KR20110044146A

KR20110044146A - 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110044146A
Application number: KR1020100101779A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 미츠다; 켄지 노세; 유야 모리히사
Original assignee: 요시타카 미츠다; 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-04-28
Also published as: KR101699774B1; JP5433897B2; US9598762B2; CN102041473A; DE102010048947A1; CN102041473B; JP2011089172A; US20110094628A1; TWI504766B; TW201125992A

Abstract

DLC 피막 형성 부재(10)에서는 중간층(14)이 기재(12)와 DLC 피막(16) 사이에 배치된다. 이 중간층(14)은 상기 기재(12)로부터 유래된 구성 금속 원자와 다이아몬드 라이크 카본을 함유하는 복합층이다. 예컨대, 이러한 중간층(14)은 플라즈마 층 형성 공정에서 기재(12)에 대하여 부 바이어스를 인가하면서 부 바이어스의 절대값을 시간의 경과와 함께 감소시킴으로써 형성될 수 있다. 탄소 타깃 또는 탄화수소 가스는 탄소원으로서 사용될 수 있다.

Description

다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법{DIAMOND-LIKE CARBON FILM-FORMED MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 기재 및 기재의 표면에 중간층을 개재하여 형성된 다이아몬드 라이크 카본 피막을 포함하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

잘 공지된 바와 같이, 다이아몬드 라이크 카본(이하, 「DLC」로도 표기됨) 피막은 비정질 탄소로 이루어지고, 고경도 및 저마찰 계수를 가짐으로써 내마모성 윤활 피막으로서 각종 기재에 사용되고 있다. 구체적으로는, DLC 피막은 자기 디스크의 판독 헤드, 가공용 공구 등의 표면 코팅으로서 이용되고 있다. DLC 막을 형성하는 공지의 방법은 플라즈마 화학적 기상 합성(CVD)법, 스퍼터링법, 아크 이온 플레이팅법 등을 포함한다.

DLC 피막과 기재의 접합 강도는 매우 크지 않으므로 DLC 피막은 기재로부터 용이하게 박리되기 쉬운 경향이 있다. 그러므로, DLC 피막의 박리를 방지하기 위한 각종 연구가 행해지고 있다.

예를 들면, 일본 특허 공개 평 10-203897호 공보에는 기재에 대하여 수소 이온을 조사함으로써 표면에 환원 반응을 야기시킨 후 표면을 스퍼터링 가스에 노출시키는 공정을 포함하는 상기 기재의 표면을 청정화하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 기재가 탄화물(알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 또는 그 합금 등)로 용이하게 변환될 수 없는 물질로 이루어질 때에는 이렇게 청정화된 표면을 사용할 경우에도 DLC 피막의 박리를 억제하는 것이 곤란하다.

일본 특허 공개 평 10-203897호 공보의 단락 0023에는 기재에 탄소 이온을 주입함으로써 이온 주입층으로서의 탄소 함유층을 형성한 후 DLC 피막을 형성하는 공정을 포함하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법에서, 탄소 함유층은 기재의 내부에 형성되고, 아마도 상기 기재의 표면 조성은 이온 주입에 의해 거의 변화되지 않는다. 그러므로, DLC 피막과 기재의 충분한 접합 강도를 유지해서 DLC 피막의 박리를 억제하는 것은 곤란하다.

DLC 피막의 박리를 억제하는 다른 제안된 방법은 기재와 DLC 피막 사이에 중간층을 개재하는 공정을 포함한다. 예를 들면, 일본 특허 공개 평 10-203896호 공보는 실리콘, 텅스텐, 티탄, 또는 알루미늄으로 이루어지는 밀착층과, 탄화 실리콘, 탄화 텅스텐, 탄화 티탄, 탄화 알루미늄으로 이루어지는 DLC 전처리층을 기재의 표면에 이 순서로 형성하고, 상기 DLC 전처리층 상에 DLC 피막을 형성하는 공정을 포함하는 방법을 기재하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 2008-024996호 공보는 알루미늄, 마그네슘, 또는 티탄의 합금으로 이루어지는 기재에 대하여 중간층으로서 금속 함유 DLC 층을 형성한 후 DLC 피막과 금속 함유 DLC 층을 교대로 적층하는 공정을 포함하는 방법을 기재하고 있다. 금속 함유 DLC 층을 구성하는 금속은 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 티탄이고, 금속의 함유량은 5~15중량%이다.

