JP3379150B2 - Diamond coating material and method for producing the same - Google Patents
Diamond coating material and method for producing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンド被覆材料
およびその製造方法に関し、より特定的には、極めて高
い強度と耐摩耗性とを有する被覆硬質材料であるダイヤ
モンド被覆材料およびその製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond coating material and a method for producing the same, and more particularly to a diamond coating material which is a coated hard material having extremely high strength and wear resistance and a method for producing the same. Is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ダイヤモンドは、地球上で最も硬度が高
く、化学的に安定し、耐食性が高く、熱伝導率特性に優
れ、音波伝搬速度が高いなどの数多くの優れた特性を有
している。それゆえ現在、市場においてダイヤモンドを
用いた製品が数多くある。2. Description of the Related Art Diamond has many excellent properties such as the highest hardness on the earth, is chemically stable, has high corrosion resistance, has excellent thermal conductivity properties, and has a high sound wave propagation speed. . Therefore, at present, there are many products using diamond in the market.
【０００３】たとえば、このダイヤモンドは、（ａ）
ダイヤモンドの含有量が７０体積％以上でダイヤモンド
粒子が互いに結合した多結晶ダイヤモンド焼結体とし
て、（ｂ） 硬質材料の表面に高純度ダイヤモンド多結
晶を被覆したダイヤモンド被覆硬質材料として、（ｃ）
高純度ダイヤモンド多結晶をロウ付けした硬質材料と
して、製品に用いられている。For example, this diamond is (a)
As a polycrystalline diamond sintered body having a diamond content of 70% by volume or more, in which diamond particles are bonded to each other, (b) As a diamond-coated hard material obtained by coating the surface of a hard material with high-purity diamond polycrystal, (c)
It is used in products as a hard material brazed with high-purity diamond polycrystal.
【０００４】より具体的には、
（１） Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金などの軽合金、プラスチ
ック、ゴム、カーボン、グラファイト、セラミックスな
どの非鉄材料などを切削加工する際に用いるスローアウ
ェイチップ、ドリル、マイクロドリル、エンドミル、ル
ーターなどの切削工具
（２） 岩石採掘工具
（３） ボンディングツール、プリンタヘッド、ダイ
ス、熱間加工用ガイドローラ、製管用ロールなどの各種
耐摩工具、耐摩治具、耐環境治具
（４） 放熱板を始めとする各種機械部品
（５） スピーカを始めとする各種振動板
（６） 各種電子部品
（７） 電着砥石などの各種研磨加工用砥石、ドレッサ
ー
などの製品にダイヤモンドは広く実用に供されている。More specifically, (1) a throw-away tip, a drill, which is used when cutting non-ferrous materials such as Al, Al-Si alloys and other light alloys, plastics, rubber, carbon, graphite, ceramics, etc. Cutting tools such as micro drills, end mills and routers (2) Rock mining tools (3) Bonding tools, printer heads, dies, guide rollers for hot working, pipe-making rolls and other wear-resistant tools, wear-resistant jigs, environment-resistant tools Tools (4) Various machine parts including heat sinks (5) Various diaphragms including speakers (6) Various electronic parts (7) Various grinding wheels for polishing such as electrodeposition wheels, diamonds for products such as dressers Is widely used in practice.
【０００５】ダイヤモンド微粉末を超高圧下で焼結した
多結晶ダイヤモンド焼結体は、たとえば特公昭５２−１
２１２６号公報に記載されている。この公報に記載され
た製造方法では、ダイヤモンドの粉末を超硬合金の成形
体もしくは焼結体に接するように配置し、超硬合金の液
相を生じる温度以上の温度でかつ超高圧下にて焼結が行
なわれる。この焼結に際しては、超硬合金中のＣｏの一
部がダイヤモンド粉末中に侵入し、結合金属として作用
する。このようにして得られたダイヤモンド焼結体を目
的形状に加工し、各種台金にロウ付けすることにより、
このダイヤモンド焼結体は、たとえば切削工具、耐摩工
具、掘削工具、ドレッサー、線引きダイスとして広く用
いられている。A polycrystalline diamond sintered body obtained by sintering fine diamond powder under ultrahigh pressure is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 52-1.
No. 2126. In the manufacturing method described in this publication, diamond powder is placed in contact with a cemented carbide compact or sintered body, and at a temperature higher than the temperature at which a liquid phase of cemented carbide is produced and under ultrahigh pressure. Sintering is performed. During this sintering, part of Co in the cemented carbide penetrates into the diamond powder and acts as a binding metal. By processing the diamond sintered body thus obtained into a desired shape and brazing it to various base metals,
This diamond sintered body is widely used, for example, as a cutting tool, an abrasion resistant tool, an excavating tool, a dresser, and a wire drawing die.
【０００６】硬質材料の表面に多結晶ダイヤモンドを被
覆したダイヤモンド被覆硬質材料も前述のダイヤモンド
焼結体と同様、広く用いられている。このダイヤモンド
被覆硬質材料についての先行技術としては、特開昭６２
−５７８０２号公報、特開昭６２−５７８０４号公報、
特開昭６２−１６６９０４号公報、特開昭６３−１４８
６９号公報、特開昭６３−１４００８４号公報を始めと
して多くの文献が存在する。これらの文献には、任意の
形状の硬質材料の表面に気相より合成したダイヤモンド
多結晶を被覆することにより、基材の耐摩耗性を著しく
向上させる効果についての記載がある。ダイヤモンド被
覆硬質材料は、高い形状自由度を有し、かつ安価に大量
に製造できるという大きな長所を有し、それゆえ、たと
えば切削工具、耐摩工具、掘削工具、ドレッサー、線引
きダイスとして広く用いられている。[0006] A diamond-coated hard material obtained by coating the surface of a hard material with polycrystalline diamond is also widely used, like the above-mentioned diamond sintered body. As a prior art for this hard material coated with diamond, JP-A-62-62
-57802, JP-A-62-57804,
JP-A-62-166904, JP-A-63-148
There are many documents including Japanese Patent Publication No. 69 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-140084. These documents describe the effect of remarkably improving the wear resistance of the base material by coating the surface of the hard material having an arbitrary shape with the diamond polycrystal synthesized from the vapor phase. Diamond-coated hard materials have the great advantage that they have a high degree of freedom in shape and can be manufactured in large quantities at low cost, and are therefore widely used, for example, as cutting tools, wear resistant tools, drilling tools, dressers, and wire drawing dies. There is.
【０００７】また、基材表面に気相よりダイヤモンド被
覆層を形成し、この基材を例えばエッチング除去するこ
とにより、多結晶ダイヤモンド板を製造することもでき
る。この多結晶ダイヤモンド板を目的形状に加工し、必
要に応じて各種台金にロウ付けすることにより、上述し
た多結晶ダイヤモンド焼結体やダイヤモンド被覆硬質材
料の用途を始め、スピーカなどの振動板、各種窓材など
の用途にも広く用いられている。It is also possible to manufacture a polycrystalline diamond plate by forming a diamond coating layer from the vapor phase on the surface of the base material and removing the base material by etching, for example. This polycrystalline diamond plate is processed into a target shape, and by brazing to various bases as necessary, starting the use of the above-mentioned polycrystalline diamond sintered body or diamond-coated hard material, a diaphragm such as a speaker, It is also widely used for various window materials.
【０００８】現在、気相より多結晶ダイヤモンドを被覆
する方法として、μ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦ−プラズ
マＣＶＤ法、ＥＡ−ＣＶＤ法、誘磁場μ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、燃焼法などの数多くの方法が知られており、こ
れらはダイヤモンド被覆硬質材料を製造するのに有力な
方法である。At present, as a method of coating polycrystalline diamond from the vapor phase, μ wave plasma CVD method, RF-plasma CVD method, EA-CVD method, induced magnetic field μ wave plasma CV.
D method, RF thermal plasma CVD method, DC plasma CVD
Method, DC plasma jet CVD method, filament heat C
A large number of methods such as the VD method and the combustion method are known, and these are powerful methods for producing a diamond-coated hard material.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の多結晶
ダイヤモンド焼結体とダイヤモンド被覆硬質材料と多結
晶ダイヤモンドとには、以下に述べる問題点があった。The above-mentioned conventional polycrystalline diamond sintered body, diamond-coated hard material, and polycrystalline diamond have the following problems.
