JPS62127467A - セラミツクスが被着された部材及びその製造方法 - Google Patents

セラミツクスが被着された部材及びその製造方法

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JPS62127467A
JPS62127467A JP60267748A JP26774885A JPS62127467A JP S62127467 A JPS62127467 A JP S62127467A JP 60267748 A JP60267748 A JP 60267748A JP 26774885 A JP26774885 A JP 26774885A JP S62127467 A JPS62127467 A JP S62127467A
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JP
Japan
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plasma
silicon
boron
ceramics
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JP60267748A
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Mutsuki Yamazaki
六月 山崎
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、高速で開動する部材等に好適のセラミック
スが被着された部材及びその製造方法に関する。
[従来の技術] 例えば、コンプレッサのシャフト、エンジンのカムシャ
フト、レーザプリンタのレーザスキャナ、プリンタのガ
イドレール等のように、高速で摺動を受ける部材は、摩
耗しやすく、この高速被摺動部材の摩耗が装置の寿命及
び性能に大きな影響を及ぼしている。このため、このよ
うな高速被摺動部材には、高速度鋼及び超硬合金等の硬
くて摩耗し難い材料が使用されている。しかし、これら
の材料は、材料費及び加工費が高いために、コストが高
くなることを回避せざるを得ない場合には、鋳鉄又は快
削鋼等の比較的低廉な材料を使用し、その表面を硬化さ
せたり、潤′/R性を付与する等の対策がとられている
。また、TiN及びTiC等の高硬度のセラミックスを
被覆して切削工具の耐摩耗性を向上させた技術も提案さ
れている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、表面硬化処理には焼入れがあり、潤滑性
付与処理にはタフトライド処理、バーコ処理又は黒染め
二硫化モリブデ、ンの塗布処理等があるが、いずれの処
理も、^加重が印加され、高速回転する苛酷な条件下で
は、充分な耐久性を得ることができない。
また、焼き入れ及びタフトライド処理においては、処I
I温度が500℃以上と高いので、処理中に母材の変形
が生じるおそれがあり、高い寸法精度を要求される部材
にはこれらの処理を適用することができない。
更に、TiN又はTiCを高速被摺動部材に被覆すると
、これらのセラミックスの硬度が高いために、摺動する
相手方の摺動部材を研削してしまい、この研削屑がセラ
ミックス被膜の上に凝着して焼き付くという問題点があ
る。
この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、
母材に対する接着性が高く、耐摩耗性が優れていると共
に、摺動する相手方部材を研削してしまうことがなく、
焼付の発生が抑制されたセラミックスが被着された部材
及びその製造方法を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係るセラミックスが被着された部材は、鉄を
主成分とする母材と、この母材の表面をアルゴン含有ガ
スによりプラズマ処理した後母材に被着され主成分が珪
素又は硼素のセラミックス層とを有することを特徴とす
る。
また、その製造方法は、鉄を主成分とする母材との間に
アルゴン含有ガスによるプラズマを発生させてプラズマ
処理し、次いで、珪素又は硼素を主成分とするセラミッ
クス層を母材の上に形成することを特徴とする。
[作用] 本願発明者は、硬度が高く、耐摩耗性が浸れていると共
に、相手方の虐勤材を研削してしまうことがないセラミ
