JPH07116606B2 - ダイヤモンド被覆炭素部材 - Google Patents
ダイヤモンド被覆炭素部材Info
- Publication number
- JPH07116606B2 JPH07116606B2 JP63213146A JP21314688A JPH07116606B2 JP H07116606 B2 JPH07116606 B2 JP H07116606B2 JP 63213146 A JP63213146 A JP 63213146A JP 21314688 A JP21314688 A JP 21314688A JP H07116606 B2 JPH07116606 B2 JP H07116606B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表面をダイヤモンドで被覆した炭素部材に関
するもので、このダイヤモンド被覆炭素部材は、スピー
カー振動板，核融合炉壁材，耐摩擦材，高強度炭素繊維
材，集積回路基板等に利用できるものである。
するもので、このダイヤモンド被覆炭素部材は、スピー
カー振動板，核融合炉壁材，耐摩擦材，高強度炭素繊維
材，集積回路基板等に利用できるものである。
［従来の技術］ 従来、ダイヤモンドは高温・高圧下での熱力学的平衡状
態において合成されてきたが、最近非平衡状態を積極的
に利用した気相からの合成法（Chemical Vapor Deposit
ion）いわゆるCVD法によってダイヤモンドが合成できる
ことが確認されている。
態において合成されてきたが、最近非平衡状態を積極的
に利用した気相からの合成法（Chemical Vapor Deposit
ion）いわゆるCVD法によってダイヤモンドが合成できる
ことが確認されている。
この手法によりセラミックスや金属材料の表面にダイヤ
モンド膜を形成すると、耐摩耗性，耐食性等の向上を図
ることができる。
モンド膜を形成すると、耐摩耗性，耐食性等の向上を図
ることができる。
但し、CVD法によるダイヤモンド膜の合成温度が、通常7
00℃以上のため、基材が限定される問題がある。
00℃以上のため、基材が限定される問題がある。
又、結晶性の良いダイヤモンド膜を気相成長させる条件
は10倍以上の水素で希釈した炭化水素を用い、ガスをプ
ラズマ，もしくは熱フィラメントで励起するというのが
よく知られた条件で、特開昭58−135117号公報，特開昭
58−110494号公報，特開昭59−3098号公報等に詳細に示
されている。
は10倍以上の水素で希釈した炭化水素を用い、ガスをプ
ラズマ，もしくは熱フィラメントで励起するというのが
よく知られた条件で、特開昭58−135117号公報，特開昭
58−110494号公報，特開昭59−3098号公報等に詳細に示
されている。
基材温度が700〜1200℃と高いため、高融点金属やセラ
ミックス等、基材の限定は受けるものの、上述のCVD法
を用い、基材上にダイヤモンド膜を形成することによ
り、耐摩耗性，耐食性，高比弾性等の向上を図ることが
できる。
ミックス等、基材の限定は受けるものの、上述のCVD法
を用い、基材上にダイヤモンド膜を形成することによ
り、耐摩耗性，耐食性，高比弾性等の向上を図ることが
できる。
又、核融合炉リミター材として、炭素材であるグラファ
イトが低質量材であり、かつ高い熱流束にも耐える点か
ら広く用いられているが、高温での化学スパッタリング
が大きいため、グラファイトそのものは基材として、そ
の上に炭化ケイ素や炭化チタンを被覆することが試みら
れている。（Starfire−A Commercial Tokamakfusion P
owerplant Study,ANL−FPP−80−１） このため、より低スパッタ性，低質量性等の点で有利な
特性を持つダイヤモンド膜をグラファイト上に被覆する
ことにより特性の向上を図ることができる。
イトが低質量材であり、かつ高い熱流束にも耐える点か
ら広く用いられているが、高温での化学スパッタリング
が大きいため、グラファイトそのものは基材として、そ
の上に炭化ケイ素や炭化チタンを被覆することが試みら
れている。（Starfire−A Commercial Tokamakfusion P
owerplant Study,ANL−FPP−80−１） このため、より低スパッタ性，低質量性等の点で有利な
特性を持つダイヤモンド膜をグラファイト上に被覆する
ことにより特性の向上を図ることができる。
［発明が解決しようとする課題］ ところが、ダイヤモンドの低圧気相合成は、本質的に炭
化水素の熱分解によって生成した炭素から析出し、その