【００１０】まず、ダイヤモンド焼結体は台金にロウ付
けされ、それにより各種工具などが作製される。しかし
ながら、ダイヤモンド焼結体を複雑な形状を有する部分
に優れた精度でロウ付けするのは困難である。具体的に
は、４枚刃エンドミルのような形状のすべての刃部に精
度よくダイヤモンド焼結体をロウ付けするのは、現状の
技術では困難である。それゆえ、ダイヤモンド焼結体を
ロウ付けすることにより作製できる各種工具などでは、
形状が制約され、複雑形状のものを得ることができない
という問題点があった。First, the diamond sintered body is brazed to a base metal, and various tools and the like are manufactured thereby. However, it is difficult to braze a diamond sintered body to a portion having a complicated shape with excellent accuracy. Specifically, it is difficult to braze the diamond sintered body to all the blade portions having a shape like a 4-flute end mill with high accuracy by the current technology. Therefore, in various tools that can be produced by brazing a diamond sintered body,
There is a problem that the shape is restricted and it is not possible to obtain a complicated shape.
【００１１】一方、ダイヤモンド焼結体を用いてロウ付
けによらず複雑形状の工具などを作製するためには、ま
ず丸棒形状のダイヤモンド焼結体を作製し、これを例え
ば放電加工して目的形状を得る必要がある。しかしなが
ら、この方法では、実際に優れた耐摩耗性が要求される
部分以外もダイヤモンド焼結体により構成されることと
なる。このため、この方法により作製された工具などは
非常に高価となり、かつ生産性も低いものになるという
問題点があった。On the other hand, in order to manufacture a tool having a complicated shape without using brazing by using a diamond sintered body, first, a round rod-shaped diamond sintered body is manufactured, and this is subjected to, for example, electric discharge machining. Need to get the shape. However, in this method, the diamond sintered body is formed in the parts other than the part where excellent wear resistance is actually required. For this reason, there has been a problem that a tool and the like manufactured by this method are very expensive and have low productivity.
【００１２】さらに、ダイヤモンド焼結体を製造するた
めには、上述したように超高圧発生装置が必要となる。
この超高圧発生装置を用いた場合、設備コストなどの面
を考慮すると、大きな形状のダイヤモンド焼結体を製造
することは非常に困難である。それゆえ現状では、約５
０φ程度の大きさのダイヤモンド焼結体が製造できるに
止まっている。このように比較的大きなダイヤモンド焼
結体を得ることができないため、広い面積にダイヤモン
ド焼結体をロウ付けする場合には、複数のダイヤモンド
焼結体を貼合わせる必要がある。それゆえ貼合わせられ
たダイヤモンド焼結体の間に継目が存在し、使用の用途
によっては大きな問題となっていた。Further, in order to manufacture the diamond sintered body, the ultrahigh pressure generator is required as described above.
When this ultra-high pressure generator is used, it is very difficult to manufacture a large-diameter diamond sintered body in consideration of equipment costs and the like. Therefore, at present, about 5
A diamond sintered body having a size of about 0φ can only be manufactured. Since a relatively large diamond sintered body cannot be obtained as described above, when brazing the diamond sintered body over a large area, it is necessary to bond a plurality of diamond sintered bodies together. Therefore, a seam exists between the bonded diamond sintered bodies, which is a big problem depending on the intended use.
【００１３】このダイヤモンド焼結体の短所を克服する
ため、目的形状に加工された基材の表面にダイヤモンド
被覆層が設けられたダイヤモンド被覆硬質材料の開発が
広く行なわれている。このダイヤモンド被覆硬質材料
は、ダイヤモンド焼結体と同程度以上の物理特性が期待
でき、かつ高い形状自由度、量産性を持っている。この
ダイヤモンド被覆硬質材料を製造するにあたっては、超
高圧発生装置は不要であり、それゆえ安価に、かつ大量
に生産できることが十分予想できる。ゆえに、多くの研
究者によりその性能向上が図られている。しかしなが
ら、現状ではダイヤモンド被覆層と基材との密着力およ
び被覆層自体の強度がダイヤモンド焼結体に比較して不
足している。したがって、実用的な使用に用いた場合、
ダイヤモンド被覆層には剥離や破損が生ずる場合が多
く、ダイヤモンド焼結体と同等の寿命を得るに至ってい
ない。In order to overcome the disadvantages of this diamond sintered body, a diamond-coated hard material in which a diamond coating layer is provided on the surface of a substrate processed into a target shape has been widely developed. This diamond-coated hard material can be expected to have physical properties equal to or higher than those of the diamond sintered body, and has high shape flexibility and mass productivity. In producing this diamond-coated hard material, an ultrahigh pressure generator is not required, and therefore it can be fully expected that it can be produced inexpensively and in large quantities. Therefore, many researchers are trying to improve the performance. However, at present, the adhesion between the diamond coating layer and the substrate and the strength of the coating layer itself are insufficient as compared with the diamond sintered body. Therefore, when used for practical use,
The diamond coating layer often peels or breaks, and has not yet reached the same life as the diamond sintered body.
【００１４】このダイヤモンド被覆層と基材との密着強
度を高める方法を示したものとして、たとえば特願平２
−２０９２１４号公報がある。この公報に記載された内
容によれば、窒化硅素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）を主成分とする基
材の表面に窒化硅素の柱状晶組織を晶出させ、その表面
に凹凸の存在する状態が作り出されている。またこの凹
凸表面に対してダイヤモンド被覆層を設けることで、ダ
イヤモンド被覆層と基材とを幾何学的に絡ませ、それに
よってダイヤモンド被覆層の密着強度が高められてい
る。As a method for increasing the adhesion strength between the diamond coating layer and the base material, for example, Japanese Patent Application No. 2 (1999) -242242.
There is a publication of 209,214. According to the contents described in this publication, a columnar crystal structure of silicon nitride is crystallized on the surface of a base material containing silicon nitride (Si 3 N 4 ) as a main component, and a state in which unevenness exists on the surface is created. Has been. Further, by providing the diamond coating layer on the uneven surface, the diamond coating layer and the base material are geometrically entangled with each other, whereby the adhesion strength of the diamond coating layer is enhanced.
【００１５】この公報に示された方法では、ダイヤモン
ド被覆層と基材との密着強度は大幅に改善される。しか
し、ダイヤモンド被覆層の強度はダイヤモンド焼結体に
比較して小さいため、その使用用途によっては破損が生
じる場合がある。なお、ダイヤモンド被覆層がダイヤモ
ンド焼結体より強度が低い理由については、ダイヤモン
ド焼結体がＣｏを含有しているのに対し、ダイヤモンド
被覆層は実質的に脆性体であるダイヤモンドのみより構
成されているためと考えられる。According to the method disclosed in this publication, the adhesion strength between the diamond coating layer and the substrate is greatly improved. However, since the strength of the diamond coating layer is smaller than that of the diamond sintered body, the diamond coating layer may be damaged depending on the intended use. The reason why the diamond coating layer is lower in strength than the diamond sintered body is that the diamond sintered layer contains Co, whereas the diamond coating layer is substantially composed of only a brittle diamond. This is probably because
【００１６】また、上記公報に示された方法によってダ
イヤモンド被覆層と基材との密着強度が大幅に改善され
たとはいえ、さらに高い密着強度の要求される用途で
は、剥離などの生じるおそれもある。Further, although the adhesion strength between the diamond coating layer and the base material is greatly improved by the method disclosed in the above publication, peeling may occur in applications requiring higher adhesion strength. .
【００１７】また多結晶ダイヤモンドをロウ付けする場
合も同様、多結晶ダイヤモンド自体の強度がダイヤモン
ド焼結体に比較して小さいため、その使用用途によって
は多結晶ダイヤモンドが破損するおそれがある。Similarly, when brazing polycrystalline diamond, the polycrystalline diamond itself has a lower strength than that of the sintered diamond, and therefore the polycrystalline diamond may be damaged depending on the intended use.
【００１８】以上のことから、現状では、基板との高い
密着力および高い強度を併せ持つダイヤモンド被覆層お
よび多結晶ダイヤモンドを安価にかつ大量に製造する技
術はまだ未完であるといわざるを得ない。From the above, at present, it must be said that the technology for inexpensively mass-producing the diamond coating layer and the polycrystalline diamond, which have both high adhesion and high strength with the substrate, is still incomplete.