ックス材料を開発すべく種々検討した結果、珪素又は硼
素を主成分とするセラミックスが、このような要求を充
分満足することを見出した。また、このようなセラミッ
クス材料は、スパッタリング、プラズマCvD、イオン
ブレーティング等により母材に被着させることができる
が、処理湿度が200乃至300℃と比較的低いため、
処理中の母材の変形を抑制することができ、高精度を要
求される部材にもこれらのセラミックスを被着させるこ
とができる。
しかしながら、これらのセラミックスは、母材との接着
性がTiN及びTiCよりも劣るという欠点がある。特
に、母材がコンプレッサシャフト等のように鋳鉄である
場合に、これらのセラミックスを成膜することは事実上
困難である。
本願発明者は、鉄を主成分とする母材に、これらのセラ
ミックスを安定して容易に被着させるべく種々実験研究
を繰返した結果、減圧下のAr含有ガス雰囲気中で、母
材の表面と1!穫との間に、高周波電力又は直流電力を
印加してプラズマを生起させ、プラズマ処理しておくこ
とによって、これらのセラミックスを高接着性で母材に
被着させることができることを見出した。本願発明は、
このような研究結果に基いてなされたものである。
なお、耐摩耗性が高いと共に、相手方の摺動部材を研削
してしまうことがないセラミックスとしては、窒化珪素
(S i N) 、窒化硼素(BN)、炭化珪素(S 
i C) 、炭化硼素(BC) 、酸化珪素(Sin)
、炭窒化珪素(S i CX NY ) 、炭窒化硼素
(BCx NY ) 、炭酸化珪素(S ! Cx O
y ) 、又は炭酸化硼素(BCXOY)等がある。例
えば、SiN及びSiCはビッカース硬度が1800乃
至2000であり、SiCはビッカース硬度が2000
乃至2500であり、BNのビッカース硬度は2500
乃至3000である。このようにこれらのセラミックス
は、硬度が高く、浸れた耐磨耗性を有していると共に、
相手方の摺動部材が鉄系のものである場合は、相手方を
研削してしまうことがない。このようなセラミックスは
、スパッタリング、イオンブレーティング、プラズマC
VD、熱CVD、光CVD、等の方法により製造するこ
とができるが、母材との接層性及び一層の低温処理が可
能という点を考慮すると、プラズマCVDが好ましい。
[実施例] 以下、添附の図面を参照してこの発明の実施例について
説明する。この実施例に係るセラミックスが被着された
部材は、以下のようにして製造される。先ず、鋳鉄又は
快削1等のブロックからロータリコンプレッサのシャツ
i〜又はプリンタのキャリッジガイド等の所定の形状に
カロエ成形して母材を得る。次いで、この母材の表面を
Arガスを含有するガス中でプラズマを発生させて処理
する。
その侵、SiN等のセラミックスを母材の表面にコーテ
ィングする。このようにして製造されたシャフト又はキ
ャリッジガイドは、鉄を主成分とする母材の表面がSi
N等のセラミックスで被1されている。このため、この
ような部材に活動部材が^速で活動しても、摩耗が抑制
されると共に、摺動部材を研削してしまうこともない。
次に、第1図及び第2図を参照して、この実施例に係る
セラミックスが被着された部材をプラズマCVD法によ
り製造する方法について説明する。
円筒状の反応室1は適宜の支持台上にその軸り向を鉛直
にして支持されていると共に、絶縁体2を介して電気的
に浮かせである。反応室1内は、メカニカルブースタポ
ンプ及び油回転ポンプ(図示せず)等により排気され、
約10−3 トルの真空度に保持されるようになってい
る。反応室1内には、ガス導入口3を介して種々の原料
ガスが導入される。円筒状の電極4が反応室1内にその
周壁に対して同軸的に設置されており、反応室1と同一
の電位に設定されている。この電極4には、複数個のガ
ス通流孔(図示せず)が開設されていて、ガス導入口3
を介して反応室1内に導入されたガスは、電極4のガス
通流孔を通過して反応!1の中心部にほぼ均一に供給さ
れる。円筒状のシールド5は接地されており、反応室1
を囲むように配設されている。
反応室1の中心には、円筒状の母材10が、その軸方向
を鉛直にして電極4の軸心に配設されている。反応″i
!1の天板上には、絶縁体2を介して支持部材11が設
置されており、母材10はこの支持部材11に懸架され
て反応室1内に装入されている。母材10は、その中心
部に、抵抗発熱線のヒータ12が挿入されている。この
ヒータ12は電11113に接続されており、電源13
