JPS63201094A - ダイヤモンド状物質 - Google Patents

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］ 本発明は、合成繊維の紡糸、延伸、並びに軸受等の社々
の機械的摺動部分等の高い熱伝導率、耐摩耗性に加え、
低い摩擦抵抗が要求される分野において利用される。

［従来の技術］ 熱の供給または熱の除去が要求される慴動面に使用され
る材料は高い熱伝導率、耐摩耗性に加え、低い摩擦係数
が必要である。この三つの特性をすべて満足する材料は
これまでになく、例えば、種々の金属は熱伝導率は高い
が耐摩耗性に劣り、種々のセラミクスは耐摩耗性が比較
的高いが熱伝導率が低く、また極限材料と言われるダイ
ヤモンドでも熱伝導率と耐摩耗性は優れているが摩擦係
数が高いと云う欠点を有している。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明においては摩擦係数が改良されたダイヤモンド状
物質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］ 本発明は、上記目的を達成するために、下記の構成を有
する。

すなわち、本発明は、表面にフッ素および炭素を含有す
る層を有することを特徴とするダイヤモンド状物質に関
する。

本発明におけるダイヤモンド状物質とは、フッ素および
炭素を含有する層とダイヤモンドとからなる。ここでい
うダイヤモンドとは、ダイヤモンドを５０重量％以上含
有する組成物であり、その池の部分としては、炭素−炭
素間の結合の７０％以上がｓｐ３結合であればよく、か
ならずしも結晶性である必要はない。また、炭素および
水素以外の成分を全体の２０重工％以下の割合で含んで
いてもよい。

本発明においてはＣＶＤおよびスパッタ等のＰＶＤの方
法で合成されるダイヤモンド薄膜、天然ダイヤモンド、
高圧法合成ダイヤモンド等が用いられる。ＣＶＤおよび
ＰＶＤによるダイヤモンドの合成方法は特開昭５９−２
３２９９１号公報、特開昭６０−５４９９５号公報、特
開昭５９−６３７３２号公報等にみられる。ダイヤモン
ド膜は通常基板の上に生成させる。基板としては種々の
ものが用いられ、たとえば、ダイヤモンド、モリブデン
、タングステン、タンタル、銅、金、シリコン、黒鉛、
炭素、ガラス、サファイア、窒化硼素、窒化アルミニウ
ム、サーメット等多岐にわたる。基板の形態も膜状、繊
維状、およびバルク等必要に応じ適宜選択可能である。

本発明におけるフッ素および炭素を含有する層は表面の
摩擦係数がダイヤモンドの値と比較して低下していれば
よく、その厚さとしては、特別の制限はないが、通常１
μ以下で２００人程度までが好適である。

この層におけるフッ素と炭素の原子数比については、フ
ッ化が充分に進行していれば１である。

一部の炭素がフッ化されていない場合、またフッ化が完
全に進行しさらに余分のフッ素が炭素の層間に侵入した
場合もあり、広い範囲で選択可能であるが、通常炭素に
対するフッ素の原子数比は、０．５〜１．１の範囲が好
ましい。

ついでダイヤモンドの表面にフッ素を含有する層を形成
する方法について述べる。これはダイヤモンドを合成し
た後ダイヤモンドとフッ素とを適当な方法で接触させる
ことにより達成することができる。

フッ素の接触の速度は温度、フッ素の圧力、ダイヤモン
ドの結晶性等により変化する。フッ素の圧力は通常１気
圧以下、１０Ｔｏｒｒがら３００Ｔｏｒｒの範囲で好ま
しく選択される。フッ素は１００％でも良いが、窒素等
の不活性ガスで希釈して行なうことがより適している。

反応の温度は３５０〜５５０℃が適している。これより
低温では速度は低く、高温ではフッ化炭素の分解が始ま
り、Ｆ／Ｃ（原子数比）の割合が低くなる。フッ素ガス
は腐蝕性がきわめて高いのでニッケル、モネル等の耐フ
ツ素材からなる反応器が必要であり、さらに水の混入は
好ましくない。フッ素によるフッ化は上述の熱的に活性
化する方法以外にプラズマでも活性化可能である。つい
でフッ化物によりダイヤモンドの表面にフッ素を含有す
る層を形成する方法について述べる。この方法において
はフッ化物はプラズマで活性化される。本方法において
利用できるフッ化物は好適には炭素とフッ素とを含有す
る化合物である。例を挙げれば、モノ、ジ、トリおよび
テトラフルオロメタン、種種の置換度のフルオロエタン
、プロパン等のフッ化炭化水素、およびこれらのフッ素
の一部を他のハロゲンで置換したフッ化物、種々のフル
オロベンゼン等、テトラフルオロエチレンおよびこの一
部を他のハロゲンで置換した不飽和フルオロ炭化水素等
種種の化合物が使用できる。これらの原料は単独で用い
てもよく、また２種以上混合して用いてもよく、さらに
水素、並びに窒素、アルゴン等の不活性ガスで希釈して
使用してもよい。これらの不活性ガス中のフッ化物濃度
はとくに限定がなく２％から１００％の広い範囲で選択
される。

