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立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料

国内特許コード P110005986
整理番号 QP080048
掲載日 2011年11月28日
出願番号 特願2008-273051
公開番号 特開2010-099916
登録番号 特許第5387815号
出願日 平成20年10月23日(2008.10.23)
公開日 平成22年5月6日(2010.5.6)
登録日 平成25年10月18日(2013.10.18)
発明者
  • 松本 精一郎
  • 堤井 君元
出願人
  • 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 国立大学法人九州大学
発明の名称 立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料
発明の概要

【課題】金属、セラミックス等へ充分な付着性と硬度等において立方晶窒化ホウ素本来の特性を示す立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料を提供する。
【解決手段】基体2と、前記基体表面上に形成された周期律表の第4族金属(Ti、Zr、Hf)、第5族金属(V、Nb、Ta)、前記第4族金属及び第5族金属の窒化物又はホウ化物或いはホウ窒化物の内から選ばれるいずれか1種以上の成分よりなる中間層3と、前記中間層3の表面に被膜した立方晶窒化ホウ素を主成分とする表面膜4とから形成される立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料であって、前記表面膜4の立方晶窒化ホウ素の光学的縦波モードのフォノンによるラマン散乱又は光学的横波モードのフォノンによるラマン散乱のいずれか一方の半値幅が、50cm-1以下のピークを示すか、X線解折で立方晶窒化ホウ素の特定結晶面の反射ピークの2θの半価巾が特定値である立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


立方晶窒化ホウ素(以下、c-BNともいう。)は、その高い、硬度、耐摩耗性、しゅう動性、熱伝導性、電気絶縁性のため、難削材研削や高速切削のためのコーティング材、またヒートシンクや耐熱高絶縁性コーティングとしても永年期待されてきた。



しかし、従来のc-BN膜をコーティングする方法は、強いイオンボンバードを用いるため、膜内の内部応力が大きく金属やセラミック等の基体との密着力が十分でなく、密着性の充分な1μm以上の膜を得ることは困難であった。また、そのc-BN被覆膜は強いイオン衝撃を用いて作成するため結晶性が悪く、ラマンピークは観察されず、X線回折でのc-BNのピークもブロードであった。



この密着性を改善するために、c-BN被覆膜と基体との間に、中間層を介在させる方法も以下の文献のように種々提案されてきた。



特に、特許文献1~5、7、10には、本発明と同じく、周期律表の第4、第5族金属或いはSi、Alとその窒化物、ホウ化物或いはホウ窒化物を中間層として用いている場合がある。【特許文献1】特許第3679046号公報/第1層(第4族、第5族、第6族金属、Si)-(C、N、O)、第2層Ti-(C、N、O)+数ナノ~数十ナノのBN【特許文献2】特開平2004-338041号公報/第1層窒化チタン、第2層Ti-B-N、第3層c-BN(10-70mol%)、厚さ0.5~1.5μm【特許文献3】特開平10-204618号公報/第1層Ti、第2層TiBx(X=1.5~2)、第3層TiyBzN1-z(Y=0.6~1.5、Z=0.05~0.4)、第4層c-BN【特許文献4】特開平8-165558号公報/第1層Zr、Hf、V、Ta、Nb、Cr、Mo、Wのホウ化物、炭化ホウ素及びそれらの相互固溶体、第2層c-BN又は硬質窒化ホウ素【特許文献5】特開平4-246164号公報/第1層窒化チタン、第2層窒化チタン+窒化ホウ素、第3層c-BN【特許文献6】特開平4-168263号公報/第1層金属、(第2層金属間化合物、)第3層BrichBN(B/N>1.5)、第4層c-BN【特許文献7】特開平4-147682号公報/第1層チタンアルミニウム複窒化物、或いはチタン第4族第5族金属複窒化物、第2層c-BN【特許文献8】特開平4-124283号公報/第1層基体のホウ化処理によるホウ化物、第2層窒化ホウ素【特許文献9】特開平3-260054号公報/第1層チタン、第2層傾斜組成構造ホウ素-窒素化合物、第3層c-BN【特許文献10】特許公報3-13305号公報/第1層Ti及びHfの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、酸化アルミニウムの1種の単層或いは2種以上の複層(0.5~5μm)、第2層0.3~4原子%Ti固溶c-BN【非特許文献1】M.Keunecke, E. Wiemann, K.Weigel, S.T. Park, K. Bewilogua, Thin Solid Films 515,967 (2006).【非特許文献2】S.F.Wong, C.W. Ong, G.K.H. Pang, Q.Li, W.M. Lau, Diamond and Related Materials 13 (2004) 1632.

産業上の利用分野


本発明は、耐摩耗性、低摩擦性、耐熱性、熱伝導性、電気絶縁性等に優れた複合材料に関するもので、より具体的には、切削工具、耐摩耗性治具、高熱伝導性基板、耐熱高絶縁性コーティング、高温電子材料等に応用可能な立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
基体と、前記基体表面上に形成された周期律表の第4族金属(Ti、Zr、Hf)、第5族金属(V、Nb、Ta)、前記第4族金属及び第5族金属の窒化物又はホウ化物或いはホウ窒化物の内から選ばれるいずれか1種以上の成分よりなる中間層と、前記基体表面に中間層を形成後、水素ガス或いは水素プラズマ中で基体及び中間層をアニール処理し、前記中間層の表面に被膜した立方晶窒化ホウ素を主成分とする表面膜とから形成される立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料であって、
前記表面膜の立方晶窒化ホウ素の光学的縦波モードのフォノンによるラマン散乱又は光学的横波モードのフォノンによるラマン散乱のいずれか一方の半値幅が、50cm-1以下のピークを示すか、
或いは、
薄膜X線回折で、前記表面膜の立方晶窒化ホウ素の(111)、(200)、(220)、(311)の内のいずれか1の反射ピークの2θの半値幅が、それぞれ1.5、2.5、2.5、3度以下であることを特徴とする
立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料。
【請求項2】
前記立方晶窒化ホウ素を、ホウ素源、窒素源及びフッ素源を含むガスのプラズマを用いて、前記基体上に析出させたことを特徴とする請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素被覆膜複合材料。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008273051thum.jpg
出願権利状態 登録
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