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JPH06100398A - 鏡面を有するダイヤモンド膜の製造方法 - Google Patents

鏡面を有するダイヤモンド膜の製造方法

Info

Publication number
JPH06100398A
JPH06100398A JP24991992A JP24991992A JPH06100398A JP H06100398 A JPH06100398 A JP H06100398A JP 24991992 A JP24991992 A JP 24991992A JP 24991992 A JP24991992 A JP 24991992A JP H06100398 A JPH06100398 A JP H06100398A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond film
substrate
diamond
surface roughness
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP24991992A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiki Sato
俊樹 佐藤
Seiji Kameoka
誠司 亀岡
Tsutomu Ikeda
孜 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP24991992A priority Critical patent/JPH06100398A/ja
Publication of JPH06100398A publication Critical patent/JPH06100398A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相合成法によって鏡面を有するダイヤモン
ド膜を容易に形成することができ、しかも基体を何度で
も使用可能である様な、経済的な方法を提供する。 【構成】 基体上に、IVa,Va,VIa族元素の炭化
物,窒化物,炭窒化物、およびIb族元素並びにAl2
3 よりなる群から選択される1種以上からなる下地コ
ーティング層を形成すると共に、該下地コーティング層
の表面粗度をRmaxで0.1μm以下とし、600℃
以上で下地コーティング層上にダイヤモンド膜を成膜
し、引き続き前記基体を冷却することによってダイヤモ
ンド膜を剥離する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性鏡面や耐摩耗
性摺動面等の用途に有用な鏡面を有し、例えばビデオデ
ィスクのヘッドや切削工具の刃先等の素材として用いら
れるダイヤモンド膜を製造する為の方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】平滑な面(以下、鏡面と呼ぶ)を有する
ダイヤモンド膜は、耐摩耗性鏡面や耐摩耗性摺動面とし
て利用されており、例えばビデオディスクのヘッドや切
削工具の刃先等の素材として使用されている。
【0003】ところで近年では、マイクロ波や熱フィラ
メント等によって生成した炭化水素−水素混合ガスプラ
ズマを利用した化学気相合成法によって、Si,Mo等
の金属やSi34 ,WC等の化合物からなる基板上に
ダイヤモンドを膜状に形成することが可能になってい
る。しかしながら、気相合成法によって通常の基板上に
合成されるダイヤモンド膜は数μm程度の粒子からなる
多結晶体であり、且つ各粒子の成長速度が異なっている
ので、ダイヤモンド膜の表面には数μm程度の凹凸がで
き、鏡面を有するダイヤモンド膜は得られていなかっ
た。尚気相合成法によって得られたダイヤモンド膜の表
面を、スカイフ盤等を用いて研磨することによって該表
面を鏡面状態とすることは一応可能であるが、ダイヤモ
ンドは最も硬い物質であるので、これを鏡面状態まで研
磨するには長時間を要するという問題がある。
【0004】こうした問題を解消する技術として、例え
ば特開昭61−151097号公報の様な方法も提案さ
れている。この方法は、鏡面を有するSiウェハー基板
上に、気相合成法でダイヤモンド膜を形成した後、前記
基板をフッ化水素酸によって溶解除去することによっ
て、ダイヤモンド膜の表面を鏡面状態とするものであ
る。この方法によれば、Si基板の鏡面がダイヤモンド