【００１９】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、基材との高い密着力および高い強度を併せ
持ち、安価かつ大量に製造可能なダイヤモンド被覆材料
およびその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and provides a diamond coating material which has a high adhesion to a base material and a high strength, and which can be manufactured inexpensively and in a large amount, and a manufacturing method thereof. The purpose is to
【００２０】[0020]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願発明者らは鋭意検討した結果、基材上に形成さ
れるダイヤモンド被覆層中にダイヤモンド以外の物質を
０．０１体積％以上７０体積％以下の範囲で層状および
粒状で混在させた場合、基材とダイヤモンド被覆層との
密着強度が高く、かつダイヤモンド被覆層の強度も高い
ダイヤモンド被覆材料が得られることを見出した。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have made earnest studies, and as a result, 0.01% by volume or more of a substance other than diamond is contained in a diamond coating layer formed on a substrate. Layered in the range of 70% by volume or less
It has been found that when they are mixed in a granular form, a diamond coating material having a high adhesion strength between the base material and the diamond coating layer and a high diamond coating layer strength can be obtained.
【００２１】それゆえ、本発明のダイヤモンド被覆材料
は主表面を有する基材と主表面上に形成された被覆層と
を備え、その被覆層は多結晶ダイヤモンドと多結晶ダイ
ヤモンド以外の物質とを含み、その多結晶ダイヤモンド
以外の物質は被覆層に対する体積分率が０．０１体積％
以上７０体積％以下となるように、かつ多結晶ダイヤモ
ンド中において層状および粒状の双方が混在するように
被覆層に含まれている。Therefore, the diamond coating material of the present invention comprises a substrate having a main surface and a coating layer formed on the main surface, the coating layer containing polycrystalline diamond and a substance other than polycrystalline diamond. , The material other than polycrystalline diamond has a volume fraction of 0.01% by volume with respect to the coating layer.
Above 70% by volume and the polycrystalline diamond
It is contained in the coating layer so that both layered and granular particles are mixed .
【００２２】本発明のダイヤモンド被覆材料の好ましい
１の局面に従えば、基材と被覆層との間に１層以上の中
間層を含んでいる。According to a preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, one or more intermediate layers are included between the substrate and the coating layer.
【００２３】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しい他の局面に従えば、層状の多結晶ダイヤモンド以外
の物質の厚みは０．００１μｍ以上１０μｍ以下であ
る。According to another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the thickness of the substance other than the layered polycrystalline diamond is 0.001 μm or more and 10 μm or less.
【００２４】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、粒状の多結晶ダイヤモン
ド以外の物質の粒径は０．００１μｍ以上１０μｍ以下
である。According to still another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the particle size of the substance other than the granular polycrystalline diamond is 0.001 μm or more and 10 μm or less.
【００２５】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、多結晶ダイヤモンドの粒
径が５μｍ以下である。According to still another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the grain size of the polycrystalline diamond is 5 μm or less.
【００２６】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、多結晶ダイヤモンド以外
の物質は、４ａ、５ａ、６ａ族元素、それらの元素の炭
化物、それらの元素の窒化物、それらの元素の炭窒化
物、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ 3 Ｎ4 からなる群から選
ばれた少なくとも１種以上を含んでいる。Further, the diamond coating material of the present invention is preferred.
According to yet another aspect, other than polycrystalline diamond
Substances are 4a, 5a, 6a group elements, charcoal of those elements
Compounds, nitrides of those elements, carbonitrides of those elements
Thing, Al2O3, SiC, Si 3NFourSelected from the group consisting of
Contains at least one spilled.
【００２７】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、中間層が、４ａ、５ａ、
６ａ族元素、それらの元素の炭化物、それらの元素の窒
化物、それらの元素の炭窒化物、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、
Ｓｉ3 Ｎ4 からなる群から選ばれた少なくとも１種以上
を含んでいる。According to still another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the intermediate layer comprises 4a, 5a,
Group 6a elements, carbides of those elements, nitrides of those elements, carbonitrides of those elements, Al 2 O 3 , SiC,
It contains at least one selected from the group consisting of Si 3 N 4 .
【００２８】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、被覆層の厚みが０．２μ
ｍ以上１０００μｍ以下である。According to still another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the coating layer has a thickness of 0.2 μm.
m or more and 1000 μm or less.
【００２９】また本発明のダイヤモンド被覆材料の好ま
しいさらに他の局面に従えば、基材は、超硬合金、サー
メット、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣからなる群か
ら選ばれた少なくとも１種以上を含んでいる。According to still another preferred aspect of the diamond coating material of the present invention, the base material is at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 and SiC. Contains more than one seed.
【００３０】[0030]
【００３１】また、本願発明者らは鋭意検討した結果、
基材の主表面上に気相合成法により多結晶ダイヤモンド
層を形成し、この多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一
部表面上にダイヤモンド以外の物質を形成し、この多結
晶ダイヤモンドを形成する工程と多結晶ダイヤモンド以
外の物質を形成する工程とを４回以上繰返すことによ
り、基材とダイヤモンド被覆層との密着強度が高く、か
つダイヤモンド被覆層の強度も高いダイヤモンド被覆材
料が製造できることを見出した。Further, the inventors of the present application have made earnest studies, and as a result,
A polycrystalline diamond layer is formed on the main surface of the base material by a vapor phase synthesis method, a substance other than diamond is formed on at least a part of the surface of the polycrystalline diamond layer, and a polycrystalline diamond layer is formed. It was found that a diamond coating material having high adhesion strength between the base material and the diamond coating layer and high strength of the diamond coating layer can be produced by repeating the step of forming a substance other than crystalline diamond four times or more.
【００３２】それゆえ、本発明のダイヤモンド被覆材料
の製造方法は、主表面を有する基材と、その主表面上に
形成された被覆層とを備え、その被覆層は多結晶ダイヤ
モンドと多結晶ダイヤモンド以外の物質とを含み、その
多結晶ダイヤモンド以外の物質は被覆層に対する体積分
率が０．０１体積％以上７０体積％以下となるように、
かつ多結晶ダイヤモンド中において層状および粒状の双
方が混在するように被覆層に含まれているダイヤモンド
被覆材料の製造方法であって、以下の工程を備えてい
る。Therefore, the method for producing a diamond coating material of the present invention comprises a base material having a main surface and a substrate having the main surface.
And a coating layer formed on the polycrystalline diamond.
Containing substances other than polycrystalline diamond and
For materials other than polycrystalline diamond, volume for the coating layer
So that the ratio is 0.01% by volume or more and 70% by volume or less,
And layered and granular twins in polycrystalline diamond.
Diamond contained in the coating layer so that the two are mixed
A method of manufacturing a coating material, comprising the following steps.
【００３３】まず基材の主表面上に気相合成法により第
１の多結晶ダイヤモンド層が形成される。そして第１の
多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面上に第１の
多結晶ダイヤモンド以外の物質が形成される。そして第
１の多結晶ダイヤモンド以外の物質の少なくとも一部を
覆うように気相合成法により第１の多結晶ダイヤモンド
層上に第２の多結晶ダイヤモンド層が形成される。そし
て第２の多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面上
に第２の多結晶ダイヤモンド以外の物質が形成される。
そして第２の多結晶ダイヤモンド以外の物質を覆うよう
に気相合成法により第２の多結晶ダイヤモンド層上に第
３の多結晶ダイヤモンド層が形成される。そして第３の
多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面上に第３の
多結晶ダイヤモンド以外の物質が形成される。そして第
３の多結晶ダイヤモンド以外の物質を覆うように気相合
成法により第３の多結晶ダイヤモンド層上に第４の多結
晶ダイヤモンド層が形成される。第１、第２、第３およ
び第４の多結晶ダイヤモンド層を形成する工程と、第
１、第２および第３の多結晶ダイヤモンド以外の物質を
形成する工程とを、連続した真空容器内で行なう。 First, a first polycrystalline diamond layer is formed on the main surface of a base material by a vapor phase synthesis method. Then, a substance other than the first polycrystalline diamond is formed on at least a part of the surface of the first polycrystalline diamond layer. Then, a second polycrystalline diamond layer is formed on the first polycrystalline diamond layer by the vapor phase synthesis method so as to cover at least a part of the substance other than the first polycrystalline diamond. Then, a substance other than the second polycrystalline diamond is formed on at least a part of the surface of the second polycrystalline diamond layer.
