vaporized. A method of depositing a metal by a phase synthesis method or the like is used. Examples of the halide include WCl 6 , WF 6 ,
MoCl 5 , MoF 6 , SiCl 4 , SiF 4 , TaC
l 5, TaF 5, NbCl 5 , such as NbF 5, and the like.
When a layer made of a carbide such as SiC or TiC is provided, a method of vaporizing a halide or an organic halide such as Si or Ti and depositing the carbide by a chemical vapor synthesis method is used. As the halide,
For example, SiCl 4 , SiF 4 , TiCl 4 , TiF 4 and the like can be mentioned, and as the organic halide, for example, SiCH 3 Cl 3 and TiCH 3 Cl 4 can be mentioned.

【0011】一方、TiNやSi34など窒化物から成
る層を設ける場合には、TiやSi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SiCl4、SiF4、TiCl4、Ti
4などが挙げられる。このようにして、浸炭処理され
た基体表面及び被覆下層に設けられる中間被覆層の厚さ
は、通常1〜100μmの範囲で選ばれる。
On the other hand, when a layer made of a nitride such as TiN or Si 3 N 4 is provided, a method of vaporizing a halide such as Ti or Si and depositing the nitride by a chemical vapor deposition method in a nitrogen atmosphere. Are used. Examples of the halide include SiCl 4 , SiF 4 , TiCl 4 , Ti
Such as F 4, and the like. The thickness of the intermediate coating layer provided on the surface of the carburized substrate and the coating lower layer in this manner is usually selected in the range of 1 to 100 μm.

【0012】本発明方法においては、第1の態様及び第
2の態様のいずれの場合も前記SiC又はSi34の中
間被覆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、あらかじめ該中間被覆層が設けられた
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
形成させることができる。本発明のSiC又はSi34
からなる被覆上層に対する傷付け処理を実施することに
より、気相合成法によるダイヤモンド膜被覆におけるダ
イヤモンド膜の結晶核発生密度を高めることができるの
で、ダイヤモンド膜の生成速度が速くなり製造時間が短
縮できる。
In the method of the present invention, the film-like diamond is formed on the surface of the substrate on which the intermediate coating layer of SiC or Si 3 N 4 is provided in any of the first and second embodiments by a gas phase synthesis method. If necessary, in order to increase the film-forming speed, the surface of the substrate provided with the intermediate coating layer is subjected to a friction treatment or a collision treatment with a high-hardness powder in advance to form a sharp surface flaw. The film-like diamond can be formed. SiC or Si 3 N 4 of the present invention
By performing a scratching treatment on the coating upper layer made of, the density of generation of crystal nuclei of the diamond film in the diamond film coating by the vapor phase synthesis method can be increased, so that the production speed of the diamond film is increased and the production time can be shortened.

【0013】また、本発明の被膜上層を化学気相合成法
により、被膜下層の上に被膜する場合も、該被膜下層の
表面を微細ダイヤモンド粒子などにより表面の傷付け処
理を実施しておくと、SiC又はSi34層との接触面
積が大きく被膜上層がしっかりと表面に固定される。本
発明の傷付け処理は、表面に均一に微細な傷が付く方法
であれば、特に制限はなく、適宜実施することができ
る。本発明におけるダイヤモンド膜の気相合成法につい
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。
In the case where the upper layer of the coating of the present invention is coated on the lower layer of the coating by a chemical vapor synthesis method, if the surface of the lower layer of the coating is subjected to a surface damage treatment with fine diamond particles or the like, The contact area with the SiC or Si 3 N 4 layer is large, and the upper layer of the film is firmly fixed to the surface. The scratching treatment of the present invention is not particularly limited as long as it is a method of uniformly and finely scratching the surface, and can be appropriately performed. There is no particular limitation on the vapor phase synthesis method of the diamond film in the present invention, and a method conventionally used for forming a film diamond, for example, various chemical vapor deposition methods (CVD)
Method) or an arbitrary method can be selected from physical vapor deposition methods such as an ionization vapor deposition method, and the CVD method is preferable.

【0014】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。
This CVD method includes, for example, (1) a thermal decomposition CVD method in which the raw material gas is activated by passing the raw material gas in the vicinity of a glowing filament; A high frequency plasma CVD method in which a high frequency is applied to an introduction portion of a source gas and plasma is formed by the high frequency to bring the source gas into an activated state. (3) Microwave plasma CVD using a microwave instead of the high frequency And (4) an ion beam CVD method for bringing a source gas into an activated state by an ion beam, and any of these methods can be used in the present invention.

