JPH05202475A - 被覆焼結体とその製造方法 - Google Patents
被覆焼結体とその製造方法Info
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- JPH05202475A JPH05202475A JP1239092A JP1239092A JPH05202475A JP H05202475 A JPH05202475 A JP H05202475A JP 1239092 A JP1239092 A JP 1239092A JP 1239092 A JP1239092 A JP 1239092A JP H05202475 A JPH05202475 A JP H05202475A
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- hard carbon
- coating
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- Pending
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00405—Materials with a gradually increasing or decreasing concentration of ingredients or property from one layer to another
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイヤモンドまたは硬質炭素膜を被覆した焼
結体の耐久性等を向上する。 【構成】 炭化タングステンや炭化チタン等をコバルト
やニッケルなどをバインダーとして焼結した超硬合金や
セラミックス等の焼結体を基材とし、表面にダイヤモン
ドまたは硬質炭素被膜が形成された被覆焼結体におい
て、中間層に炭化チタン被膜を用いるが、中間層のダイ
ヤモンド被膜側を化学量論的組成の炭化チタンとし、基
材側を非化学量論的組成にする。 【効果】 この被覆焼結体は、切削工具、耐摩耗工具、
耐摩耗部品等さらに装飾品等として耐摩耗性をはじめと
する耐久性に優れたものとして使用できる。
結体の耐久性等を向上する。 【構成】 炭化タングステンや炭化チタン等をコバルト
やニッケルなどをバインダーとして焼結した超硬合金や
セラミックス等の焼結体を基材とし、表面にダイヤモン
ドまたは硬質炭素被膜が形成された被覆焼結体におい
て、中間層に炭化チタン被膜を用いるが、中間層のダイ
ヤモンド被膜側を化学量論的組成の炭化チタンとし、基
材側を非化学量論的組成にする。 【効果】 この被覆焼結体は、切削工具、耐摩耗工具、
耐摩耗部品等さらに装飾品等として耐摩耗性をはじめと
する耐久性に優れたものとして使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】切削工具、耐摩耗工具、耐摩耗部
品や装飾品などに用いられる被覆結体とその製造方法に
関する。
品や装飾品などに用いられる被覆結体とその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】高性能、高耐摩耗工具等には、炭化タン
グステンや炭化チタン等を主成分とするいわゆる超硬材
あるいはサーメット材と呼ばれる焼結体材料が広く用い
られていた。また、アルミナや窒化ケイ素といったセラ
ミックス材料も広く用いられていた。
グステンや炭化チタン等を主成分とするいわゆる超硬材
あるいはサーメット材と呼ばれる焼結体材料が広く用い
られていた。また、アルミナや窒化ケイ素といったセラ
ミックス材料も広く用いられていた。
【０００３】近年、化学気相析出法（ＣＶＤ法）や物理
蒸着法（ＰＶＤ法）の進歩に伴い、上記材料の性能をさ
らに高めるために炭化チタン、窒化チタンといったセラ
ミックス被膜やダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜のコ
ーティングが広く行われるようになってきた。
蒸着法（ＰＶＤ法）の進歩に伴い、上記材料の性能をさ
らに高めるために炭化チタン、窒化チタンといったセラ
ミックス被膜やダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜のコ
ーティングが広く行われるようになってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】炭化タングステンや炭
化チタンを主成分とする焼結体に気相析出法によりダイ
ヤモンドまたは硬質炭素の被膜を形成する場合、焼結体
のバインダーとして用いられるコバルトやニッケル中に
析出した炭素が拡散・固溶するために密着性や結晶性等
の被膜としての特性が悪くなるという欠点を有してい
た。この欠点を解決するために、中間層として化学量論
的組成の炭化ケイ素や炭化チタンといった炭化物や窒化
ケイ素などの窒化物の被膜を形成することが試みられて
いるが、化学量論的な組成を有する被膜では、表面層で
あるダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜との密着性が低
いため、その性能の向上が図れないという欠点を有して
いた。
化チタンを主成分とする焼結体に気相析出法によりダイ
ヤモンドまたは硬質炭素の被膜を形成する場合、焼結体
のバインダーとして用いられるコバルトやニッケル中に
析出した炭素が拡散・固溶するために密着性や結晶性等
の被膜としての特性が悪くなるという欠点を有してい
た。この欠点を解決するために、中間層として化学量論
的組成の炭化ケイ素や炭化チタンといった炭化物や窒化
ケイ素などの窒化物の被膜を形成することが試みられて
いるが、化学量論的な組成を有する被膜では、表面層で
あるダイヤモンドあるいは硬質炭素被膜との密着性が低
いため、その性能の向上が図れないという欠点を有して
いた。
【０００５】一方、基材がセラミックスの場合、基材と
の相性により、ダイヤモンドや所望の硬質炭素被膜が析
出しなかったり、熱膨張率の違いによる被膜の剥離や、
密着性の低下をきたすという欠点を有していた。
の相性により、ダイヤモンドや所望の硬質炭素被膜が析
出しなかったり、熱膨張率の違いによる被膜の剥離や、
密着性の低下をきたすという欠点を有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、基材とダイヤモンドまたは硬質炭素被
膜の間に中間層として、炭化チタン被膜をもちいること
において、ダイヤモンドまたは硬質炭素被膜側で炭化チ
タンを化学量論的組成とし、基材側で非化学量論的組成
とする。非化学量論組成としては、チタンに対する炭素
の比を０．５〜０．９９とする。炭化チタン層の形成方
法としては、熱ＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッ
タリング等の方法を用いる。また、化学量論的組成の炭
化チタンの形成方法を予め形成された非化学量論的組成
を有する炭化チタンをダイヤモンドまたは硬質炭素被膜
形成時に炭素の拡散により行う。
に、本発明では、基材とダイヤモンドまたは硬質炭素被
膜の間に中間層として、炭化チタン被膜をもちいること
において、ダイヤモンドまたは硬質炭素被膜側で炭化チ
タンを化学量論的組成とし、基材側で非化学量論的組成
とする。非化学量論組成としては、チタンに対する炭素
の比を０．５〜０．９９とする。炭化チタン層の形成方
法としては、熱ＣＶＤ、イオンプレーティング、スパッ
タリング等の方法を用いる。また、化学量論的組成の炭
化チタンの形成方法を予め形成された非化学量論的組成
を有する炭化チタンをダイヤモンドまたは硬質炭素被膜
形成時に炭素の拡散により行う。
【０００７】
【作用】気相析出法によりダイヤモンド被膜あるいはダ
イヤモンドの物性に近い硬質炭素被膜は一般にガス状炭
素化合物と過剰の水素ガスを原料とし、通常、マイクロ
波によるプラズマＣＶＤ法または熱フィラメント法と呼
ばれるＣＶＤ法により形成されるのであるが、いずれの
方法においても、７００〜１０００℃の高温に基材がさ
らされるため炭素を固溶する物質では固溶体を作り、炭
素と化合物を形成する物質では炭化物を形成する。一般
には、炭素を固溶する物質では、その表面にダイヤモン
ドは析出しずらく、また、基材にこの様な物質が含まれ
ている場合、その基材の奥深くまで拡散・固溶が起こる
ため、ダイヤモンドの析出が起こらないだけでなく、基
材の変質を起こしてしまう。一方、化学量論的な組成を
とる物質では、結晶性の良いダイヤモンド被膜が析出し
やすいということが知られている。
イヤモンドの物性に近い硬質炭素被膜は一般にガス状炭
素化合物と過剰の水素ガスを原料とし、通常、マイクロ
波によるプラズマＣＶＤ法または熱フィラメント法と呼
ばれるＣＶＤ法により形成されるのであるが、いずれの
方法においても、７００〜１０００℃の高温に基材がさ
らされるため炭素を固溶する物質では固溶体を作り、炭
素と化合物を形成する物質では炭化物を形成する。一般
には、炭素を固溶する物質では、その表面にダイヤモン
ドは析出しずらく、また、基材にこの様な物質が含まれ
ている場合、その基材の奥深くまで拡散・固溶が起こる
ため、ダイヤモンドの析出が起こらないだけでなく、基
材の変質を起こしてしまう。一方、化学量論的な組成を
とる物質では、結晶性の良いダイヤモンド被膜が析出し
やすいということが知られている。
【０００８】炭化チタンは、チタンの面心立方格子の稜
線上に炭素原子が侵入するいわゆる侵入型化合物であ
り、その原子の比率はチタンに対する炭素の原子比が
０．５〜１．０の値をとることが出来ることが知られて
いる。化学量論的な組成の炭化チタン（チタンと炭素の
比が１対１）の被膜を中間層として用いる場合、ダイヤ
モンドは析出しやすくなるが炭化チタンとダイヤモンド
の熱膨張率の差が大きいため、熱応力により界面で剥離
を生じていた。しかし、炭化チタン被膜中の炭素量を減
らすことにより、ダイヤモンド被膜形成の初期段階に界
面付近では炭素の拡散が起こり、界面付近では炭化チタ
ンは化学量論的組成となり、次いで、表面では結晶性の