これらのフッ化物の活性化に用いられるプラズマは直流
放電、ラジオ波、マイクロ波等の電磁波等により励起さ
れる。マイクロ波で励起しプラズマを発生させる場合に
は、マイクロ波電力および周波数は広い範囲、たとえば
数Ｗから数ＫＷ、１０〜１０１１Ｈｚにわたり２択可能
である。

ダイヤモンドをマイクロ波の中に置くことも、マイクロ
波の後に置くことも可能である。ダイヤモンドはマイク
ロ波により発生するプラズマにより熱せられるが、これ
とは別に適当な方法で熱し、または冷却し温度を調節す
ることも可能である。

ラジオ波で原料を活性化する場合、電源の結合は誘導的
でも容量的でもかまわない。この場合も周波数および電
力は広い範囲で２択できる。たとえば周波数は１０２〜
１０７Ｈｚに渡り這択可能である。また必要に応じダイ
ヤモンドにバイアス電圧をかけることも可能である。こ
の場合バイアス電圧は通常数ＫＶ以下である。

反応の圧力は原料の活性化方法にもよるが、通常０．１
−１００Ｔｏｒｒ、とくに１−４０Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ前後
が好適である。

［実施例］ 以下の実施例において更に具体的に説明するが本発明は
、これらに限定されるものではない。

実施例１ 熱ＣＶＤ法により合成した３μのダイヤモンド層を有す
る５Ｘ５ｍｍの炭化ケイ素試料をモネル製の反応器の中
で５００°Ｃに加熱し、２０Ｔｏｒｒの圧力で窒素で３
０％に希釈したフッ素を３０ｍ１／ｍｉｎの流速で通し
１．５ｈｒ処理した。反応後試料表面のフッ素と炭素を
ＥＳＣＡで定量し、Ｆ／Ｃ（原子数比）として０．９２
の値を得た。この様にして表面にフッ素および炭素を含
有する層を有するダイヤモンド状物質の摩擦係数は常温
で０．１５であり、これはフッ化前のダイヤモンドの摩
擦係数の値０．６に比較して顕著に低下している。

実施例２ マイクロ波発振装置（２，５ＧＩＺ　、１　、２ＫＷ）
で発生した電磁波を導波管により直径４０ｍｍの石英製
反応管に導びいな。５Ｘ１０ｍｍの窒化硼素にマイクロ
波ＣＶＤ法により２μのダイヤモンドをつけた試料を反
応管の内部にセットした。系の圧力を１５Ｔｏｒｒとし
、反応管上部からジクロロジフルオロメタンを１０％含
有する水素を流量４０ｍ１／ｍｉ口で導入しな。系で消
費されたマイクロ波エネルギーは０．６ＫＷであった。

１時間反応後試料を取り出し、試料表面のフッ素と炭素
をＥＳＣＡで定量し、Ｆ／Ｃ（原子数比）として０．８
５の値を得た。この様にして表面にフッ沿および炭素を
含有する層を有するダイヤモンド状物質の摩擦係数は常
温で０．１０であり、これはフッ化前のダイヤモンドの
摩擦係数の値０．６に比較して顕著に低下している。

実施例３ 外径３０ｍｍの石英管に内径４ｏｍｍの銅コイルを１０
回巻きこれを１３．５８Ｈ２，２闇のラジオ波電源に容
量的に結合した。５Ｘ１ｍｍのシリコンウェハにマイク
ロ波ＣＶＤ法により２μのダイヤモンドをつけた試料を
反応管の内部にセットした。

系の圧力を５　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒとし、反応管上部からク
ロロトリフロロメタンを５％含有する水素を流量２０ｍ
１／ｍｉｎで導入し、ｌｈｒ反応させた。反応後試料を
取り出し、試料表面のフッ素と炭素をＥＳＣＡで定量し
、Ｆ／Ｃ（原子数比）として０．９９値を得た。この様
にして表面にフッ素および炭素を含有する層を有するダ
イヤモンド状物質の摩擦係数は常温で０５１３であり、
これはフッ化前のダイヤモンドの摩擦係数の値０．６に
比較して顕著に低下している。

［発明の効果］ 本発明により、低い摩擦係数を有するダイヤモンド状物
質を提供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フッ素および炭素を含有する表面層とダイヤモン
   ドとからなることを特徴とするダイヤモンド状物質。
2. （２）フッ素および炭素が、炭素に対するフッ素の原子
   数比で０．５以上、１．１以下の割合で含有されること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のダイヤモ
   ンド状物質。