Then, a third polycrystalline diamond layer is formed on the second polycrystalline diamond layer by a vapor phase synthesis method so as to cover a substance other than the second polycrystalline diamond. Then, a substance other than the third polycrystalline diamond is formed on at least a part of the surface of the third polycrystalline diamond layer. Then, a fourth polycrystalline diamond layer is formed on the third polycrystalline diamond layer by the vapor phase synthesis method so as to cover substances other than the third polycrystalline diamond. First, second, third and
And a step of forming a fourth polycrystalline diamond layer,
Materials other than the first, second and third polycrystalline diamond
The forming step and the forming step are performed in a continuous vacuum container.
【００３４】なお、基材の主表面上にまず第１の多結晶
ダイヤモンドを形成しているが、基材の主表面の少なく
とも一部にダイヤモンド以外の物質を形成し、その後に
第１の多結晶ダイヤモンドを形成してもよい。Although the first polycrystalline diamond is first formed on the main surface of the base material, a substance other than diamond is formed on at least a part of the main surface of the base material, and then the first polycrystalline diamond is formed. Crystalline diamond may be formed.
【００３５】[0035]
【００３６】[0036]
【作用】ダイヤモンド被覆材料においてダイヤモンド被
覆層が剥離する原因として、基材と被覆層との密着強
度の不足、被覆層に発生した亀裂の伸展による被覆層
破壊、の２つが挙げられる。の密着強度の不足は、主
にダイヤモンドが分子間引力および力学的な絡みによっ
て接合されているのみであるということに起因してい
る。またの被覆層破壊は、ダイヤモンドが脆性体であ
ることに起因している。さらに、ダイヤモンド被覆層の
強度が低い原因として、ダイヤモンド被覆層の作製方法
である気相合成法の成膜プロセスが挙げられる。すなわ
ち、気相合成法によりダイヤモンド被覆層を形成する場
合、その成膜プロセスは核発生→核成長→成膜というプ
ロセスとなる。このため、ダイヤモンド被覆層を構成す
るダイヤモンド粒が、成長するに伴い、その粒径が大き
くなり、必然的にその強度が低くなるためであると考え
られる。In the diamond coating material, the diamond coating layer peels off due to insufficient adhesion strength between the base material and the coating layer and destruction of the coating layer due to extension of cracks generated in the coating layer. Insufficient adhesion strength is mainly due to the fact that diamond is bonded only by intermolecular attractive force and mechanical entanglement. The coating layer destruction is caused by the fact that diamond is a brittle body. Further, the reason why the strength of the diamond coating layer is low includes the film forming process of the vapor phase synthesis method which is a method for producing the diamond coating layer. That is, in the case of forming the diamond coating layer by the vapor phase synthesis method, the film forming process is a process of nucleation → nucleus growth → film formation. Therefore, it is considered that the diamond grains constituting the diamond coating layer grow in size and inevitably have low strength as they grow.
【００３７】これに対して、本発明のダイヤモンド被覆
材料においては、被覆層中に多結晶ダイヤモンド以外の
物質は層状および粒状の双方が混在するように含まれて
いる。このようにダイヤモンド以外の物質（成分）が層
状および粒状の双方で混在するため、基材と被覆層との
密着力が向上する。また、被覆層に亀裂が発生した場合
でも、被覆層中にダイヤモンド以外の物質が層状および
粒状の双方で混在しているため、このダイヤモンド以外
の物質により亀裂の伸展が停止させられる。さらに、被
覆層中に含まれるダイヤモンド以外の物質の表面上にお
いて、ダイヤモンドの核発生が起き、または、核成長が
停止するため、ダイヤモンド粒が細かくなる。これによ
り、ダイヤモンド粒同士の接触面積が増大し、ダイヤモ
ンドのみから構成される被覆層と比較して大幅に高い強
度が得られる。On the other hand, in the diamond coating material of the present invention, substances other than polycrystalline diamond are contained in the coating layer so that both the layered form and the granular form are mixed . In this way, substances (components) other than diamond are layered
Since both the shape and the grain are mixed , the adhesion between the base material and the coating layer is improved. In addition, even if cracks occur in the coating layer, substances other than diamond are layered and formed in the coating layer.
Since they are mixed in both granular forms, the crack extension is stopped by the substance other than diamond. Further, diamond nucleation occurs on the surface of a substance other than diamond contained in the coating layer, or nucleus growth stops, so that the diamond grains become fine. As a result, the contact area between the diamond grains is increased, and a significantly higher strength can be obtained as compared with a coating layer composed only of diamond.
【００３８】また、本発明のダイヤモンド被覆材料で
は、このダイヤモンド以外の物質（成分）は被覆層に対
して体積分率が０．０１体積％以上７０体積％以下とな
るように被覆層に含まれている。ダイヤモンド以外の物
質の体積分率が０．０１体積％よりも小さくなると、上
述した基材と被覆層との高い密着強度と被覆層自体の高
い強度という効果が低くなる。またダイヤモンド以外の
物質の体積分率が７０体積％を越えると、被覆層の耐摩
耗性が低下し、より高い耐摩耗性が要求される使用用途
に用いることは望ましくない。In the diamond coating material of the present invention, the substance (component) other than diamond is contained in the coating layer so that the volume fraction of the coating layer is 0.01% by volume or more and 70% by volume or less. ing. When the volume fraction of the substance other than diamond is less than 0.01% by volume, the effects of high adhesion strength between the base material and the coating layer and high strength of the coating layer itself become low. Further, when the volume fraction of the substance other than diamond exceeds 70% by volume, the wear resistance of the coating layer is deteriorated, and it is not desirable to use it for the use purpose in which higher wear resistance is required.
【００３９】また、本発明のダイヤモンド被覆材料にお
いては、基材と被覆層との間に、双方に対して化学的親
和性の高い物質から構成される１層以上の中間層を予め
設けることは、さらに高い基材と被覆層との密着力を得
る上において好ましい。Further, in the diamond coating material of the present invention, one or more intermediate layers composed of a substance having a high chemical affinity for both are not previously provided between the base material and the coating layer. It is preferable for obtaining higher adhesion between the base material and the coating layer.
【００４０】またダイヤモンド以外の物質の層の厚みお
よび粒の粒径は０．００１μｍ以上１０μｍ以下である
ことが好ましい。ダイヤモンド以外の物質の層の厚みお
よび粒の粒径が０．００１μｍより小さい場合、この層
および粒の上に形成されるダイヤモンドの核発生を促進
することができず、ダイヤモンド粒の粒径の増加ひいて
は強度の低下を招来する。また多結晶ダイヤモンド以外
の物質の層の厚みおよび粒の粒径が１０μｍを越える場
合、被覆層全体の硬度が低下する。The layer thickness of the substance other than diamond and the grain size of the grains are preferably 0.001 μm or more and 10 μm or less. If the layer thickness of the substance other than diamond and the grain size of the grains are smaller than 0.001 μm, the nucleation of diamond formed on this layer and grains cannot be promoted, and the grain size of the diamond grains increases. As a result, the strength is reduced. If the layer thickness of the substance other than polycrystalline diamond and the grain size of the grains exceed 10 μm, the hardness of the entire coating layer decreases.
【００４１】また本発明のダイヤモンド被覆材料におい
て、多結晶ダイヤモンドを構成するダイヤモンド粒の粒
径は、５μｍ以下であることが好ましい。この多結晶ダ
イヤモンドを構成するダイヤモンド粒の粒径が５μｍを
越えても、被覆層の大きな強度の向上が認められない。
また多結晶ダイヤモンドを構成するダイヤモンド粒の粒
径は５μｍ以下としているが、３μｍ以下であればより
好ましく、１μｍ以下ではより一層好ましい。In the diamond coating material of the present invention, it is preferable that the grain size of diamond grains constituting the polycrystalline diamond is 5 μm or less. Even if the grain size of the diamond grains constituting this polycrystalline diamond exceeds 5 μm, the strength of the coating layer is not significantly improved.
The grain size of the diamond grains constituting the polycrystalline diamond is 5 μm or less, but it is more preferably 3 μm or less, and even more preferably 1 μm or less.