良いダイヤモンドの形成が起こる。また、中間層である
炭化チタンの基材側では、ダイヤモンド側が、化学量論
的組成あるいはこれに近い組成になるため、初期段階で
炭素の拡散が止り、このため非化学量論的組成のままで
あるため大きな体積変化を生じることがなく、基材との
密着性を強固に保つのである。ここで、ダイヤモンドと
炭化チタンとの界面は、最初から化学量論組成の炭化チ
タン被膜の上に形成するのに比べ、拡散現象のため極め
て強固な密着性を持つようになり、剥離といった現象を
生じないのであり、結果として、優れたダイヤモンドま
たは硬質炭素被膜を有する被覆焼結体が得られるのであ
る。
線上に炭素原子が侵入するいわゆる侵入型化合物であ
り、その原子の比率はチタンに対する炭素の原子比が
０．５〜１．０の値をとることが出来ることが知られて
いる。化学量論的な組成の炭化チタン（チタンと炭素の
比が１対１）の被膜を中間層として用いる場合、ダイヤ
モンドは析出しやすくなるが炭化チタンとダイヤモンド
の熱膨張率の差が大きいため、熱応力により界面で剥離
を生じていた。しかし、炭化チタン被膜中の炭素量を減
らすことにより、ダイヤモンド被膜形成の初期段階に界
面付近では炭素の拡散が起こり、界面付近では炭化チタ
ンは化学量論的組成となり、次いで、表面では結晶性の
良いダイヤモンドの形成が起こる。また、中間層である
炭化チタンの基材側では、ダイヤモンド側が、化学量論
的組成あるいはこれに近い組成になるため、初期段階で
炭素の拡散が止り、このため非化学量論的組成のままで
あるため大きな体積変化を生じることがなく、基材との
密着性を強固に保つのである。ここで、ダイヤモンドと
炭化チタンとの界面は、最初から化学量論組成の炭化チ
タン被膜の上に形成するのに比べ、拡散現象のため極め
て強固な密着性を持つようになり、剥離といった現象を
生じないのであり、結果として、優れたダイヤモンドま
たは硬質炭素被膜を有する被覆焼結体が得られるのであ
る。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。炭化タングステン−コバルト系（重量比でコバルト
４％）のいわゆる超硬製スローアウェイチップ上にイオ
ンプレーティング法により、原子比でチタンに対する炭
素の比率が０．７の炭化チタンの結晶系である面心立方
晶を有する非化学量論組成の炭化チタン被膜を１μｍ形
成したものの上に、メタンと水素ガスを原料ガスとし
て、周波数２．５４ギガヘルツのマイクロ波による放電
を利用したいわゆるマイクロ波ＣＶＤ装置を用いて５μ
ｍのダイヤモンドを主成分とする被膜を形成した。生成
したダイヤモンドを主成分とする被膜をＸ線解析法によ
り調べたところ、中間層である炭化チタンを介さずに成
膜した場合に比べ、ダイヤモンドとして極めて結晶性の
高いものであることがわかった。また、炭素の分析・評
価として有効なレーザー・ラマン分光分析によっても、
同様の結果が得られた。さらに、走査型電子顕微鏡によ
る観察によってもダイヤモンド被膜特有の立方晶系によ
る結晶成長がみられた。
る。炭化タングステン−コバルト系（重量比でコバルト
４％）のいわゆる超硬製スローアウェイチップ上にイオ
ンプレーティング法により、原子比でチタンに対する炭
素の比率が０．７の炭化チタンの結晶系である面心立方
晶を有する非化学量論組成の炭化チタン被膜を１μｍ形
成したものの上に、メタンと水素ガスを原料ガスとし
て、周波数２．５４ギガヘルツのマイクロ波による放電
を利用したいわゆるマイクロ波ＣＶＤ装置を用いて５μ
ｍのダイヤモンドを主成分とする被膜を形成した。生成
したダイヤモンドを主成分とする被膜をＸ線解析法によ
り調べたところ、中間層である炭化チタンを介さずに成
膜した場合に比べ、ダイヤモンドとして極めて結晶性の
高いものであることがわかった。また、炭素の分析・評
価として有効なレーザー・ラマン分光分析によっても、
同様の結果が得られた。さらに、走査型電子顕微鏡によ
る観察によってもダイヤモンド被膜特有の立方晶系によ
る結晶成長がみられた。
【００１０】一方、中間層である炭化チタンについて
は、ダイヤモンド被膜形成後、オージェ電子分光分析に
より調べたところ、ダイヤモンド被膜に近いところで
は、その組成は、１対１となっており、基材である炭化
タングステン−コバルト焼結体に近い部分では初期の組
成に近いものであった。また、中間部分はこれらの組成
の中間の値をとっていることがわかった。
は、ダイヤモンド被膜形成後、オージェ電子分光分析に
より調べたところ、ダイヤモンド被膜に近いところで
は、その組成は、１対１となっており、基材である炭化
タングステン−コバルト焼結体に近い部分では初期の組
成に近いものであった。また、中間部分はこれらの組成
の中間の値をとっていることがわかった。
【００１１】以上のようなスローアウェイチップを用い
て、難切削材であるアルミニウム−ケイ素合金（重量比
でケイ素が１２％）の丸棒を旋盤にて切削試験を行った
ところ、コーティングをしていないものでは、切削面が
荒れると同時に、ほとんど工具としての寿命を持たなか