【0015】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。
As a source gas used in the CVD method, a mixed gas of a carbon source gas and hydrogen is used. There is no particular limitation on the carbon source gas.
Used in the formation of diamond by the method, for example, carbon monoxide or carbon dioxide, or alkanes, alkenes, alkynes, aromatic hydrocarbons, cycloparaffins, cycloolefins, oxygenated carbon compounds, One or a mixture of two or more selected from nitrogen-carbon compounds and the like is used. These source gases may contain an inert gas such as nitrogen, argon, neon, or xenon, if desired.

【0016】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
直接SiC又はSi34層を設けてその上に膜状ダイヤ
モンドを形成させるか、若しくは、SiC又はSi34
に接着性を有する材料から成る層を前記浸炭処理された
基体表面に設けたのち、この上に間接的に該SiC又は
Si34層を被覆上層として設け、該被覆上層に膜状ダ
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。
The thickness of the film-like diamond thus formed varies depending on the purpose of use, but it is usually 1 to 10
It is selected in the range of 00 μm. In the method of the present invention, as described above, a SiC or Si 3 N 4 layer is provided directly on the surface of the substrate which has been carburized in advance, and a diamond film is formed thereon, or the SiC or Si 3 N 4
After a layer made of an adhesive material is provided on the surface of the carburized substrate, the SiC or Si 3 N 4 layer is indirectly provided thereon as a coating upper layer, and a film diamond is formed on the coating upper layer. By forming the diamond coated tool, a diamond-coated tool on which a film-like diamond having high adhesiveness to the substrate is formed can be obtained.

【0017】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。
The diamond-coated tool of the present invention obtained as described above has a film-like diamond formed on the surface of a substrate with good adhesiveness, is extremely hard, has high wear resistance, and can be used during use. Since the film-like diamond does not easily peel off from the substrate, it is suitably used for cutting tools and wear-resistant tools made of non-ferrous or non-metallic materials.

【0018】[0018]

【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。
Next, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0019】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/min、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900℃、WCl
6蒸発温度200℃、WCl6蒸発速度8g/hr、H2
ス流量90cc/min、Arガス流量10cc/min、反応時
間40minの条件にてCVD法によりタングステンを気
相成長させた。上記の方法により作成したタングステン
被覆基体に、反応容器を排気したのち、SiCH3Cl3
10g/hrをH2100cc/minと共に反応容器に導入
し、反応温度1200℃、反応時間2hrの条件にてCV
D法により、該基体表面にSiCを析出させた。SiC
層を有する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TATを
作製した。このような処理を施したダイヤモンド被覆T
ATを切削速度340m/min、送り0.15mm/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、120分間の
連続切削が可能で、その逃げ面摩耗は、10μmであ
り、超硬合金製TATの1/20の逃げ面摩耗だった。
Example 1 A cemented carbide TAT was used as a substrate, and a carburizing treatment was first performed as follows. That is, a cemented carbide TAT was inserted into the reaction vessel and carburized at a carburizing temperature of 1050 ° C., a flow rate of H 2 gas of 100 cc / min, a flow rate of CH 4 gas of 10 cc / min, and a reaction time of 1 hour. Next, after the reaction vessel was evacuated, the carburized substrate temperature was 900 ° C., WCl
(6) Tungsten was vapor-phase grown by CVD under the conditions of an evaporation temperature of 200 ° C., a WCl 6 evaporation rate of 8 g / hr, an H 2 gas flow rate of 90 cc / min, an Ar gas flow rate of 10 cc / min, and a reaction time of 40 min. After the reaction vessel was evacuated to the tungsten-coated substrate prepared by the above method, SiCH 3 Cl 3
10 g / hr was introduced into the reaction vessel together with 100 cc / min of H 2 , and CV was performed under the conditions of a reaction temperature of 1200 ° C. and a reaction time of 2 hours.
By method D, SiC was deposited on the surface of the substrate. SiC
Film-like diamond was formed on the surface of the substrate having the layer by microwave plasma CVD to prepare a diamond-coated TAT. Diamond coating T treated like this
AT cutting speed 340m / min, feed 0.15mm / rev,
As a result of using for dry cutting of Al alloy containing 8% Si (AC4A) under the cutting condition of 0.15 mm depth, continuous cutting for 120 minutes is possible, the flank wear is 10 μm, and TAT made of cemented carbide is used. 1/20 of the flank wear.