일본 특허 공개 평 10-203896호 공보의 도 2 및 일본 특허 공개 2008-024996호 공보의 단락 0031에 나타낸 바와 같이, 중간층이 상술한 대로 형성될 경우에 중간층에 금속을 발생시키는 타깃 및 설비가 필요해진다. 따라서, 피막 형성 장치는 복잡하고 대형 구조를 가져서 설비 비용을 불리하게 높인다.

본 발명의 일반적인 목적은 기재로부터 용이하게 박리되지 않는 DLC 피막을 구비하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 주요 목적은 일반적인 피막 형성 장치를 사용하여 수행될 수 dLT는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시형태에 의하면, 기재, 및 기재의 표면에 중간층을 개재하여 형성된 다이아몬드 라이크 카본 피막을 포함하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재가 제공되며, 상기 중간층은 상기 기재로부터 유래된 구성 금속 원자와, 다이아몬드 라이크 카본을 함유하는 복합층이다. 기재로부터 유래된 구성 금속 원자는 발생원으로서 기재로부터 얻어지는 금속 원자를 의미하고, 기재와는 다른 타깃 등을 발생원으로서 사용함으로써 얻어지는 금속 원자를 포함하지 않는다.

그러한 구성을 함유하는 중간층은 기재 및 DLC 피막의 쌍방에 대하여 견고히 접합된다. 중간층이 기재의 구성 금속 원자를 포함하기 때문에 중간층은 기재에 대하여 매우 융화된다. 또한, 중간층이 DLC를 포함하기 때문에 중간층은 DLC 피막에 대하여도 매우 융화된다.

그러므로, 상기 중간층은 만족스러운 접합 강도를 갖고 기재 및 DLC 피막 각각에 연결된다. 그 결과, DLC 피막은 중간층을 통해서 기재에 견고히 접합되므로 DLC 피막이 박리되는 것을 억제한다.

기재의 구성의 바람직한 예는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 및 알루미늄, 마그네슘, 및 실리콘의 하나 이상을 함유하는 합금을 포함한다. DLC 피막은 그러한 금속으로부터 용이하게 박리되는 것이 알려져 있다. 본 발명에 있어서, 이러한 금속에 대하여도 용이하게 박리되지 않는 DLC 피막을 형성하는 것이 가능해진다.

상기 금속은 경량이므로 최종 DLC 피막 형성 부재는 경량을 얻을 수 있다.

중간층에서의 구성 금속 원자의 조성비는 기재로부터 다이아몬드 라이크 카본 피막으로의 방향으로 감소될 수 있다. 이 경우, 금속 및 DLC의 조성비의 변화에 따라 변화되는 특성을 갖는 경사층으로서 중간층을 얻을 수 있다. 따라서, 기재와 DLC 피막이 열팽창계수 차이를 가질 경우에도 중간층에 있어서의 기재측 부분이 기재의 것과 거의 동일한 열팽창계수를 갖고, 중간층에 있어서의 DLC 피막측 부분이 DLC 피막과 거의 동일한 열팽창계수를 갖는다. 그 결과, 예를 들면 DLC 피막 형성 부재가 고온 환경하에 사용될 때에 있어서 기재와 DLC 피막의 열팽창계수의 부정합에 기인해서 DLC 피막이 박리되는 것이 회피된다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 기재, 및 기재의 표면에 중간층을 개재하여 형성된 다이아몬드 라이크 카본 피막을 포함하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 플라즈마중에서 기재에 대하여 부 바이어스를 인가함으로써 상기 기재의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키는 공정과, 상기 기재에 대한 부 바이어스의 인가를 속행하면서 탄소원으로부터 탄소 원자를 발생시키는 공정과, 상기 부 바이어스의 전압의 절대값을 감소시켜 상기 기재의 구성 금속 원자 및 상기 탄소 원자를 상기 기재의 표면에 퇴적함으로써 상기 기재의 구성 금속 원자와 다이아몬드 라이크 카본을 함유하는 복합층으로서 중간층을 형성하는 공정과, 상기 부 바이어스의 전압의 절대값을 0으로 감소시켜 상기 탄소 원자만을 상기 중간층 상에 퇴적함으로써 다이아몬드 라이크 카본 피막을 형성하는 공정을 포함한다.