【００４２】また本発明のダイヤモンド被覆材料におい
て、ダイヤモンド以外の物質は、４ａ、５ａ、６ａ族元
素、それらの元素の炭化物、それらの元素の窒化物、そ
れらの元素の炭窒化物、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ
4 からなる群から選ばれた少なくとも１種以上を含んで
いることが好ましい。ダイヤモンド以外の物質が上記の
群から選ばれた少なくとも１種以上を含むことにより、
この物質上にダイヤモンドを被覆するときに、初期ダイ
ヤモンド核の発生密度が高くなり、被覆層の強度の向上
を図ることができる。In the diamond coating material of the present invention, the substances other than diamond are 4a, 5a, 6a group elements, carbides of these elements, nitrides of those elements, carbonitrides of those elements, and Al 2 O. 3 , SiC, Si 3 N
It is preferable to contain at least one selected from the group consisting of 4 . When the substance other than diamond contains at least one selected from the above group,
When diamond is coated on this substance, the initial diamond nucleus generation density is increased, and the strength of the coating layer can be improved.
【００４３】本発明のダイヤモンド被覆材料において
は、被覆層の厚みは０．２μｍ以上１０００μｍ以下が
好ましい。被覆層の厚みを０．２μｍより小さくしても
耐摩耗性などの諸性能の向上が認められない。また被覆
層の厚みが１０００μｍを越えても、もはや大きな性能
向上が認められず、経済的にも好ましくない。なお、被
覆層の厚みは０．５μｍ以上であればより好ましい。In the diamond coating material of the present invention, the thickness of the coating layer is preferably 0.2 μm or more and 1000 μm or less. Even if the thickness of the coating layer is less than 0.2 μm, improvement in various properties such as abrasion resistance is not recognized. Further, even when the thickness of the coating layer exceeds 1000 μm, a large improvement in performance is no longer recognized, which is economically undesirable. The thickness of the coating layer is more preferably 0.5 μm or more.
【００４４】また本発明のダイヤモンド被覆材料におい
ては、被覆層は、超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）、サ
ーメット、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 からなる群
から選ばれた少なくとも１種以上を含むことが好まし
い。本発明のダイヤモンド被覆材料における被覆層は、
実質的にダイヤモンドのみから構成される被覆層と比較
してはるかに高い強度を有する。しかし、この被覆層は
脆性体であるダイヤモンドを多く含有するため、上記の
群から選ばれた少なくとも１種以上を含む高硬度の材料
を基材に使用することが望ましい。In the diamond coating material of the present invention, the coating layer is at least selected from the group consisting of cemented carbide (particularly WC-based cemented carbide), cermet, Al 2 O 3 , SiC and Si 3 N 4. It is preferable to include one or more kinds. The coating layer in the diamond coating material of the present invention,
It has a much higher strength compared to a coating layer consisting essentially of diamond. However, since this coating layer contains a large amount of brittle diamond, it is desirable to use a high hardness material containing at least one selected from the above group for the substrate.
【００４５】本発明のダイヤモンド被覆材料の製造方法
においては、第１の多結晶ダイヤモンド層上の少なくと
も一部表面に形成されたダイヤモンド以外の物質を被覆
するように気相合成法により第２の多結晶ダイヤモンド
層が形成される。また第３および第４の多結晶ダイヤモ
ンド層もほぼ同様に形成される。このように、ダイヤモ
ンド以外の物質上で多結晶ダイヤモンド層が気相合成法
により形成されるため、上述したように、ダイヤモンド
の核発生が生じ、かつ、すでに存在しているダイヤモン
ド核の成長が抑制され、多結晶ダイヤモンドを構成する
ダイヤモンド粒が細かくなる。またこれを第３と第４の
多結晶ダイヤモンド層においても繰返すため、各多結晶
ダイヤモンド層の強度が高くなり、ひいては被覆層自体
の強度が高くなる。また、多結晶ダイヤモンド層とダイ
ヤモンド以外の物質が部分的および／または全体的に交
互に形成されることにより、多結晶ダイヤモンド以外の
物質は層状および粒状の双方が混在するように形成され
る。これによって、被覆層と基板との密着力も向上す
る。In the method for producing the diamond coating material of the present invention, the second polycrystal is formed by vapor phase synthesis so as to coat a substance other than diamond formed on at least a part of the surface of the first polycrystalline diamond layer. A crystalline diamond layer is formed. Also, the third and fourth polycrystalline diamond layers are formed in substantially the same manner. As described above, since the polycrystalline diamond layer is formed on the substance other than diamond by the vapor phase synthesis method, as described above, the diamond nucleation occurs and the growth of the existing diamond nuclei is suppressed. As a result, the diamond grains forming the polycrystalline diamond become finer. Further, since this is repeated in the third and fourth polycrystalline diamond layers, the strength of each polycrystalline diamond layer is increased, which in turn increases the strength of the coating layer itself. Further, the polycrystalline diamond layer and the substance other than diamond are partially and / or entirely alternately formed, so that the substance other than polycrystalline diamond is formed so as to be mixed in both layered and granular forms. This also improves the adhesion between the coating layer and the substrate.
【００４６】なお、本発明のダイヤモンド被覆材料にお
いて、基板と被覆層との間に中間層を設ける場合には、
中間層の厚みは０．２μｍ以上５μｍ以下であることが
望ましい。中間層の厚みが０．２μｍより小さいと、密
着性向上の効果が得られず、また５μｍを越えても密着
性は向上せず、経済的にも好ましくない。In the diamond coating material of the present invention, when an intermediate layer is provided between the substrate and the coating layer,
The thickness of the intermediate layer is preferably 0.2 μm or more and 5 μm or less. When the thickness of the intermediate layer is smaller than 0.2 μm, the effect of improving the adhesiveness cannot be obtained, and even when it exceeds 5 μm, the adhesiveness is not improved, which is not economically preferable.
【００４７】[0047]
【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below.
【００４８】実施例１
ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、サイアロン、Ａｌ2 Ｏ3 、超硬合
金を基材として準備した。これらの基材表面に公知の化
学蒸着法により約１分間、ＷＣの核発生を行なった。そ
の後、公知の熱フィラメントＣＶＤ法により約３０分
間、ダイヤモンドの核発生を行なった。このＷＣの核発
生とダイヤモンドの核発生の繰返しを１５回行い、それ
らの層の全体的な厚みが７μｍとなるダイヤモンド−Ｗ
Ｃ混合被覆層を形成した。また比較例として、前述の各
種基材上に、熱フィラメントＣＶＤ法により約７時間の
ダイヤモンドの核発生を行ない、その厚みが６μｍとな
るダイヤモンド被覆層単層を形成した。これらの本発明
例と比較例とについて、ダイヤモンド圧子による引掻き
試験を行なった。その結果、比較例は２０ｋｇの荷重に
よりダイヤモンド被覆層がいずれも剥離または亀裂破損
したのに対し、本発明例は７０ｋｇの荷重でも被覆層の
剥離および亀裂の発生は認められなかった。 Example 1 SiC, Si 3 N 4 , sialon, Al 2 O 3 and cemented carbide were prepared as base materials. Nucleation of WC was performed on the surface of these substrates by a known chemical vapor deposition method for about 1 minute. Then, diamond nucleation was performed for about 30 minutes by the known hot filament CVD method. This WC nucleation and diamond nucleation are repeated 15 times, and the total thickness of those layers becomes 7 μm.
A C mixed coating layer was formed. As a comparative example, diamond nucleation was carried out for about 7 hours on the above-mentioned various substrates by the hot filament CVD method to form a diamond coating layer single layer having a thickness of 6 μm. A scratch test using a diamond indenter was carried out on these inventive examples and comparative examples. As a result, in the comparative example, the diamond coating layer peeled off or cracked under a load of 20 kg, whereas in the example of the present invention, neither peeling nor cracking of the coating layer was observed even under a load of 70 kg.
【００４９】また、ダイヤモンド以外の物質としてＷＣ
の代わりにＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮを各々用いて同じ
試験を行なったところ、ＷＣを用いた場合と同様、７０
ｋｇの荷重でも被覆層の剥離および亀裂の発生は認めら
れなかった。すなわち、ダイヤモンド以外の物質として
ＷＣ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮを用いた場合、比較例
より良好な基材との密着強度および被覆層強度の得られ
ることが判明した。WC as a substance other than diamond
The same test was performed using TiC, TiN, and TiCN instead of, respectively. As with the case of using WC, 70
No peeling or cracking of the coating layer was observed even with a load of kg. That is, it was found that when WC, TiC, TiN, and TiCN were used as the substance other than diamond, the adhesion strength with the base material and the coating layer strength which were better than those of the comparative examples were obtained.