【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250℃、
MoCl5蒸発速度10g/hr、H2流量90cc/min、
Ar流量10cc/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に反応容器を排気したの
ち、SiCl4をH2100cc/minとNH3600cc/mi
nと共に反応容器に導入し、反応温度1100℃、反応
時間1hrの条件でCVD法によりSi34を析出させ、
該基体表面にSi34層を設けた。さらに、該基体表面
に実施例1と同様にして膜状ダイヤモンドを形成して切
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22μmであった。
Example 2 A TAT substrate made of cemented carbide was carburized in the same manner as in Example 1. Then, after evacuation of the reaction vessel, the temperature of the carburized substrate was 700 ° C., the evaporation temperature of MoCl 5 was 250 ° C.,
MoCl 5 evaporation rate 10 g / hr, H 2 flow rate 90 cc / min,
CVD with Ar flow rate of 10 cc / min and reaction time of 1 hr
Molybdenum was vapor-phase grown by the method. After the reaction vessel was evacuated to the molybdenum-coated substrate produced by the above method, SiCl 4 was purged with H 2 at 100 cc / min and NH 3 at 600 cc / mi.
n was introduced into the reaction vessel together with n, and Si 3 N 4 was deposited by the CVD method under the conditions of a reaction temperature of 1100 ° C. and a reaction time of 1 hour,
An Si 3 N 4 layer was provided on the substrate surface. Further, a cutting test was carried out by forming a film-like diamond on the surface of the substrate in the same manner as in Example 1. As a result, the flank wear was 22 μm in continuous cutting for 100 minutes.

【0021】実施例3 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、SiCl4
2100cc/minとCH420cc/minと共に反応容器に
導入し、反応温度1250℃、反応時間1hrの条件にて
CVD法により、該基体表面にSiCを析出させた。上
記処理を施した基体の表面をダイヤモンド微粉末からな
るペーストにより表面を摩擦して、この傷付け処理後の
表面にさらに実施例1と同様にダイヤモンドを被覆し
た。被覆にようする時間は8時間であった。得られた工
具によって切削試験を行ったところ120分間の連続切
削においてその逃げ面摩耗は17μmであった。
Example 3 A TAT substrate made of cemented carbide was carburized in the same manner as in Example 1. Next, after evacuation of the reaction vessel, SiCl 4 was introduced into the reaction vessel together with 100 cc / min of H 2 and 20 cc / min of CH 4, and the surface of the substrate was formed by CVD at a reaction temperature of 1250 ° C. and a reaction time of 1 hour. SiC was deposited. The surface of the substrate subjected to the above treatment was rubbed with a paste made of fine diamond powder, and the surface after the scratching treatment was further coated with diamond in the same manner as in Example 1. The time for coating was 8 hours. When a cutting test was performed using the obtained tool, the flank wear was 17 μm in continuous cutting for 120 minutes.

【0022】実施例4 基体として超硬合金製プリント基板用ドリルを用い、被
覆下層及び被覆上層に傷付け処理をした以外は、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−エポキシ樹
脂基板の穴あけを行ったところ、15万穴以上の穴あけ
が可能であり、またドリルの外径摩耗の測定結果、摩耗
はほとんどしておらず、さらに15万穴の穴あけを行う
ことができ、通常の超硬合金製プリント基板用ドリルの
30倍の寿命であった。
Example 4 A diamond-coated drill was produced in the same manner as in Example 1 except that a drill for a printed board made of cemented carbide was used as a substrate, and the coating lower layer and the coating upper layer were subjected to a scratching treatment. When a glass-epoxy resin substrate was drilled using this diamond-coated drill, it was possible to drill more than 150,000 holes, and the outer diameter of the drill was measured. Drilling of 10,000 holes was possible, and the life was 30 times longer than that of a conventional drill for printed board made of cemented carbide.

【0023】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、1
20分間の連続切削において、その逃げ面摩耗は150
μmであった。
Comparative Example 1 A diamond-coated TAT was produced in the same manner as in Example 1 except that the carburizing treatment was not performed. When a cutting test was performed using this material,
In continuous cutting for 20 minutes, the flank wear is 150
μm.

【0024】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、120分間の連続切削において、
その逃げ面摩耗は250μmであった。
Comparative Example 2 A diamond-coated TAT was produced in the same manner as in Example 1 except that the carburizing treatment and the tungsten coating treatment were not performed. When a cutting test was performed using this material, in continuous cutting for 120 minutes,
The flank wear was 250 μm.