ったのに対し、コーティングしたものでは１００００ｍ
の切削に対しても切削面は極めて滑らかであり、初期の
切削状態と何ら変化を示さなかった。また、中間層を形
成しなかったものについては、切削試験初期の段階でチ
ッピングと呼ばれる剥離を起こし、コーティングを施さ
ないものと同等の性能であった。
て、難切削材であるアルミニウム−ケイ素合金（重量比
でケイ素が１２％）の丸棒を旋盤にて切削試験を行った
ところ、コーティングをしていないものでは、切削面が
荒れると同時に、ほとんど工具としての寿命を持たなか
ったのに対し、コーティングしたものでは１００００ｍ
の切削に対しても切削面は極めて滑らかであり、初期の
切削状態と何ら変化を示さなかった。また、中間層を形
成しなかったものについては、切削試験初期の段階でチ
ッピングと呼ばれる剥離を起こし、コーティングを施さ
ないものと同等の性能であった。
【００１２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、焼結体
と気相析出法により合成されるダイヤモンドまたは硬質
炭素被膜との中間層として炭化チタン層を介することに
より極めて密着性、耐摩耗性、耐衝撃性等に優れた被覆
焼結体製品、たとえば非鉄用切削工具、耐摩耗工具をは
じめとして耐摩耗部品や装飾品などを提供することが出
来る。
と気相析出法により合成されるダイヤモンドまたは硬質
炭素被膜との中間層として炭化チタン層を介することに
より極めて密着性、耐摩耗性、耐衝撃性等に優れた被覆
焼結体製品、たとえば非鉄用切削工具、耐摩耗工具をは
じめとして耐摩耗部品や装飾品などを提供することが出
来る。
【００１３】なお、実施例では非化学量論組成の炭化チ
タン層の形成をイオンプーティング法により行ったが、
他の物理蒸着法や化学気相析出法によっても形成が可能
である。また、ダイヤモンドまたは硬質炭素被膜の形成
方法についても実施例に記したマイクロ波ＣＶＤ法の
他、熱フィラメント法をはじめとする各種の方法によっ
ても同様の結果が得られることは明らかである。
タン層の形成をイオンプーティング法により行ったが、
他の物理蒸着法や化学気相析出法によっても形成が可能
である。また、ダイヤモンドまたは硬質炭素被膜の形成
方法についても実施例に記したマイクロ波ＣＶＤ法の
他、熱フィラメント法をはじめとする各種の方法によっ
ても同様の結果が得られることは明らかである。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化タングステンまたは炭化チタン等を
主成分とする焼結体またはアルミナや窒化ケイ素等を主
成分とするセラミックス焼結体を基材とし、基材の表面
にダイヤモンドまたは硬質炭素の被膜が形成された被覆
焼結体において、基材と被覆されたダイヤモンドまたは
硬質炭素被膜との間に、炭化チタン層を介在して設け、
この炭化チタンの組成がダイヤモンドまたは硬質炭素被
膜側で化学量論的組成を有し、基材側で非化学量論的組
成を有することを特徴とする被覆焼結体。 - 【請求項２】 化学量論組成の炭化チタン層をあらかじ
め形成された非化学量論組成の炭化チタン被膜に対して
炭素の拡散により形成することを特徴とする請求項１記
載の被覆焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 炭素の拡散がダイヤモンドまたは硬質炭
素被膜形成時になされることを特徴とする請求項２記載
の被覆焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239092A JPH05202475A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 被覆焼結体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239092A JPH05202475A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 被覆焼結体とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05202475A true JPH05202475A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11803945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239092A Pending JPH05202475A (ja) | 1992-01-27 | 1992-01-27 | 被覆焼結体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05202475A (ja) |
-
1992
- 1992-01-27 JP JP1239092A patent/JPH05202475A/ja active Pending
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