【００５０】さらに、ダイヤモンド以外の物質としてＷ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮを用いた本発明例の被覆
材料の膜成長方向に沿った断面を、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）にて観察した。その結果、被覆層中に０．５
〜４０％の体積分率にてダイヤモンド以外の物質（成
分）が、存在していることを確認した。またそのダイヤ
モンド以外の物質の層状のものの厚みは０．００２〜２
μｍであり、また粒状のものの粒径は０．００３〜３μ
ｍであることも確認した。Furthermore, as a substance other than diamond, W
A cross section along the film growth direction of the coating material of the present invention using C, TiC, TiN, and TiCN was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, 0.5 in the coating layer
It was confirmed that substances (components) other than diamond were present at a volume fraction of -40%. The thickness of the layered material other than diamond is 0.002 to 2
μm, and the particle size of the granular material is 0.003 to 3 μm
It was also confirmed that it was m.
【００５１】なお、上記の方法により得られた本発明例
の概略的な断面を図１に示す。図１を参照して、基材２
０上にたとえばＷＣよりなる中間層３ｂを介在して被覆
層１０が形成されている。この中間層３ｂは、層状およ
び／または粒状をなしている。被覆層１０は、多結晶ダ
イヤモンド１と多結晶ダイヤモンド以外の物質（たとえ
ばＷＣ）３ａとを有している。この多結晶ダイヤモンド
以外の物質３ａは、被覆層中において層状および粒状の
双方が混在するように分布している。A schematic cross section of the example of the present invention obtained by the above method is shown in FIG. Referring to FIG. 1, the base material 2
The coating layer 10 is formed on the intermediate layer 0 with the intermediate layer 3b made of WC interposed therebetween. The intermediate layer 3b has a layered and / or granular shape. The coating layer 10 includes the polycrystalline diamond 1 and a substance (for example, WC) 3a other than the polycrystalline diamond. This substance 3a other than polycrystalline diamond is layered and granular in the coating layer .
It is distributed so that both are mixed .
【００５２】実施例２
ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、サイアロン、Ａｌ2 Ｏ3 、ＤＩＮ
１．３２０７ハイス、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４
３５）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、炭素鋼（Ｓ５０
Ｃ）、超硬合金（Ｋ１０）、サーメットを基材として準
備した。これらの基材表面に公知の物理蒸着法にて約３
０秒間、ＴｉＣの付着を行なった。その後、公知の熱フ
ィラメントＣＶＤ法により約３０分間、ダイヤモンドの
核発生を行なった。このＴｉＣの付着とダイヤモンドの
核発生との繰返しを２０回行ない、その層の全体的な厚
みが７μｍとなるダイヤモンド−ＴｉＣ混合被覆層を形
成し、これらを本発明例とした。 Example 2 SiC, Si 3 N 4 , Sialon, Al 2 O 3 , DIN
1.3207 HSS, chrome molybdenum steel (SCM4
35), stainless steel (SUS304), carbon steel (S50
C), cemented carbide (K10), and cermet were prepared as base materials. About 3 on the surface of these substrates by the known physical vapor deposition method.
Deposition of TiC was performed for 0 seconds. Then, diamond nucleation was performed for about 30 minutes by the known hot filament CVD method. This TiC deposition and diamond nucleation were repeated 20 times to form a diamond-TiC mixed coating layer having an overall thickness of 7 μm, which were used as examples of the present invention.
【００５３】また、上述した各種基材の表面上に公知の
熱フィラメントＣＶＤ法により、約４時間ダイヤモンド
の核発生を行なうことにより、厚みが３μｍのダイヤモ
ンド炭素被覆層を形成し、これらを比較例とした。な
お、ＤＩＮ １．３２０７ハイス、クロムモリブデン鋼
（ＳＣＭ４３５）、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、炭素
鋼（Ｓ５０Ｃ）の表面にはダイヤモンドは形成できなか
った。Further, a diamond carbon coating layer having a thickness of 3 μm was formed on the surface of each of the above-mentioned base materials by a known hot filament CVD method for about 4 hours to generate diamond nuclei, and these were compared with each other. And No diamond could be formed on the surface of DIN 1.3207 HSS, chromium molybdenum steel (SCM435), stainless steel (SUS304), or carbon steel (S50C).
【００５４】これらの本発明例と比較例について、ロッ
クウェル圧子による１０秒間の圧子押込み試験を行なっ
た。その結果、比較例は２０ｋｇの荷重によって被覆層
のいずれについても剥離もしくは亀裂が発生した。これ
に対して、本発明例は６０ｋｇの荷重でも被覆層に剥離
は認められなかった。A 10-second indenter indentation test with a Rockwell indenter was carried out on these examples of the present invention and comparative examples. As a result, in the comparative example, peeling or cracking occurred in any of the coating layers under a load of 20 kg. On the other hand, in the example of the present invention, no peeling was observed in the coating layer even with a load of 60 kg.
【００５５】また、ダイヤモンド以外の成分としてＴｉ
Ｃに代えてＴｉＮ、ＴｉＣＮを用いて同じ試験を行なっ
たところ、ＴｉＣを用いた本発明例と同様、６０ｋｇの
荷重でも被覆層の剥離は認められなかった。すなわち、
ダイヤモンド以外の成分としてＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣ
Ｎを用いた本発明例においても、比較例より良好な基材
との密着強度および被覆層強度の得られることが判明し
た．さらに、本発明例の被覆層の膜成長方向に沿った断
面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。そ
の結果、ダイヤモンド以外の成分（ＴｉＣまたはＴｉＮ
またはＴｉＣＮ）が被覆層中に０．５〜４０％の体積分
率で存在することが確認された。またこのダイヤモンド
以外の物質について、層状のものの厚みは０．００２〜
２μｍであり、または粒状のものの粒径は０．００５〜
３μｍであることも確認した。Ti is used as a component other than diamond.
When the same test was performed using TiN and TiCN instead of C, peeling of the coating layer was not observed even with a load of 60 kg, as in the case of the present invention using TiC. That is,
TiC, TiN, TiC as components other than diamond
It was found that even in the examples of the present invention using N, the adhesion strength with the substrate and the coating layer strength which are better than those of the comparative examples were obtained. Further, the cross section of the coating layer of the present invention example along the film growth direction was observed by a scanning electron microscope (SEM). As a result, components other than diamond (TiC or TiN
Or TiCN) was confirmed to be present in the coating layer in a volume fraction of 0.5 to 40%. Regarding materials other than diamond, the thickness of the layered one is 0.002-
2 μm, or the particle size of the granular material is 0.005
It was also confirmed that it was 3 μm.
【００５６】実施例３
部材として、以下の表１に記載した原料粉末を振動ミル
を用いて粉砕し、バインダーを添加したものをプレス成
形および成形加工し、温度３００℃にて脱バインダー
後、温度１４５０℃にて焼結を行なった。これにより得
られた焼結体基材の表面を＃２８０のレジンボンドダイ
ヤモンド砥石にて研削加工した。これにより、ＪＩＳ
Ｂ４１０３に定められたＳＰＧＮ４２２形状の母材切削
チップを製造した。これらのチップの表面に、表２に表
記した方法にて、表面に被覆層を形成し、表３に表記し
た本発明例の切削チップ１〜１９および比較例の切削チ
ップ２０〜２５を製造した。なお、ダイヤモンドの被覆
は、公知のμ波プラズマＣＶＤ法を用い、２．４５ＧＨ
ｚのμ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、温度９００℃に
加熱し、全圧を８０Ｔｏｒｒとした水素−メタン２．５
％の混合プラズマ中にて行なった。 Example 3 As a member, the raw material powders shown in Table 1 below were crushed using a vibration mill, and the one to which a binder was added was press-molded and molded, and after removing the binder at a temperature of 300 ° C., the temperature was changed. Sintering was performed at 1450 ° C. The surface of the sintered body substrate thus obtained was ground with a # 280 resin bond diamond grindstone. This allows the JIS
A base material cutting tip having an SPGN422 shape defined in B4103 was manufactured. A coating layer was formed on the surface of each of the chips by the method described in Table 2 to manufacture cutting chips 1 to 19 of the present invention example and cutting chips 20 to 25 of Comparative Example described in Table 3. . Note that the diamond coating is performed by a known μ wave plasma CVD method at 2.45 GH.