から給電されて発熱し、母材10を加熱するようになっ
ている。第1図においては、母材10及び支持部材11
が、マツチングボックス15を介して高周波1114が
接続されており、第2図においては、マツチングボック
ス15が反応室1に接続されていて、反応室1に高周波
電力が印加されるようになっている。このように、第1
図及び第2図に示すように、母材10又は反応室1に高
周波電力が印加され、母材10と反応室1との間に、プ
ラズマ放電が生起される。
このように構成される装置により、先ず、母材の表面を
Ar含有ガス雰囲気下でプラズマ処理する。つまり、第
1図に示すように、マツチングボックス15と支持部材
11とを接続すると共に、反応室1内を約10−] ト
ルに排気する。そして、ポンプによる排気を継続しつつ
、ガス導入口3を介して200SCCMのArガスを反
応室1内に導入し、反応フ1内を、例えば、1トルの圧
力に調節する。次いで、電#i13からヒータ12に電
力を供給してヒータ12を発熱させ、母材10を150
乃至300℃に加熱する。その後、母材10に300W
の高周波電力を印加して、1!穫4と母材10との間に
プラズマを生起させる。このプラズマ処理時間は、例え
ば、約30分間である。
この場合に、処理ガスはArガス単体に限らず、Arガ
スと、H2、He、又はN2等のガスとの混合ガスでも
よい。
なお、この実施例のように、母材を予め加熱しておいて
もよいが、プラズマが生起されると、このプラズマによ
って母材が加熱されるので、必ずしも格別の加熱手段を
設けることは必要ない。このように、ヒータ12を使用
して母材10を加熱しない場合には、母材10等に印加
する高周波電力を大きくするか、又は処理時間を長くす
ればよい。
このプラズマ処理に続いて、反応室1内にコーティング
すべきセラミックスの構成元素を含有するガスを導入し
、表面がプラズマ処理された母材にセラミックスをコー
ティングする。コーティングすべきセラミックスが81
を主成分とする場合には、S i H4ガス又はSi2
H6ガス等のSlを含有するガスに、窒化物であるとき
はN2ガス又はNH3ガス等のNを含有するガスを混合
し、炭化物であるときはCH3ガス又はC2Hsガス等
のCを含有するガスを混合し、酸化物であるときは02
ガス又はN20ガス等のOを含有するガスを混合する。
コーティングすべきセラミックスがBを主成分とする場
合には、Siを含有するガスの替りに、BF3ガス又は
B2 H6ガス等のBを含有するガスを使用すればよい
。このような原料ガスを反応室1内に導入すると共に、
マツチングボックスの接続を支持部材11から反応室1
に切替え、シールド5の接続を反応室1から支持部材1
1に切替える。そして、高周波電源14から反応室1及
び電極4にA周波電力を印加して、電極4と母材10と
の簡にプラズマを生起させる。
これにより、原料ガス中の成分を構成元素とするセラミ
ックスが母材10の表面にコーティングされる。
次ぎに、このセラミックスのコーティング条件及び成膜
されたセラミックスの層厚の代表例について説明する。
(a)SiNの場合 SiH+ガス流1i:50SCCM N 2 カスRJl : 800 S CCM反応圧カ
ニ1.0トル 高周波筒カニ300W 成膜時間:1時間 層厚:約4μm (b) S i Cの場合 SiH+ガス流量:50SCCM CH3ガス流量:300SCCM 反応圧カニ1.01−ル 高周波筒カニ300W 成膜時間:1時間 層厚:約4μm (c)BNの場合 B2 Haガス流量: 50SCCM N2ガス流ffi:800SCCM 反応圧カニ1.Ot−ル 高周波筒カニ300W 成膜時間=1時間 層厚:約4μm (d)SiOの場合 S i H4iスPEII : 50SCCMO2ガス
ll:300sccM 反応圧カニ1.Oトル 高周波筒カニ300W 成膜時間:1時間 層厚:約4μm 上述の如くして製造されたセラミックスが被着された部
材は、セラミックスが高強度で被着されており、耐摩耗
性が高い。上述の各成膜条件で、ロータリコンプレッサ
用のシャフトを製造し、このシャフトに対し、1000
0R,P、Mの回転数で30分間連続運転し、次いで1
0分間停止した後、再度30分間運転するというモード
で1000時間の耐久試験を実施した。上記(a)乃至
(d)に示す各セラミックスをコーティングしたシャフ
トは、いずれも、摩耗による焼付を発生させず、層が剥