析出した物質の中でダイヤモンド以外の炭素物質を再ガ
ス化する、又は析出させる速度を極度に遅くすることに
よって、ダイヤモンドのみを成長させる方法である。
化水素の熱分解によって生成した炭素から析出し、その
析出した物質の中でダイヤモンド以外の炭素物質を再ガ
ス化する、又は析出させる速度を極度に遅くすることに
よって、ダイヤモンドのみを成長させる方法である。
つまり、基材表面では、炭化水素の熱分解，析出，及び
エッチングの現象が起こっていると考えられている。
エッチングの現象が起こっていると考えられている。
又、結晶性の良いダイヤモンド生成雰囲気は、強力な水
素プラズマ及び活性な水素ガス雰囲気であるため、基材
にダイヤモンド以外の炭素材料を使用する場合、優先的
にエッチングされ、ダイヤモンドの核生成は非常に不安
定となる。よって安定して結晶性の良いダイヤモンド膜
を炭素基材上に生成することは不可能であった。
素プラズマ及び活性な水素ガス雰囲気であるため、基材
にダイヤモンド以外の炭素材料を使用する場合、優先的
にエッチングされ、ダイヤモンドの核生成は非常に不安
定となる。よって安定して結晶性の良いダイヤモンド膜
を炭素基材上に生成することは不可能であった。
本発明は上記の事情に鑑み、炭素部材に結晶性の良い、
かつ剥離しないダイヤモンド被覆炭素部材を安定して提
供しようとするものである。
かつ剥離しないダイヤモンド被覆炭素部材を安定して提
供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ 以上のように炭素部材に直接ダイヤモンド膜を形成させ
ようとすると、通常、水素ガスの含まれる強力な還元性
雰囲気であるため、基材の炭素部材と活性な水素ガス
（例えば原子状水素）が反応し、炭化水素となってしま
う。このため基材は見かけ上エッチングされ、強い還元
性雰囲気では、数分で基材が消失してしまう。又、消失
せずとも基材表面は不安定である。
ようとすると、通常、水素ガスの含まれる強力な還元性
雰囲気であるため、基材の炭素部材と活性な水素ガス
（例えば原子状水素）が反応し、炭化水素となってしま
う。このため基材は見かけ上エッチングされ、強い還元
性雰囲気では、数分で基材が消失してしまう。又、消失
せずとも基材表面は不安定である。
そこで、本発明者等は鋭意研究を重ねたところ、炭素基
材表面が還元性雰囲気で損なわれないか、もしくは損わ
れたとしても、その影響がダイヤモンド核の形成に影響
しない程度に軽微な、中間層を介して形成させれば良い
との知見を得、この発明を完成させることができた。
材表面が還元性雰囲気で損なわれないか、もしくは損わ
れたとしても、その影響がダイヤモンド核の形成に影響
しない程度に軽微な、中間層を介して形成させれば良い
との知見を得、この発明を完成させることができた。
即ち、この発明は、炭素部材上にダイヤモンド膜を被覆
するにあたり、前記炭素部材と接する表面に炭化ケイ素
膜を有し、その上にダイヤモンド膜が形成されてなるこ
とを特徴とするダイヤモンド被覆炭素部材に関するもの
である。
するにあたり、前記炭素部材と接する表面に炭化ケイ素
膜を有し、その上にダイヤモンド膜が形成されてなるこ
とを特徴とするダイヤモンド被覆炭素部材に関するもの
である。
又、少なくともダイヤモンド膜と接する被覆層が炭化ケ
イ素膜であることが好ましい。この炭化ケイ素は結晶性
のものでも、非晶質のものでもよい。
イ素膜であることが好ましい。この炭化ケイ素は結晶性
のものでも、非晶質のものでもよい。
このダイヤモンド被覆炭素部材の使用する分野によって
も異なるが、例えば、スピーカー用振動板として使用す
る場合では、一般にヤング率をE,比重を とした時、 の大きな材料ほど高音域での変換特性が優れているの
で、ダイヤモンドより密度の大きい炭化ケイ素等の中間
層は薄い方が良い。又、核融合炉材として使用する場合
も、核融合炉プラズマ温度の低下を防ぐ意味でも、炭化
ケイ素より低質量材であるダイヤモンドの方が好まし
く、炭化ケイ素膜はダイヤモンド膜が強力なディスプラ
ッション等でスパッタリングされた場合を考えても、ダ
イヤモンドより高質量である炭化ケイ素膜は薄い方が好
ましい。
も異なるが、例えば、スピーカー用振動板として使用す
る場合では、一般にヤング率をE,比重を とした時、 の大きな材料ほど高音域での変換特性が優れているの
で、ダイヤモンドより密度の大きい炭化ケイ素等の中間
層は薄い方が良い。又、核融合炉材として使用する場合
も、核融合炉プラズマ温度の低下を防ぐ意味でも、炭化
ケイ素より低質量材であるダイヤモンドの方が好まし
く、炭化ケイ素膜はダイヤモンド膜が強力なディスプラ