Hydrogen-methane 2.5 heated to a temperature of 900 ° C. and a total pressure of 80 Torr using a z-wave plasma CVD apparatus.
% Mixed plasma.
【００５７】[0057]
【表１】 [Table 1]
【００５８】[0058]
【表２】 [Table 2]
【００５９】[0059]
【表３】 [Table 3]
【００６０】本発明例の切削チップの被覆層を構成する
ダイヤモンド粒の粒径は、いずれも２μｍ以下であっ
た。また本発明例の切削チップ１〜１９の断面を、走査
型電子顕微鏡にて観察した。その結果、被覆層中にダイ
ヤモンド以外の成分が３〜６７％の体積分率で含まれて
いることを確認した。また、被覆層中のダイヤモンド以
外の物質について、層状のものの厚みは０．００２〜２
μｍであり、または粒状のものの粒径は０．００５〜３
μｍであることも確認した。被覆層中のダイヤモンド以
外の物質の体積分率も併せて表２に示した。The grain size of the diamond grains constituting the coating layer of the cutting tip of the present invention was 2 μm or less in all cases. Further, the cross sections of the cutting chips 1 to 19 of the present invention example were observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that the coating layer contained components other than diamond in a volume fraction of 3 to 67%. Regarding the substances other than diamond in the coating layer, the thickness of the layered one is 0.002 to 2
μm, or the particle size of the granular material is 0.005 to 3
It was also confirmed to be μm. The volume fraction of substances other than diamond in the coating layer is also shown in Table 2.
【００６１】また本発明例の切削チップ１９には切れ刃
近傍における被覆層の表面を＃５００のダイヤモンド電
着砥石を用いて、その表面の面粗度が０．２Ｓになるま
で表面加工を施した。In the cutting tip 19 of the present invention, the surface of the coating layer in the vicinity of the cutting edge was surface-treated by using a # 500 diamond electrodeposition grindstone until the surface roughness of the surface became 0.2S. did.
【００６２】これらの本発明例と比較例との切削チップ
を用いて、
被削材 ： Ａｌ−１７ｗｔ％Ｓｉ合金（丸棒）
切削速度： ８００ｍ／ｍｉｎ．
送り ： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み ： １．５ｍｍ
切削油 ： 水溶性
切削時間： ２０分
の条件にて連続切削試験を行なった。その結果を上記の
表３に示す。Using the cutting tips of the present invention example and the comparative example, a work material: Al-17 wt% Si alloy (round bar) Cutting speed: 800 m / min. Feed: 0.2 mm / rev. Depth of cut: 1.5 mm Cutting oil: Water-soluble cutting time: A continuous cutting test was performed under the condition of 20 minutes. The results are shown in Table 3 above.
【００６３】比較例である切削チップ２０〜２４および
被覆層を形成しなかった切削チップ２５については、い
ずれも本発明例の切削チップと同等の性能は得られてい
ないことが判明した。また、本発明例の切削チップ１お
よび３に関して、被覆層形成のときの繰返し回数を変化
させたところ、被覆層の層の厚みが０．２μｍ以下の場
合、耐摩耗性の向上が認められず、すなわち被覆層の形
成しない場合と逃げ面摩耗量がほぼ同じになることも確
認した。It was found that the cutting chips 20 to 24 as comparative examples and the cutting chip 25 without the coating layer did not have the same performance as that of the cutting chip of the present invention. Further, with respect to the cutting tips 1 and 3 of the present invention example, when the number of times of repetition when forming the coating layer was changed, when the thickness of the coating layer was 0.2 μm or less, no improvement in wear resistance was observed. That is, it was also confirmed that the flank wear amount was almost the same as when the coating layer was not formed.
【００６４】さらに比較のため、Ｓｉ基板の表面に、上
述と同じ方法により、０．４ｍｍのダイヤモンド被覆層
を形成した後、Ｓｉ基板をエッチング除去して形成した
多結晶ダイヤモンド板を、表１のＡの組成の超硬合金に
ロウ付けして比較例の切削チップを製造し、上述と同じ
内容の切削試験を行なった。その結果、切削開始後５分
間でロウ付けした多結晶ダイヤモンド板が欠損し、継続
して切削を行なうことが不可能となった。For comparison, a polycrystalline diamond plate formed by forming a 0.4 mm diamond coating layer on the surface of a Si substrate by the same method as described above and then removing the Si substrate by etching is shown in Table 1. A cutting tip of a comparative example was manufactured by brazing to a cemented carbide having a composition of A, and a cutting test having the same contents as described above was performed. As a result, the polycrystalline diamond plate brazed within 5 minutes after the start of cutting was damaged, and continuous cutting became impossible.
【００６５】なお、上記の実施例においては、多結晶ダ
イヤモンドを含有する被覆層について詳細に述べたが、
この多結晶ダイヤモンドがダイヤモンド、ダイヤモンド
状炭素、不定形炭素およびこれらの複合体であった場合
にもまったく同様の効果が得られる。さらに、これらの
各種被覆層が硼素（Ｂ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）を始
めとする各種軽元素を含んだ場合でも、まったく同様の
効果が得られる。また、ダイヤモンド被覆の方法は、従
来の技術において紹介した方法をはじめ、あらゆる方法
を用いてもよい。In the above examples, the coating layer containing polycrystalline diamond was described in detail.
The same effect can be obtained when the polycrystalline diamond is diamond, diamond-like carbon, amorphous carbon or a composite thereof. Further, even when these various coating layers contain various light elements such as boron (B), nitrogen (N) and oxygen (O), the same effect can be obtained. Further, as the diamond coating method, any method including the method introduced in the conventional art may be used.
【００６６】また、多結晶ダイヤモンド以外の物質の製
造方法として、化学蒸着法、物理蒸着法、スパッタリン
グ法、真空蒸着法、物理的置載からなる群から選ばれた
少なくとも１種以上の方法もしくは別の方法により形成
されればよい。As a method for producing a substance other than polycrystalline diamond, at least one selected from the group consisting of chemical vapor deposition, physical vapor deposition, sputtering, vacuum vapor deposition, and physical placement, or another method. It may be formed by the above method.
【００６７】本実施例では、ダイヤモンド以外の物質の
形成（被覆）方法に単一の方法を用いたが複数の方法を
用いてもその効果は明白である。In this embodiment, a single method is used for forming (coating) a substance other than diamond, but the effect is clear even if a plurality of methods are used.
【００６８】さらに、所定の被覆層の表面の面粗度およ
び／または寸法精度を得るために、ダイヤモンド被覆層
表面を砥石や熱処理などにて平滑化、鏡面化しても、本
発明の優秀性は損なわれない。Further, even if the surface of the diamond coating layer is smoothed or mirror-finished by a grindstone or heat treatment in order to obtain the surface roughness and / or dimensional accuracy of the surface of the predetermined coating layer, the present invention is not excellent. Not damaged.
【００６９】[0069]
【発明の効果】以上の実験の結果より、本発明のダイヤ
モンド被覆材料においては、従来のダイヤモンド被覆材
料に比較して、良好なダイヤモンド膜の耐剥離性を有
し、かつ天然ダイヤモンドやダイヤモンド焼結体や多
結晶ダイヤモンドと同等の耐摩耗性を有し、かつ高い
強度を持つ、ことは明らかである。また、天然ダイヤモ
ンド、ダイヤモンド焼結体および多結晶ダイヤモンドを
用いた場合と比較して、高い形状自由度を持ち、かつ安
易に大量に製造できるという長所も備えている。さら
に、本発明のダイヤモンド被覆材料を各種切削工具（た
とえばドリル、エンドミルなどの回転工具、耐摩工
具）、各種機械部品、砥石、各種治具、耐蝕材料などに
応用した場合でも、良好な結果の得られることが十分に
予想できる。From the results of the above experiments, the diamond coating material of the present invention has a good diamond film exfoliation resistance as compared with the conventional diamond coating material, and has a natural diamond or diamond sintering property. It is clear that it has the same wear resistance as the body and polycrystalline diamond, and high strength. Further, compared with the case of using natural diamond, diamond sintered body and polycrystalline diamond, it has a high degree of freedom in shape and has an advantage that it can be easily produced in large quantities. Furthermore, even when the diamond coating material of the present invention is applied to various cutting tools (for example, rotary tools such as drills and end mills, wear-resistant tools), various machine parts, grindstones, various jigs, and corrosion-resistant materials, good results can be obtained. Can be expected.