離することもなく、極めて耐久性が高いことが実証され
た。
なお、この実施例は、母材表面の処理及びセラミックス
のコーティングをプラズマCVDにより実施しているが
、これに限らず、前述の如く、スパッタリング、イオン
ブレーティング、熱CVD又は光CV[)等の他の手段
を使用してもよい。更に、プラズマ生起用の電力は、上
記実施例のように高周波電力に限らず、直流電力を使用
してもよい。この場合には、マツチングボックスが不要
である。
なお、このようにして成膜されたSiN。
SiC,SiO又はBN等のセラミックス層は通常アモ
ルファスであるが、多結晶であったり、一部分で結晶化
していたり、微結晶の領域が存在することもある。しか
し、これらのいずれの場合であっても、耐摩耗性は良好
で同様の優れた効果を得ることができる。
[発明の効果コ この発明によれば、鉄を主成分とする母材に対してもセ
ラミックス層が高接着性で接着されており、耐摩耗性が
■れた部材を得ることができる。
この部材は、摺動する相手部材を研削してしまうことが
なく、焼付の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
第1図第2図はこの発明の実施例に係るセラミックスが
被着された部材の製造置型を示す断面図である。 1:反応室、2:絶縁体、4;?!情、5:シールド、
10:母材、12:ヒータ、141周波電源、15;マ
ツチングボックス。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉄を主成分とする母材と、この母材の表面をアル
    ゴン含有ガスによりプラズマ処理した後母材に被着され
    主成分が珪素又は硼素のセラミックス層とを有すること
    を特徴とするセラミックスが被着された部材。
  2. (2)前記セラミックスは、窒化珪素、窒化硼素、炭化
    珪素、炭化硼素、酸化珪素、炭窒化珪素、炭窒化硼素、
    炭酸化珪素、又は炭酸化硼素から選択されたものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のセラミ
    ックスが被着された部材。
  3. (3)鉄を主成分とする母材との間にアルゴン含有ガス
    によるプラズマを発生させてプラズマ処理し、次いで、
    珪素又は硼素を主成分とするセラミックス層を母材の上
    に形成することを特徴とするセラミックスが被着された
    部材の製造方法。
  4. (4)前記セラミックス層は、その構成元素を含有する
    ガスの雰囲気下でプラズマを生起させて形成することを
    特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の製造方法。
  5. (5)前記セラミックスは、窒化珪素、窒化硼素、炭化
    珪素、炭化硼素、酸化珪素、炭窒化珪素、炭窒化硼素、
    炭酸化珪素、又は炭酸化硼素から選択されたものである
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載のセラミ
    ックスが被着された部材の製造方法。
  6. (6)前記プラズマは、母材に高周波電力又は直流電力
    を印加することにより形成することを特徴とする特許請
    求の範囲第3項又は第4項に記載の製造方法。
JP60267748A 1985-11-28 1985-11-28 セラミツクスが被着された部材及びその製造方法 Pending JPS62127467A (ja)

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FR8616558A FR2590594B1 (fr) 1985-11-28 1986-11-27 Element mecanique portant un revetement ceramique anti-usure et sa fabrication.
DE19863640430 DE3640430A1 (de) 1985-11-28 1986-11-27 Mit einem keramischen material beschichtetes werkstueck und verfahren zu seiner herstellung
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