기재로부터 유래된 구성 금속 원자(발생원으로서 기재로부터 얻어진 금속 원자) 및 DLC 피막을 포함하는 중간층은 상기 공정에 의해 용이하게 형성될 수 있다.

중간층에 대한 금속 원자가 발생원으로서 기재로부터 얻어지므로 중간층을 형성하기 위해 다른 타깃 및 설비가 필요하지 않다. 따라서, 피막 형성 장치의 구성을 간소화할 수 있고 장치를 대규모화하지 않고 설비 비용을 낮게 할 수 있다.

기재의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키기 위해 초기에 인가되는 부 바이어스(초기 바이어스)는 -100~-100OV의 전압을 가질 수 있다.

기재의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키기 위해 적용되는 초기 바이어스의 값으로부터 다이아몬드 라이크 카본 피막을 형성하기 위해 0까지 상기 부 바이어스의 전압의 절대값을 단계적 또는 점차적으로 감소시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 금속의 조성비가 감소되고 DLC의 조성비가 기재로부터 DLC 피막으로의 방향으로 감소되도록 중간층을 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 기재로부터 발생된 금속 원자와 DLC를 포함한 중간층을 기재의 표면에 형성하고, 그 위에 DLC 피막을 형성한다. 이 중간층은 기재 및 DLC 피막의 쌍방에 대하여 매우 융화됨으로써 견고히 접합된다. 그러므로, 중간층은 충분한 접합 강도를 갖는 기재와 DLC 피막 각각에 연결된다. 그 결과, DLC 피막은 중간층에 의해 기재에 견고히 접합될 수 있어서 DLC 피막이 박리되는 것이 억제될 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과, 특징과, 장점은 본 발명의 바람직한 실시형태가 예시적인 예로 도시되어 있는 첨부 도면과 관련하여 취해질 때 이하의 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 DLC 피막 형성 부재의 주요부를 나타내는 확대 종단면도이며;
도 2는 도 1의 DLC 피막 형성 부재를 제조하기 위한 피막 형성 장치를 나타내는 전체 개략 구성도이며;
도 3A~도 3C는 중간층 및 DLC 피막의 형성의 주요부를 나타내는 각각의 확대 개략도이며;
도 4는 시간에 따른 부 바이어스 값의 예를 나타내는 그래프이며;
도 5는 실시예 시료 및 비교예 시료의 볼 온 디스크(ball-on-disk) 마찰 마모 시험 결과를 나타내는 그래프이며;
도 6은 비교예 시료에서 마모 마찰 시험에 의해 형성되는 마모 트랙의 배율 100배의 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이며;
도 7은 비교예 시료에서 마모 트랙의 배율 1000배의 SEM 사진이며;
도 8은 실시예 시료에서 마찰 마모 시험에 의해 형성되는 마모 트랙의 배율 100배의 SEM 사진이고;
도 9는 실시예 시료에서 마모 트랙의 배율 1000배의 SEM 사진이다.

이하, 본 발명의 DLC 피막 형성 부재 및 그 제조 방법의 바람직한 실시형태는 첨부 도면을 참조해서 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 실시형태에 의한 DLC 피막 형성 부재(10)의 주요부를 나타내는 확대 종단면도이다. 이 DLC 피막 형성 부재(10)는 기재(12)의 표면에 중간층(14) 및 DLC 피막(16)을 이 순서로 형성함으로써 구성된다.

기재(12)는 금속 부재이다 이 실시형태에 있어서는, 기재(12)는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 또는 이 요소의 1종 이상을 함유하는 합금을 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 그러한 금속, 특히 실리콘은 탄화물로 용이하게 변환될 수 없고, DLC 피막(16)의 박리를 금속으로부터 억제하는 것이 곤란하다. 이것에도 불구하고, 본 실시형태에서는 기재(12)가 금속으로 구성될 수 있다.

DLC 피막 형성 부재(10)는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 자기 디스크 판독 헤드, 가공용 공구 등에 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

중간층(14)은 기재(12)로부터 유래된 구성 금속 원자(이 실시형태에서는 알루미늄, 마그네슘, 또는 실리콘 등)와 DLC를 포함하는 복합층이다. 중간층(14)은 기재(12)의 구성 금속 원자를 포함함으로써 기재(12)에 대하여 견고히 접합된다.