ッション等でスパッタリングされた場合を考えても、ダ
イヤモンドより高質量である炭化ケイ素膜は薄い方が好
ましい。
そして、好ましくは0.1〜50μｍの範囲が良好である。
［作用］ 上述のように、炭素部材表面を一旦炭化ケイ素膜等で被
覆した後、被覆膜上面に気相成長法でダイヤモンド膜を
合成させる構成になっている。このため、一般に水素ガ
ス及び炭化水素や有機化合物等原料ガスの分解によって
生ずる水素ガス等を含む還元性雰囲気によって炭素部材
表面が直接さらされることなく、ダイヤモンド膜が形成
される。
覆した後、被覆膜上面に気相成長法でダイヤモンド膜を
合成させる構成になっている。このため、一般に水素ガ
ス及び炭化水素や有機化合物等原料ガスの分解によって
生ずる水素ガス等を含む還元性雰囲気によって炭素部材
表面が直接さらされることなく、ダイヤモンド膜が形成
される。
又、一般にダイヤモンドの気相合成は還元性雰囲気で行
われるため、どのようなダイヤモンドの気相合成法を用
いても、本発明による効果は現れる。
われるため、どのようなダイヤモンドの気相合成法を用
いても、本発明による効果は現れる。
［実施例］ 本発明に係るダイヤモンド被覆炭素部材の実施例につい
て比較例を挙げて具体的に説明する。
て比較例を挙げて具体的に説明する。
まず99.9％の純度を有するように焼成したグラファイト
材を作り、これを20×20×5mmの寸法に切断した後、100
0番のダイヤモンドパウダで最終研磨し、得られたグラ
ファイト材を基材として使用した。又、中間層被覆後の
基材表面も1000番のダイヤモンドパウダで研磨した後、
ダイヤモンド合成を行った。
材を作り、これを20×20×5mmの寸法に切断した後、100
0番のダイヤモンドパウダで最終研磨し、得られたグラ
ファイト材を基材として使用した。又、中間層被覆後の
基材表面も1000番のダイヤモンドパウダで研磨した後、
ダイヤモンド合成を行った。
ダイヤモンド合成法としては、化学的なものとしてマイ
クロ波プラズマCVD法と、DCプラズマ併用熱フィラメン
トCVD法を用いた。又、後者の方はフィラメントにTa線
を用いた。
クロ波プラズマCVD法と、DCプラズマ併用熱フィラメン
トCVD法を用いた。又、後者の方はフィラメントにTa線
を用いた。
［実施例１］ 上記グラファイト基材を反応容器内に入れ、この中にSi
Cl410体積％,CH410体積％,H280体積％の混合ガスプラズ
マCVDを行ったところ、基材温度800℃において、グラフ
ァイト基材上に１μｍの炭化ケイ素膜が被覆された。そ
して、この炭化ケイ素膜被覆グラファイト基材を再び第
１図に示すマイクロ波プラズマCVD装置でH299体積％,CH
41体積％からなる混合ガスにより圧力50Torrによりプラ
ズマCVDを１時間行ったところ、炭化ケイ素膜被覆グラ
ファイト基材表面に２μｍのダイヤモンド膜が形成され
た。
Cl410体積％,CH410体積％,H280体積％の混合ガスプラズ
マCVDを行ったところ、基材温度800℃において、グラフ
ァイト基材上に１μｍの炭化ケイ素膜が被覆された。そ
して、この炭化ケイ素膜被覆グラファイト基材を再び第
１図に示すマイクロ波プラズマCVD装置でH299体積％,CH
41体積％からなる混合ガスにより圧力50Torrによりプラ
ズマCVDを１時間行ったところ、炭化ケイ素膜被覆グラ
ファイト基材表面に２μｍのダイヤモンド膜が形成され
た。
この炭化ケイ素膜は、Ｘ線回折では何らピークが認めら
れないものであったが、ESCA（Electron Spectroscopy
for Chemical Analysis）及びオージェ電子分光（Auger
Electron Spectroscopy）では炭化ケイ素の結合を持
ち、ケイ素と炭素とからなる非晶質膜であることが確認
された。
れないものであったが、ESCA（Electron Spectroscopy
for Chemical Analysis）及びオージェ電子分光（Auger
Electron Spectroscopy）では炭化ケイ素の結合を持
ち、ケイ素と炭素とからなる非晶質膜であることが確認
された。
又、ダイヤモンド膜については、Ｘ線回折でピークが確
認される結晶質のものであることが確認された。
認される結晶質のものであることが確認された。
［実施例２］ 実施例１と同様にして、炭化ケイ素膜被覆グラファイト
基材を作製し、これを第２図に示すDCプラズマ併用CVD
装置で、H299体積％,CH41体積％からなる混合ガスによ
り圧力50Torr,フィラメント温度2400℃，基材表面温度8
50℃，フィラメントと基材間の距離8mm,DCプラズマ5A/c