膜の基板側面に転写されるので、研磨することなく鏡面
を有するダイヤモンド膜を製造することができる。しか
しながらこの方法では、ダイヤモンド膜を基板上に形成
した後、基板を溶解除去しているので、工程的に繁雑と
なり、しかもフッ化水素酸を使用するので取扱い面や設
備面等で安全対策も必要となる。そればかりか、Si基
板は溶解除去されるので1度しか使用できず、経済的で
ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした事情
に着目してなされたものであって、その目的は、気相合
成法によって鏡面を有するダイヤモンド膜を容易に形成
することができ、しかも基体を何度でも使用可能である
様な、経済的なダイヤモンド膜の製造方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明方法とは、基体上に、IVa,Va族元素の炭化物,
窒化物,炭窒化物、およびIb族元素並びにAl23
よりなる群から選択される1種以上からなる下地コーテ
ィング層を形成すると共に、該下地コーティング層の表
面粗度をRmaxで0.1μm以下とし、600℃以上
で下地コーティング層上にダイヤモンド膜を成膜し、引
き続き前記基体を冷却することによってダイヤモンド膜
を剥離する点に要旨を有するダイヤモンド膜の製造方法
である。
【0007】尚上記方法を実施するに当たり、下地コー
ティング層の表面粗度をRmaxで0.1μm以下にす
る手段の一例として、表面粗度がRmaxで0.1μm
以下の基体表面上に、前記下記コーティング層を0.1
〜10μmコーティングする構成を挙げることができ
る。
【0008】また上記目的を達成し得た本発明の他の方
法とは、IVa,Va族元素の炭化物,窒化物,炭窒化
物、およびIb族元素並びにAl23 よりなる群から
選択される1種以上からなり、且つ表面粗度がRmax
で0.1μm以下の基体上に、600℃以上でダイヤモ
ンド膜を成膜し、引き続き前記基体を冷却することによ
ってダイヤモンド膜を剥離する点に要旨を有するダイヤ
モンド膜の製造方法である。
【0009】
【作用】ダイヤモンド膜はヤング率の大きな物質であ
り、少ない歪でも大きな応力が発生する。本発明者らは
この様なダイヤモンド膜の特性を考慮しつつ、鏡面を有
するダイヤモンド膜を製造する為の方法について様々な
角度から検討した。その結果、基体上に下記の物質から
なる下地コーティング層を形成しておき、気相合成温度
を600℃以上でダイヤモンドを成膜し、引き続き基体
を室温程度まで冷却すれば、冷却する間にダイヤモンド
膜に内部応力が発生し、且つ下地コーティング層との密
着性の悪さおよび熱膨張係数の差からダイヤモンド膜が
下地コーティング層との界面から自発的に剥離すること
を見出した。そして、下地コーティング層の表面粗度を
Rmaxで0.1μm以下の鏡面状態としておけば、ダ
イヤモンド膜剥離面には、下地の鏡面が転写され、且つ
純粋なダイヤモンドが露出することを見出し、本発明を
完成した。
【0010】本発明で下地コーティング層として用いる
物質は、IVa,Va,VIa族元素の炭化物,窒化物,炭
窒化物、およびIb族元素並びにAl23 よりなる群
から選択される1種以上であるが、これらの物質を用い
る理由は下記の通りである。即ち、これらの物質はダイ
ヤモンド膜との界面に反応層を作らないのでダイヤモン
ドとの密着性が悪く、且つダイヤモンドとの熱膨張係数
差によって、前述した冷却によってダイヤモンド膜が容
易に剥離する。
【0011】尚下地コーティング層を形成する方法につ
いては、特に制限するものではなく、例えばイオンプレ
ーティング法,スパッタリング法,プラズマCVD法,
真空蒸着法,電気めっき法などの中から適宜選んで採用
すればよい。また下地コーティング層の表面粗度をRm
axで0.1μm以下にする手段としては、基体表面に
下地コーティング層を形成した後、その表面を研磨して
もよいが、基体の表面粗度をRmaxで0.1μm以下
に研磨した後該表面に厚さ0.1〜10μmの下地コー
ティング層を形成し、基体表面の表面粗度が下地コーテ
ィング層表面の表面粗度に反映する様にしてもよい。こ
のとき、下地コーティング層の厚さを0.1〜10μm
とするのは、0.1μm未満では下地コーティング層に
ピンホール等の欠陥が発生し、ダイヤモンド膜の剥離面
に基体との反応物が付着し、一方10μmを超えると基
体表面の表面粗度が下地コーティング層の表面に反映さ
れず、下地コーティング層の表面粗度がRmaxで0.