【0025】[0025]

【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
SiC又はSi34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。さら
に、該SiC又はSi34層の下に、SiC又はSi3
4に対して接着性を有する層、例えば、W、Mo、S
i、Ta、Nb、SiC、TiN、TiC及びSi34
からなる層を設けて、ダイヤモンド膜を接着することに
より本発明の上記効果を増大させることができる。
According to the present invention, after carburizing a substrate surface, a layer made of a SiC or Si 3 N 4 material having adhesiveness to the film diamond is provided, and then a film diamond is formed thereon. By forming a diamond-coated tool, it is possible to obtain a long-life diamond-coated tool in which the adhesion between the film-shaped diamond and the substrate is significantly improved. Further, under the SiC or Si 3 N 4 layer, SiC or Si 3
A layer having adhesion to N 4 , for example, W, Mo, S
i, Ta, Nb, SiC, TiN, TiC, and Si 3 N 4
The effect of the present invention can be increased by providing a layer made of and bonding the diamond film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C23C 14/16 C23C 14/16 16/02 16/02 16/22 16/22 16/26 16/26 C30B 29/04 C30B 29/04 Q (56)参考文献 特開 平3−56675(JP,A) 特開 平2−267284(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 28/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI C23C 14/16 C23C 14/16 16/02 16/02 16/22 16/22 16/26 16/26 C30B 29/04 C30B 29 / 04 Q (56) References JP-A-3-56675 (JP, A) JP-A-2-267284 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C23C 28/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基体表面に浸炭処理を施したのち、SiC
又はSi34からな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。
1. After subjecting a substrate surface to a carburizing treatment, SiC
Alternatively, a layer made of Si 3 N 4 is provided by a chemical vapor synthesis method,
Next, a method of manufacturing a diamond-coated tool, wherein a film-like diamond is formed thereon by a vapor phase synthesis method.
【請求項2】SiC又はSi34層で被覆した後、この
上に気相合成法による第2層の被覆又は膜状ダイヤモン
ドの被覆を行う前に、SiC又はSi34の被覆表面に
傷付け処理を施工することを特徴とする請求項1のダイ
ヤモンド被覆工具の製造方法。
2. A coated surface of SiC or Si 3 N 4 after coating with a layer of SiC or Si 3 N 4 before coating of a second layer or coating of film diamond with a vapor phase synthesis method thereon. 2. The method for producing a diamond-coated tool according to claim 1, wherein a scratching process is performed on the diamond-coated tool.
【請求項3】基体表面に浸炭処理を施したのち、SiC
又はSi34に対して接着性を有する材料から成る被覆
下層を化学気相合成法により設け、さらに、該被覆下層
の上にSiC及び/又はSi34からなる被覆上層を化
学気相合成法により設け、最後に、該被覆上層の上に膜
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。
3. After subjecting the substrate surface to a carburizing treatment, the SiC
Alternatively, a coating lower layer made of a material having an adhesive property to Si 3 N 4 is provided by a chemical vapor synthesis method, and a coating upper layer made of SiC and / or Si 3 N 4 is further formed on the coating lower layer by a chemical vapor deposition method. A method for producing a diamond-coated tool, comprising: forming a film-form diamond on the upper coating layer by a vapor phase synthesis method.
【請求項4】SiC又はSi34に対して接着性を有す
る材料がW、Mo、Si、Ta、Nb、SiC、Ti
N、TiC及びSi34の中から選ばれた少なくとも1
種である請求項3記載のダイヤモンド被覆工具の製造方
法。
4. A material having adhesiveness to SiC or Si 3 N 4 is W, Mo, Si, Ta, Nb, SiC, Ti.
At least one selected from N, TiC and Si 3 N 4
The method for producing a diamond-coated tool according to claim 3, which is a seed.
【請求項5】被覆下層又は被覆上層を設けたのち、この
上に気相合成法による被覆上層の被覆又は膜状ダイヤモ
ンドの被覆を行う前に、被覆下層及び/又は被覆上層の
表面に傷付け処理を施工することを特徴とする請求項3
又は4記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法。
5. After the lower coating layer or the upper coating layer is provided, the surface of the lower coating layer and / or the upper coating layer is damaged before the coating of the upper coating layer or the coating of the diamond film is performed thereon. 4. The method according to claim 3, wherein
Or the method for producing a diamond-coated tool according to 4.
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