중간층(14)에 있어서는 기재(12)에 근접하는 부분은 큰 금속 조성비 및 작은 DLC 조성비를 갖는다. 이에 반하여, 기재(12)로부터 더 이간되는 부분은 작은 금속 조성비 및 큰 DLC 조성비를 갖는다. 따라서, 중간층(14)은 그 두께 방향으로 변화되는 금속 및 DLC 조성비를 갖는 경사층이다.

중간층(14)의 충분한 두께는 특별히 한정되는 것이 아니지만, O.O1~1.O㎛정도이다.

중간층(14) 상에 형성된 DLC 피막(16)은 DLC만으로 이루어진다. 따라서, DLC 피막(16)에는 기재(12)의 구성 금속 원자가 포함되지 않는다. 다시 말하면, DLC 피막(16)에서는 기재(12)의 구성 금속 원자[중간층(14)에 포함되는 금속]의 조성비가 0이다.

중간층(14) 및 DLC 피막(16)은, 후술하는 바와 같이, 기재(12)의 구성 금속 원자를 스퍼터링하는 조건을 상기 원자를 스퍼터링하지 않는 조건으로 변경함으로써 연속적으로 형성된다. 따라서, DLC 피막(16)은 중간층(14)과 매우 융화되고, 그것에 견고히 접합된다.

상술한 것으로부터 명백해지는 바와 같이, 중간층(14)이 기재(12) 및 DLC 피막(16)의 쌍방에 대하여 견고히 접합되므로 DLC 피막(16)이 박리되는 것이 억제된다.

DLC 피막(16)의 두께는 슬라이딩 특성 등의 요구되는 특성에 따라 적당히 선택될 수 있다. 그 두께는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 0.2~10㎛정도일 수 있다.

이하, 이 DLC 피막 형성 부재(10)의 제조 방법이 설명될 것이다.

도 2는 DLC 피막 형성 부재(10)를 제조하기 위한 피막 형성 장치(20)(플라즈마 성막 장치)의 구성을 나타내는 전체 개략 구성도이다. 이 피막 형성 장치(20)ㄴ는 기재(12)을 수용하기 위한 진공 챔버(22)와, 고주파 또는 dc 전원 등의 부 바이어스 전원(24)과, 플라즈마 생성 전극(26)에 의해 통전가능한 탄소 타깃(27)을 포함한다.

플라즈마 생성 전극(26)은 진공 챔버(22)의 하방 위치에 배치되는 한편, 기재(12)는 그 대향 위치에 배치된다. 플라즈마 생성 전극(26)은 플라즈마 생성 전원(28)에 전기적으로 접속되는 한편, 상기 부 바이어스 전원(24)은 기재(12)에 전기적으로 접속된다. 이 부 바이어스 전원(24)에 의해 생성되는 전압은 그것에 전기적으로 접속된 동적 바이어스 제어 기구(30)에 의해 제어된다.

진공 챔버(22)에는 불활성 가스 도입구(32)가 형성된다. 불활성 가스 도입구(32)를 통해 불활성 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 진공 챔버(22) 내로 불활성 가스가 도입된 후 플라즈마원으로서 사용된다.

진공 챔버(22)는 배기 통로(36)를 통해 배기 펌프(38)에 접속된다. 상기 배기 펌프(38)의 상류측에는 지지축(40)에 의해 회전가능하게 축지지된 배플판(42)이 배치되어 있다. 이 배플판(42)이 도 2의 수평 방향으로 연장될 때 배기 통로(36)를 차폐하는 면적이 최소가 되므로 배기량이 최대가 된다. 한편, 배플판(42)이 도 2의 수직 방향으로 연장될 때 상기 차폐 면적이 최대가 되므로 배기량이 최소가 된다.

DLC 피막 형성 부재(10)는 상기 기본적인 구성을 갖는 피막 형성 장치(20)를 이용하여 이하와 같이 제조될 수 있다.

처음에, 불활성 가스 도입구(32)로부터 진공 챔버(22) 내로 아르곤 등의 불활성 가스가 도입되고, 배기 펌프(38)가 작동된다. 진공 챔버(22)의 내압은, 예를 들면, O.1~1Pa로 유지된다.

