JP7018391B2 - ダイヤモンド層及び硬質材料層を有するボデーのコーティング - Google Patents
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Description
本発明のボデーをコーティングする方法によれば、非導電性のダイヤモンド層がCVD処理によりボデーを形成する基材上に設けられ、ダイヤモンド層の表面に金属イオンが注入及び/又は拡散されるようにHIPIMSの金属イオンエッチングにより前処理されて、ダイヤモンド層上に導電性の接着層が生成され、少なくとも一つの金属元素を含む硬質材料層がPVD法によって接着層の上に設けられる。
以下により詳細に説明するように、ダイヤモンド層の層構造に応じて、その層構造は、異なる構造のダイヤモンドの複数の副層で構成することができ、又、それは熱伝導率の低い値をもたらすこともできる。熱伝導率の低減は、個々のダイヤモンド結晶の粒界に起因する。特に、ナノ結晶ダイヤモンド層又は副層の場合、多数の粒界が低い熱伝導率をもたらし、しかしながら、硬質材料層において熱的条件に有利な影響を有する。好ましくは、120W/Kmを超える平均熱伝導率が、ダイヤモンド層において達成され、好ましくは200W/Kmより高く、特に好ましくは500W/Kmより高い。熱伝導率は、かなり温度に依存することが認められ、与えられた値は、室温における熱伝導率として理解されるべきである。
また、TiとCrの組合せも可能である。Ti,W,Taのような金属は、個々に又は
組み合わせて使用することができる。
Claims (27)
- ボデー(10)を形成する基材(22)と、
前記基材(22)上に設けられて1~40μmの厚さを有する非導電性のダイヤモンド層(24)と、
前記ダイヤモンド層(24)の外側ゾーンへの金属原子の注入又は拡散により形成されて炭素及び少なくとも一つの金属元素を含むと共に2~80nmの厚さを有する導電性の接着層(32)と、
前記接着層(32)の外側に設けられて少なくとも一つの金属元素及び少なくとも一つの非金属元素を含む硬質材料層(26)と、
を備えた、コーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)における少なくとも一つの金属元素の濃度は、前記基材(22)からの距離と共に増加する勾配を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のコーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)の前記金属元素又は複数の金属元素は、Ti及びCrを含む群から選択される、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のコーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)は、Ti及びCから成る、
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)は、5~40nmの厚さを有する、
ことを特徴とする請求項1ないし4いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)における金属元素の全ての濃度は、前記基材(22)からの距離と共に増加する勾配を有する、
ことを特徴とする請求項2ないし5いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記接着層(32)は、前記硬質材料層(26)の一つ以上の金属元素を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし6いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)と前記硬質材料層(26)の間でかつ前記接着層(32)と前記硬質材料層(26)の間には、遷移層(33)が設けられ、
前記遷移層は、少なくとも一つの金属元素と、少なくとも一つの非金属元素を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし7いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記遷移層(33)は、元素Si,V,W,Ti,Cr,C,又はNの少なくとも一つを含む、
ことを特徴とする請求項8に記載のコーティングされたボデー。 - 前記遷移層(33)は、Ti-N,Ti-C-N,Ti-C,Cr-C,Cr-C-N,又はCr-Nを含む、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載のコーティングされたボデー。 - 前記遷移層(33)における少なくとも一つの非金属元素の濃度は、前記遷移層(33)の厚さ方向に沿って変化する、
ことを特徴とする請求項8ないし10いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)は、100nmよりも小さい粒径を有するナノ結晶ダイヤモンドから成る、少なくとも一つの副層(30)を有する、
ことを特徴とする請求項1ないし11いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)は、100nmよりも大きい粒径を有するダイヤモンドから成る、少なくとも一つの副層(28)を有する、
ことを特徴とする請求項1ないし12いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)は、二種類の副層(28,30)を含み、
前記二種類の副層(28,30)は、ダイヤモンド結晶の粒径及び/又は体積分率に関して異なる、
ことを特徴とする請求項12又は13に記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)は、二種類の副層(28,30)を含み、
前記二種類の副層(28,30)は、交互に連続して複数層に配置されている、
ことを特徴とする請求項12ないし14いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)の最も外側の副層(30)は、100nmよりも小さい粒径を有するナノ結晶ダイヤモンドから成る、
ことを特徴とする請求項12ないし15いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層(24)の最も内側の副層(28)は、100nmよりも大きい粒径を有するダイヤモンドから成る、
ことを特徴とする請求項12ないし16いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記ダイヤモンド層の最も内側の副層(28)は、3μmよりも小さい厚さを有する、
ことを特徴とする請求項17に記載のコーティングされたボデー。 - 前記硬質材料層(26)は、一つ以上の金属元素及び一つ以上の非金属元素により形成され、
前記金属元素又は複数の金属元素は、Al,Siを含む群、及びIUPAC(1988)による周期表の4~6族の元素から選択され、
前記非金属元素又は複数の非金属元素は、B,C,N,及びOを含む群から選択される、
ことを特徴とする請求項1ないし18いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記硬質材料層(26)は、一つ又は複数の副層により形成され、
少なくとも一つの副層は、Ti-Al-N,Ti-N,Ti-C-N,Ti-Al-C-N,Ti-Al-Si-N,Ti-S-N,Al-Cr-N,Al-Cr-Si-N,及び/又はTi-Bから成る、
ことを特徴とする請求項1ないし19いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記硬質材料層(26)は、少なくとも一つの非ドープ又は金属ドープのDLC副層を含む、
ことを特徴とする請求項1ないし20いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 前記基材(22)と前記ダイヤモンド層(24)の間には、金属中間層(34)が設けられ、
前記金属中間層は、元素Cr,W,及び/又はTiの原子から成る、
ことを特徴とする請求項1ないし21いずれか一つに記載のコーティングされたボデー。 - 非導電性のダイヤモンド層(24)が、CVD処理により、ボデー(10)を形成する基材(22)上に設けられ、
前記ダイヤモンド層(24)の表面に金属イオンが注入及び/又は拡散されるようにHIPIMSの金属イオンエッチングにより前処理されて、前記ダイヤモンド層(24)上に導電性の接着層(32)が生成され、
少なくとも一つの金属元素を含む硬質材料層(26)が、PVD法によって、前記接着層(32)の上に設けられる、
ことを特徴とするボデーをコーティングする方法。 - 前記ダイヤモンド層(24)の表面は、前記HIPIMSの金属イオンエッチングの際に、Tiイオンを用いて処理される、
ことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 前記硬質材料層(26)は、少なくとも一つのマグネトロンカソードが前記HIPIMSにしたがって操作される、マグネトロンスパッタリングにより設けられる、
ことを特徴とする請求項23又は24に記載の方法。 - 前記ダイヤモンド層(24)が設けられる前に、中間層(34)が前記基材(22)に設けられ、
前記中間層(34)は、少なくとも一つのマグネトロンカソードが前記HIPIMSにしたがって操作される、マグネトロンスパッタリングにより設けられる、
ことを特徴とする請求項23ないし25いずれか一つに記載の方法。 - 前記ダイヤモンド層(24)が設けられる前に、中間層(34)が前記基材(22)に設けられ、
前記中間層(34)が設けられる前に、前記基材(22)は、イオンが前記HIPIMSにしたがって操作される少なくとも一つのマグネトロンカソードにより生成される、イオンエッチングにより前処理される、
ことを特徴とする請求項23ないし26いずれか一つに記載の方法。
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