【図１】実施例１の製造方法により製造された本発明の
ダイヤモンド被覆材料の構成を概略的に示す断面図であ
る。1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a diamond coating material of the present invention manufactured by the manufacturing method of Example 1. FIG.
１ 多結晶ダイヤモンド ３ａ 多結晶ダイヤモンド以外の物質 ３ｂ 中間層 １０ 被覆層 ２０ 基材 1 Polycrystalline diamond 3a Materials other than polycrystalline diamond 3b Middle layer 10 coating layer 20 Base material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ // Ｂ２３Ｂ 27/14 Ｂ２３Ｂ 27/14 Ａ (56)参考文献 特開 昭61−15972（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145314（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−267284（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−56768（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−297207（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−317112（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 16/56 C30B 29/04 B23P 15/28 B23B 27/14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI // B23B 27/14 B23B 27/14 A (56) References JP-A-61-15972 (JP, A) JP-A-1- 145314 (JP, A) JP-A-2-267284 (JP, A) JP-A-4-56768 (JP, A) JP-A-6-297207 (JP, A) JP-A-1-317112 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/00-16/56 C30B 29/04 B23P 15/28 B23B 27/14
Claims (10)
モンド以外の物質とを含み、 前記多結晶ダイヤモンド以外の物質は、前記被覆層に対
する体積分率が０．０１体積％以上７０体積％以下とな
るように、かつ前記多結晶ダイヤモンド中において層状
および粒状の双方が混在するように前記被覆層に含まれ
ている、ダイヤモンド被覆材料。1. A substrate having a main surface, and a coating layer formed on the main surface, wherein the coating layer contains polycrystalline diamond and a substance other than the polycrystalline diamond, The substances other than diamond are layered in the polycrystalline diamond so that the volume fraction of the coating layer is 0.01% by volume or more and 70% by volume or less.
The diamond coating material contained in the coating layer such that both the granular material and the granular material are mixed .
の中間層を含む、請求項１に記載のダイヤモンド被覆材
料。2. The diamond coating material according to claim 1, comprising one or more intermediate layers between the substrate and the coating layer.
質の厚みは０．００１μｍ以上１０μｍ以下である、請
求項１および２のいずれかに記載のダイヤモンド被覆材
料。3. The diamond coating material according to claim 1, wherein the material other than the layered polycrystalline diamond has a thickness of 0.001 μm or more and 10 μm or less.
質の粒径は０．００１μｍ以上１０μｍ以下である、請
求項１および２のいずれかに記載のダイヤモンド被覆材
料。4. The diamond coating material according to claim 1, wherein a substance other than the granular polycrystalline diamond has a particle size of 0.001 μm or more and 10 μm or less.
以下である、請求項１、２、３および４のいずれかに記
載のダイヤモンド被覆材料。5. The grain size of the polycrystalline diamond is 5 μm
The diamond coating material according to any one of claims 1, 2, 3 and 4, which is:
４ａ、５ａ、６ａ族元素、前記元素の炭化物、前記元素
の窒化物、前記元素の炭窒化物、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ3Ｎ4からなる群から選ばれた少なくとも１種以上を含
む、請求項１、２、３、４および５のいずれかに記載の
ダイヤモンド被覆材料。6. The material other than the polycrystalline diamond is
4a, 5a, 6a group elements, carbides of the elements, nitrides of the elements, carbonitrides of the elements, Al 2 O 3 , SiC, S
The diamond coating material according to any one of claims 1, 2, 3, 4 and 5, containing at least one selected from the group consisting of i 3 N 4 .
素、前記元素の炭化物、前記元素の窒化物、前記元素の
炭窒化物、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4からなる群から
選ばれた少なくとも１種以上を含む、請求項１、２、
３、４、５および６のいずれかに記載のダイヤモンド被
覆材料。7. The intermediate layer comprises a group consisting of 4a, 5a, 6a group elements, carbides of the elements, nitrides of the elements, carbonitrides of the elements, Al 2 O 3 , SiC, Si 3 N 4. 3. At least one selected from the group consisting of
7. The diamond coating material according to any one of 3, 4, 5 and 6.
００μｍ以下である、請求項１、２、３、４、５、６お
よび７のいずれかに記載のダイヤモンド被覆材料。8. The thickness of the coating layer is 0.2 μm or more 10
The diamond coating material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7, which has a diameter of 00 µm or less.
ｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣからなる群から選ばれた少な
くとも１種以上を含む、請求項１、２、３、４、５、
６、７および８のいずれかに記載のダイヤモンド被覆材
料。9. The base material is cemented carbide, cermet, A
l 2 O 3, Si 3 N 4, selected from the group consisting of SiC containing at least one, according to claim 1, 2, 3, 4,
The diamond coating material according to any one of 6, 7 and 8.
モンド以外の物質とを含み、 前記多結晶ダイヤモンド以外の物質は、前記被覆層に対
する体積分率が０．０１体積％以上７０体積％以下とな
るように、かつ前記多結晶ダイヤモンド中において層状
および粒状の双方が混在するように前記被覆層に含まれ
ているダイヤモンド被覆材料の製造方法であって、 基材の主表面上に気相合成法により第１の多結晶ダイヤ
モンド層を形成する工程と、 前記第１の多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面
上に第１の多結晶ダイヤモンド以外の物質を形成する工
程と、 前記第１の多結晶ダイヤモンド以外の物質を覆うように
前記第１の多結晶ダイヤモンド層上に気相合成法により
第２の多結晶ダイヤモンド層を形成する工程と、 前記第２の多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面
上に第２の多結晶ダイヤモンド以外の物質を形成する工
程と、 前記第２の多結晶ダイヤモンド以外の物質を覆うように
前記第２の多結晶ダイヤモンド層上に気相合成法により
第３の多結晶ダイヤモンド層を形成する工程と、 前記第３の多結晶ダイヤモンド層の少なくとも一部表面
上に第３の多結晶ダイヤモンド以外の物質を形成する工
程と、 前記第３の多結晶ダイヤモンド以外の物質を覆うように
前記第３の多結晶ダイヤモンド層上に気相合成法により
第４の多結晶ダイヤモンド層を形成する工程とを備え、 前記第１、第２、第３および第４の多結晶ダイヤモンド
層を形成する工程と、前記第１、第２および第３の多結
晶ダイヤモンド以外の物質を形成する工程とは、連続し
た真空容器内において行なわれる、 ダイヤモンド被覆材
料の製造方法。10. A substrate having a main surface, and a coating layer formed on the main surface, wherein the coating layer is made of polycrystalline diamond and the polycrystalline diamond.
A substance other than Mondo, and the substance other than the polycrystalline diamond forms a layer in the coating layer.
Volume fraction of 0.01 volume% or more and 70 volume% or less
And layered in the polycrystalline diamond
Included in the coating layer so that both
A method for producing a diamond coating material , comprising the step of forming a first polycrystalline diamond layer on the main surface of a substrate by a vapor phase synthesis method, and at least a partial surface of the first polycrystalline diamond layer. A step of forming a substance other than the first polycrystalline diamond on the first polycrystalline diamond layer by a vapor phase synthesis method so as to cover the substance other than the first polycrystalline diamond. Forming a crystalline diamond layer, forming a substance other than the second polycrystalline diamond on at least a part of the surface of the second polycrystalline diamond layer, and forming a substance other than the second polycrystalline diamond. Forming a third polycrystalline diamond layer on the second polycrystalline diamond layer so as to cover the second polycrystalline diamond layer by a vapor phase synthesis method; and reducing the third polycrystalline diamond layer at least. A step of forming a substance other than the third polycrystalline diamond on a part of the surface; and a step of forming a substance other than the third polycrystalline diamond on the third polycrystalline diamond layer by a vapor phase synthesis method so as to cover the substance. And a step of forming a fourth polycrystalline diamond layer , the first, second, third and fourth polycrystalline diamond layers.
A step of forming a layer and the first, second and third multi-layers
The process of forming substances other than crystal diamond is continuous.
A method for manufacturing a diamond coating material , which is performed in a vacuum container .
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