한편, 플라즈마 생성 전원(28) 및 부 바이어스 전원(24)이 작동됨으로써 플라즈마 생성 전극(26)과 기재(12) 사이에 전계가 발생된다. 진공 챔버(22) 내에 플라즈마가 전계에 의해 생성된다. 기재(12)에 -100~-1000V, 바람직하게는 -600V의 부 바이어스가 인가된다. 부 바이어스는 교류 또는 직류 바이어스일 수 있다.

이 부 바이어스의 인가에 의해 기재(12)가 스퍼터링된다. 따라서, 도 3A에 나타낸 바와 같이, 상기 기재(12)에 포함되는 구성 금속 원자(즉, 알루미늄, 마그네슘, 또는 실리콘 등)가 기재(12)로부터 플라즈마로 방출된다. 동시에, 탄소 타깃(27)이 스퍼터링되어 탄소 원자가 플라즈마중에 유리된다.

동적 바이어스 제어 기구(30)에 의해 기재(12)에 인가된 부 바이어스가 제어된다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 소정 시간이 경과할 때마다 부 바이어스의 절대값이 감소된다.

부 바이어스가 과도하게 큰 절대값을 가질 때 탄소 원자 및 기재(12)의 구성 금속 원자는 플라즈마중에 분산된다. 절대값이 감소되면 탄소 원자 및 기재(12)의 구성 금속 원자가 기재(12)를 향해 드로잉된다. 도 3B에 나타낸 바와 같이, 탄소 원자 및 기재(12)의 구성 금속 원자가 기재(12)에 퇴적되어 중간층(14)의 형성이 개시된다.

부 바이어스가 큰 절대값을 가질 때 다량의 구성 금속 원자가 기재(12)로부터 방출되므로 비교적 소량의 탄소 원자가 성막에 사용된다. 따라서, 성막의 초기 단계에 퇴적된 중간층(14)의 부분은 큰 금속 조성비를 갖는다.

소정 시간이 경과한 후 동적 바이어스 제어 기구(30)에 의해, 상기한 바와 같이, 기재(12)에 인가된 부 바이어스의 절대값이 고정 시간 간격으로 단계적으로 감소된다(도 4 참조). 그 다음, 기재(12)로부터 방출된 구성 금속 원자 및/또는 탄소 원자의 양이 감소되므로 피막 내의 탄소 원자의 비율이 상대적으로 증가된다. 따라서, 중간층(14)에 있어서, 절대값의 감소 후에 퇴적된 부분은 감소 전에 퇴적된 부분에 비해서 작은 금속 조성비 및 큰 탄소 조성비를 갖는다.

이 부 바이어스 값의 제어를 반복함으로써 중간층(14)은 두께가 증가함에 따라 감소하는 금속 조성비 및 증가하는 탄소 조성비를 갖는 경사층으로서 형성될 수 있다.

부 바이어스의 절대값은 최종적으로 0으로 감소된다. 이 단계에는 금속 원자가 기재(12)로부터 방출되지 않으므로 탄소 원자는 주로 성막에 사용된다. 따라서, 중간층(14)의 형성이 완료되고, 도 3C 및 도 4에 나타낸 DLC 피막(16)의 형성이 개시된다.

0의 부 바이어스 하에 소정 시간 동안 형성이 연속될 때 DLC 피막(16)의 형성이 종료된다. 따라서, 기재(12)의 표면에 중간층(14) 및 DLC 피막(16)이 이 순서로 적층된 DLC 피막 형성 부재(10)(도 1 참조)가 얻어진다.

상기한 바와 같이, 중간층(14)은 기재(12)의 구성 금속 원자 및 DLC를 포함한다. 그러므로, 중간층(14)과 기재(12)의 접합 강도 및 중간층(14)과 DLC 피막(16)의 접합 강도가 증가된다. DLC 피막(16)은 기재(12)의 구성 금속 원자 및 DLC를 함유하는 중간층(14)에 의해 기재(12)에 견고히 접합된다. 종래에는 DLC 피막의 박리를 알루미늄, 마그네슘, 또는 실리콘 등의 물질로부터 억제하는 것이 곤란했다. 본 실시형태에 있어서, 기재(12)가 그러한 물질로 이루어지는 경우에도 DLC 피막(16)의 박리가 유효하게 억제 또는 회피될 수 있다.

더욱이, 본 실시형태의 방법에서, 중간층(14)을 형성하기 위한 다른 타깃 및 설비가 필요하지 않다. 따라서, 피막 형성 장치(20)의 구성은 이 장치(20)를 확대하지 않고 간단하게 유지될 수 있어 설비 비용이 저감된다.