1μmより大きくなるからである。
【0012】本発明に用いる基体としては、ダイヤモン
ドの合成温度に耐えうるものなら良く、特に制限はな
い。従来ダイヤモンド合成に使用されていない基板、例
えば、W,Mo,Si等は少なくとも基体として使用で
きる。
【0013】これまでの説明では、基体上に下地コーテ
ィング層を形成する場合について説明を進めてきたが、
下地コーティング層として用いられる物質を基体として
用い、この基体上にダイヤモンド膜を形成した後、冷却
によって剥離する様な技術的応用は可能である。
【0014】一方ダイヤモンド膜を気相合成する方法に
ついては特に限定するものではなく、熱フィラメントC
VD法,マイクロ波プラズマCVD法等、これまで行な
われている気相合成法を採用すればよい。また本発明に
おいて、ダイヤモンド膜を形成するときの気相合成温度
は600℃以上とする必要があるが、これは600℃未
満であると熱応力が小さくなり、剥離が不充分となった
り、剥離時にダイヤモンド膜の割れを生じたり、グラフ
ァイトやアモルファスガーボンが析出し易くなるからで
ある。尚気相合成温度は、基体や下地コーティング層の
融点または分解温度よりも低い温度とする必要があるの
は言う迄もない。また本発明で合成するダイヤモンド膜
の厚みは20μm以上とするのが好ましく、20μm未
満であるとダイヤモンド膜自体の強度が不足し、膜剥離
時にクラックが発生し易くなる。
【0015】本発明では、基体を溶解除去するという工
程を含まずして、鏡面を有するダイヤモンド膜を製造す
ることができる。また本発明で用いる基体は、ダイヤモ
ンドとの反応層を形成しないので、熱覆歴による下地コ
ーティング層の剥離や基体の変形等が生じない限り、何
度でも使用することができ、経済的である。
【0016】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定するものではな
く、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれ
も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0017】
【実施例】
実施例1 表面粗度がRmaxで1μmのTi基体表面に、TiN
をイオンプレーティング法によって15μmコーティン
グした後、コーティング表面をダイヤモンドパウダーで
研磨して表面粗度をRmaxで0.09μmに仕上げ
た。引き続き、この上に、マイクロ波プラズマCVD法
によって、CH4 /H2 =1/99(容積比),ガス
圧:40Torr,基体温度:850℃の条件で20時
間ダイヤモンド合成して、厚さ100μmのダイヤモン
ド膜を形成した。
【0018】成膜終了後、基体を室温まで徐冷して試料
を取り出したところ、ダイヤモンド膜はTiN表面から
既に剥離しており、剥離面にはTiNコーティング層の
表面粗さが転写されており、Rmaxでほぼ0.09μ
mの鏡面が形成されていた。
【0019】実施例2 表面粗度がRmaxで0.05μmのNi基体表面に、
電気めっき法によって厚さ5μmのCu光沢めっきを施
した。このときのCuめっき層の表面粗度はRmaxで
0.06μmであった。このCuめっき表面に、熱フィ
ラメント法によって、CH4 /H2 =3/97(容積
比),ガス圧:40Torr,基体温度800℃の条件
で10時間ダイヤモンドを合成して、厚さ60μmのダ
イヤモンド膜を形成した。
【0020】成膜終了後、基体を室温まで冷却して試料
を取り出したところ、ダイヤモンド膜はCuめっき表面
から既に剥離しており、ダイヤモンド膜の剥離面には基
体と同様の鏡面が形成されていた。また上記基板を用い
てもう一度ダイヤモンド膜の合成を行なったところ、上
記と同様に鏡面を有するダイヤモンド膜が得られた。
【0021】実施例3 表面粗度がRmaxで0.1μmのAl23 基体表面
に、熱フィラメント法によって、CH4 /H2 =2/9
8(容積比),ガス圧:60Torr,基体温度:90
0℃の条件で5時間ダイヤモンドを合成して、厚さ25
μmのダイヤモンド膜を形成した。
【0022】成膜終了後、基体を室温まで冷却して試料
を取り出したところ、ダイヤモンド膜は基体から既に剥
離しており、ダイヤモンド膜の剥離面には基体と同様の
鏡面が形成されていた。
【0023】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、気
相合成法によって鏡面を有するダイヤモンド膜を容易に
形成することができ、しかも基体を何度でも使用可能で
ある様な、経済的な方法が実現できた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体上に、IVa,Va,VIa族元素の炭
    化物,窒化物,炭窒化物、およびIb族元素並びにAl
    23 よりなる群から選択される1種以上からなる下地
    コーティング層を形成すると共に、該下地コーティング
    層の表面粗度をRmaxで0.1μm以下とし、600
    ℃以上で下地コーティング層上にダイヤモンド膜を成膜
    し、引き続き前記基体を冷却することによってダイヤモ
    ンド膜を剥離することを特徴とする鏡面を有するダイヤ
    モンド膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の製造方法において、表
    面粗度がRmaxで0.1μm以下の基体表面上に、前
    記下地コーティング層を0.1〜10μmコーティング
    することによって、下地コーティング層の表面粗度をR
    maxで0.1μm以下とする製造方法。
  3. 【請求項3】 IVa,Va,VIa族元素の炭化物,窒化
    物,炭窒化物、およびIb族元素並びにAl23 より
    なる群から選択される1種以上からなり、且つ表面粗度
    がRmaxで0.1μm以下の基体上に、600℃以上
    でダイヤモンド膜を成膜し、引き続き前記基体を冷却す
    ることによってダイヤモンド膜を剥離することを特徴と
    する鏡面を有するダイヤモンド膜の製造方法。
JP24991992A 1992-09-18 1992-09-18 鏡面を有するダイヤモンド膜の製造方法 Withdrawn JPH06100398A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6248400B1 (en) 1993-08-12 2001-06-19 Fujitsu Limited Vapor phase diamond synthesis method
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Effective date: 19991130