m2基板冷却の条件でダイヤモンド被覆を１時間行い、10
μｍのダイヤモンド膜を形成した。炭化ケイ素膜，ダイ
ヤモンド膜は、実施例１と同様、前者は非晶質，後者は
結晶性の良いダイヤモンド膜であることが判った。
基材を作製し、これを第２図に示すDCプラズマ併用CVD
装置で、H299体積％,CH41体積％からなる混合ガスによ
り圧力50Torr,フィラメント温度2400℃，基材表面温度8
50℃，フィラメントと基材間の距離8mm,DCプラズマ5A/c
m2基板冷却の条件でダイヤモンド被覆を１時間行い、10
μｍのダイヤモンド膜を形成した。炭化ケイ素膜，ダイ
ヤモンド膜は、実施例１と同様、前者は非晶質，後者は
結晶性の良いダイヤモンド膜であることが判った。
［比較例１］ 上記グラファイト基材に炭化ケイ素膜等被覆層を一切介
さずに、直接ダイヤモンド膜を合成させた以外は、実施
例１と同様の方法で、実験を１時間行った。
さずに、直接ダイヤモンド膜を合成させた以外は、実施
例１と同様の方法で、実験を１時間行った。
ダイヤモンドについては、Ｘ線回折では何らピークが観
測されず、電子線回折によれば、部分的にダイヤモンド
のピークが存在することが確認された。
測されず、電子線回折によれば、部分的にダイヤモンド
のピークが存在することが確認された。
又、グラファイト基材の重量が、処理前後において80％
も減少していることが確認された。
も減少していることが確認された。
［比較例２］ 比較例１と同様の条件で、時間のみ１時間増加させて実
験を行ったところ、最初にセットしたグラファイト基材
は消失していた。
験を行ったところ、最初にセットしたグラファイト基材
は消失していた。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、炭素部材の表面にダイ
ヤモンド膜を被覆する場合は、炭化ケイ素膜をはじめと
する中間層を介在させることにより、ダイヤモンド生成
下の強力な水素プラズマや活性水素に直接炭素部材がさ
らされることがなくなり、その結果、本発明のダイヤモ
ンド被覆炭素部材は、 （１） 使用目的に応じ、複雑形状の炭素部材に対して
も、ダイヤモンド膜を形成することができる。
ヤモンド膜を被覆する場合は、炭化ケイ素膜をはじめと
する中間層を介在させることにより、ダイヤモンド生成
下の強力な水素プラズマや活性水素に直接炭素部材がさ
らされることがなくなり、その結果、本発明のダイヤモ
ンド被覆炭素部材は、 （１） 使用目的に応じ、複雑形状の炭素部材に対して
も、ダイヤモンド膜を形成することができる。
（２） ダイヤモンドの特性を兼ね備えた炭素部材とし
て潤滑性と耐摩耗性を必要とする分野，高周波が流れる
集積回路基板として低誘電率を必要とする分野，スピー
カー等の振動板として高比弾性率が必要となる分野，
又、核融合炉材等、低質量，高温での低化学スパッタリ
ング特性を必要とする分野への利用が可能である。
て潤滑性と耐摩耗性を必要とする分野，高周波が流れる
集積回路基板として低誘電率を必要とする分野，スピー
カー等の振動板として高比弾性率が必要となる分野，
又、核融合炉材等、低質量，高温での低化学スパッタリ
ング特性を必要とする分野への利用が可能である。
図面は、本発明の実施例及び比較例で使用したダイヤモ
ンド合成装置の説明図で、第１図はマイクロ波プラズマ
CVD装置，第２図はDCプラズマ併用熱フィラメントCVD装
置の説明図である。 １……基材、２……石英反応管、３……真空排気口、４
……供給ガス導入口、５……マグネトロン、６……導波
管、７……プランジャー、８……発生プラズマ、９……
フィラメント、10……水冷可能な支持台、11……冷却
水、12……AC電源、13……DC電源、14……絶縁シール。
ンド合成装置の説明図で、第１図はマイクロ波プラズマ
CVD装置，第２図はDCプラズマ併用熱フィラメントCVD装
置の説明図である。 １……基材、２……石英反応管、３……真空排気口、４
……供給ガス導入口、５……マグネトロン、６……導波
管、７……プランジャー、８……発生プラズマ、９……
フィラメント、10……水冷可能な支持台、11……冷却
水、12……AC電源、13……DC電源、14……絶縁シール。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−153275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196371（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−10301（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】炭素部材にダイヤモンドを被覆するにあた