DLC 피막 형성 부재(10)[중간층(14) 및 DLC 피막(16)을 갖는 기재(12)]는 DLC 피막(16)의 고경도에 의거해서 고내마모성을 갖고, 낮은 마찰 계수에 의거해서 우수한 윤활성을 갖는다. 따라서, 윤활유의 양이 저감될 수 있으므로 자원 절약화 및 환경 부하 저감을 달성할 수 있다.

DLC 피막(16)이 용이하게 박리되지 않으므로 이 DLC 피막 형성 부재(10)를 사용하는 슬라이딩 부재는 장기간에 걸쳐 우수한 윤활성을 발현할 수 있어 러닝 코스트 및 메인터넌스(maintenance) 코스트를 저감할 수 있다.

또한, 기재(12)에 사용되는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘 또는 이 요소의 1종 이상을 포함하는 합금은 경량 금속이므로 본 실시형태에 있어서 최종적인 DLC 피막 형성 부재(10)는 낮은 마찰 계수와 경량을 달성할 수 있다.

상기 실시형태에서 탄소 타깃을 사용한 스퍼터링 방법이 예시되었지만, 그 대신에 탄화수소를 사용한 CVD법에 의해 중간층(14) 및 DLC 피막(16)이 형성될 수 있다. 이 경우, 탄화수소 가스는, 예를 들면 메탄 가스 또는 아세틸렌 가스일 수 있다.

본 실시형태에서, 기재(12)에 인가된 부 바이어스의 절대값은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 단계적으로 감소된다. 그 감소는 이에 한정되지 않고, 절대값은 시간의 경과와 함께 연속적(점차)으로 감소될 수 있다.

본 실시형태에 있어서 기재(12)의 성분의 바람직한 예로서 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 및 이 요소의 1종 이상을 포함하는 합금이 기재되었을 지라도 그 성분은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재(12)는 강재 등의 철계 합금으로 구성될 수 있다.

실시예1

이하, 본 발명은 이 발명의 범위를 한정하지 않고 실시예를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

지름 24㎜ 및 두께 6㎜를 갖는 A2017(JIS에 규정되는 알루미늄 합금)의 디스크가 기재(12)로서 선정되었다. 도 2에 나타낸 피막 형성 장치(20)에서는 기재(12)와 그래파이트 타깃(도시되지 않음)이 진공 챔버(22) 내에 수용되었다.

이어서, 진공 챔버(22)의 내압을 5×10^-4Pa보다 작게 한 후, 아르곤 가스를 불활성 가스 도입구(32)로부터 진공 챔버(22)로 도입했다. 아르곤 가스가 4sccm의 유량으로 공급되어 진공 챔버(22)의 내압을 1Pa로 제어했다. 기재(12)는 이 상태로 -600V의 부 바이어스를 인가하면서 2시간 방치되어 기재(12)의 표면이 Ar 이온 에칭에 의해 청정화되었다.

그래파이트 타깃에 대하여 전력을 공급함으로써 전압을 인가해서 탄소 워자를 발생시켰다. 이 인가 개시 시간은 피막 형성 개시점으로서 고려되었다.

동적 바이어스 제어 기구(30)에 의해 5분이 경과할 때마다 부 바이어스의 절대값을 100V씩 반복적으로 감소시켰다. 따라서, 부 바이어스는 -500V, -400V, -300V, -200V, 및 -100V로 단계적으로 변화되었다. -500~-100V의 부 바이어스 하에 기재(12)에 대하여 피막이 형성되는 것이 확인되었다.

부 바이어스는 -100V로부터 0V로 더 변화되어 성막이 5분간 속행되었다. 또한, 0V의 부 바이어스 하에 피막이 형성되었다.

이렇게 얻어진 실시예 시료의 피막이 성분 분석되었다. 그 결과, 상층이 DLC 피막(16)이며, 하층이 금속을 포함하는 DLC 층이다. 금속을 포함하는 DLC 층의 금속 조성비는 기재(12)를 향하는 방향으로 증가되었다.

비교를 위해, 동일한 기재(12)가 전처리된 후 부 바이어스가 0V로 급격히 변화되어 DLC 피막(16)을 형성함으로써 비교예의 시료가 얻어졌다.

실시예 시료 및 비교예 시료는 볼 온 디스크법을 사용하여 마찰 마모 시험되었다. 이 시험에서, 마찰 재료의 SUS304(JIS에 규정되는 스테인레스 강)는 하중 10Ogf, 선속도 0.785cm/초, 회전 속도 0.5회전/초, 및 회전 반경 5.0㎜ 하에 사용되었다.

그 결과는 도 5에 나타냈다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 시료에서는 40000 회전에 상당하는 약 600m에서 DLC 피막(16)이 박리되었다. 대조적으로, 실시예 시료에서는 120000 회전에 상당하는 약 2000m에서도 DLC 피막(16)이 박리되지 않고 접합을 유지했다.

마모 마찰 시험후의 비교예 시료의 마모 트랙의 SEM 사진은 도 6 및 도 7에 도시되었고, 실시예 시료의 마모 트랙의 SEM 사진은 도 8 및 도 9에 도시되었다. 도 6 및 도 8의 SEM 사진은 배율 100배이며, 도 7 및 도 9의 SEM 사진은 배율 1000배이다.

도 6~도 9에 나타낸 바와 같이, 비교예 시료에서의 DLC 피막(16)이 박리되는 한편, 실시예 시료에서의 DLC 피막(16)이 마모만되고 기재(12)에 대하여 접합을 유지하고 있다. 이것으로부터 명확한 바와 같이, 기재(12)의 구성 금속 원자를 포함하는 중간층(14)을 형성함으로써 DLC 피막(16)의 박리가 억제될 수 있다.

본 발명에 의한 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재 및 그 제조 방법은 상술한 실시형태에 한정되지 않는다. 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있는 것이 이해되어야 한다.

Claims

기재(12), 및 상기 기재의 표면에 중간층(14)을 개재하여 형성된 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)을 포함하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재(10)로서:
상기 중간층(14)은 상기 기재(12)로부터 유래된 구성 금속 원자 및 다이아몬드 라이크 카본을 함유하는 복합층인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 기재(12)는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 또는 알루미늄, 마그네슘, 및 실리콘 중 하나 이상을 함유하는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 중간층(14)에서의 구성 금속 원자의 조성비는 상기 기재(12)로부터 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)으로의 방향으로 감소되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 중간층(14)은 0.01~1.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)은 0.2~10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재.
기재(12), 및 상기 기재의 표면에 중간층(14)을 개재하여 형성된 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)을 포함하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재(10)의 제조 방법으로서:
플라즈마중에서 상기 기재(12)에 대하여 부 바이어스를 인가함으로써 상기 기재(12)의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키는 공정;
상기 기재(12)에 대한 부 바이어스의 인가를 속행하면서 탄소원으로부터 탄소 원자를 발생시키는 공정;
상기 부 바이어스의 전압의 절대값을 감소시켜 상기 기재(12)의 구성 금속 원자 및 상기 탄소 원자를 상기 기재(12)의 표면에 퇴적함으로써 상기 기재(12)의 구성 금속 원자와 다이아몬드 라이크 카본을 함유하는 복합층으로서 중간층(14)을 형성하는 공정; 및
상기 부 바이어스의 전압의 절대값을 0으로 감소시켜 상기 탄소 원자만을 상기 중간층(14) 상에 퇴적함으로써 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 기재(12)의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키기 위한 -100~-100OV의 초기 바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 기재(12)의 구성 금속 원자를 플라즈마중에 유리시키기 위해 인가되는 초기 바이어스의 값으로부터 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)을 형성하기 위해 0까지 상기 부 바이어스의 전압의 절대값이 단계적 또는 점차적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 기재(12)는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 또는 알루미늄, 마그네슘, 및 실리콘 중 하나 이상을 함유하는 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
탄소 타깃(27)은 상기 중간층(14) 및 상기 다이아몬드 라이크 탄소 피막(16)에 함유되는 탄소 원자를 발생시키기 위한 탄소원으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
탄화수소 가스는 상기 중간층(14) 및 상기 다이아몬드 라이크 탄소 피막(16)에 함유되는 탄소 원자를 발생시키기 위한 탄소원으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 중간층(14)은 0.01~1.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 다이아몬드 라이크 카본 피막(16)은 0.2~10㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 라이크 카본 피막 형성 부재의 제조 방법.