り、該炭素部材と接する表面に炭化ケイ素膜を有し、そ
の上にダイヤモンド膜が形成されてなることを特徴とす
るダイヤモンド被覆炭素部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63213146A JPH07116606B2 (ja) | 1987-10-31 | 1988-08-26 | ダイヤモンド被覆炭素部材 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27629587 | 1987-10-31 | ||
| JP62-276295 | 1987-10-31 | ||
| JP63213146A JPH07116606B2 (ja) | 1987-10-31 | 1988-08-26 | ダイヤモンド被覆炭素部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201478A JPH01201478A (ja) | 1989-08-14 |
| JPH07116606B2 true JPH07116606B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=26519630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63213146A Expired - Fee Related JPH07116606B2 (ja) | 1987-10-31 | 1988-08-26 | ダイヤモンド被覆炭素部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07116606B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2712285B1 (fr) * | 1993-11-12 | 1995-12-22 | Lorraine Carbone | Traitement de surface de matériau carbone pour rendre adhérent un dépôt ultérieur de diamant et pièces revêtues de diamant obtenues. |
| US5527559A (en) * | 1994-07-18 | 1996-06-18 | Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. | Method of depositing a diamond film on a graphite substrate |
| FR2878648B1 (fr) * | 2004-11-30 | 2007-02-02 | Commissariat Energie Atomique | Support semi-conducteur rectangulaire pour la microelectronique et procede de realisation d'un tel support |
| JP4706027B2 (ja) * | 2005-06-20 | 2011-06-22 | 株式会社三重ティーエルオー | ダイヤモンドライクカーボン膜の製造方法 |
| CN111254409A (zh) * | 2018-12-03 | 2020-06-09 | 核工业西南物理研究院 | 面向等离子体的金刚石膜第一壁制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6210301A (ja) * | 1985-07-06 | 1987-01-19 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 電気転てつ機のフエイルセイフ電子制御方法 |
| JPH06951B2 (ja) * | 1986-02-20 | 1994-01-05 | 東芝タンガロイ株式会社 | 高密着性ダイヤモンド被覆部材 |
-
1988
- 1988-08-26 JP JP63213146A patent/JPH07116606B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01201478A (ja) | 1989-08-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |