(57)【要約】【課題】単一のＳｉＣ超硬合金層、または少なくとも１つのＳｉＣ超硬合金層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆された物体、および物体を単一のＳｉＣ超硬合金層、または少なくとも１つのＳｉＣ超硬合金層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆する方法を提供する。【解決手段】単一のＳｉＣ層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣから、ＳｉＣ多層構造体は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣの混合物、またはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣおよび非晶質炭素の混合物から形成する。被覆は、Ｈ2および／または１種もしくは複数種の不活性ガス、一般式ＳｉnＸ2n、ＳｉnＸ2n+2もしくはＳｉnＸyＨz（ここで、Ｘはハロゲン元素、ｎ≧２）で表される１種または複数種のハロゲン化ポリシラン、ならびに１種もしくは複数種の炭化水素を含む混合ガスを用いて、熱ＣＶＤプロセスを介して行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆された物体であって、前記ＳｉＣ層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ、またはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣとの混合物、もしくはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質炭素との混合物からなることを特徴とする物体。
【請求項２】
前記ＳｉＣ層は、塊状部分を有しない、均質な構造を有することを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項３】
前記ＳｉＣ層は、無孔性で稠密な構造を有することを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項４】
前記混合物からなるＳｉＣ多層構造層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣから、周期的または連続的に変化する比で、非晶質ＳｉＣまたは非晶質炭素へと組成が変わる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項５】
前記ハロゲン元素は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒおよび／またはＩであることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項６】
前記ＳｉＣ層におけるハロゲン元素の含有量は、０．０００１〜２原子百分率であることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項７】
前記非晶質ＳｉＣを含む混合物中における非晶質ＳｉＣの含有量は、０．５〜９９．５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項８】
前記非晶質ＳｉＣ層におけるＣ：Ｓｉの原子数比は、１〜１．２であることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項９】
前記ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣは、０〜１０重量％の非晶質炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１０】
前記ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣの結晶粒径は、２００nmよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１１】
前記ＳｉＣ層の厚さは、０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１２】
前記ＳｉＣ多層構造体は、複数のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層ならびにＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ，Ａｌ2Ｏ3およびダイヤモンドからなる群より選択される材料から形成される１つもしくは複数の層からなることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１３】
中間層を介在させることなく、直に前記ＳｉＣ層が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１４】
前記単一のＳｉＣ層またはＳｉＣ多層構造体層は、耐摩耗層もしくは酸化防止層として、またはミクロ電子工学もしくは太陽電池への応用のために被覆されている、金属、超硬合金、陶性合金またはセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の物体。
【請求項１５】
物体を、単一のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆する方法であって、前記ＳｉＣ層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ、またはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣとの混合物、もしくはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質炭素との混合物からなる方法において、
前記物体は、Ｈ2および／もしくは１種もしくは複数種の不活性ガス、一般式ＳｉnＸ2n、ＳｉnＸ2n+2もしくはＳｉnＸyＨz（ここで、Ｘはハロゲン元素、ｎ≧２）で表される１種もしくは複数種のハロゲン化ポリシラン、ならびに１種もしくは複数種の炭化水素を含む混合ガス、またはＨ2および／もしくは１種もしくは複数種の不活性ガス、ならびに一般式ＳｉnＸyＲzおよび／もしくはＳｉnＨxＸyＲz（ここで、Ｘはハロゲン元素、ｎ≧２，ｚ＞０，ｙ≧１であり、一般式ＳｉnＸyＲzの場合には、化学量論的な関係は、２ｎ＋２＝ｙ＋ｚまたは２ｎ＝ｙ＋ｚであり、一般式ＳｉnＨxＸyＲzの場合には、化学量論的な関係は、２ｎ＋２＝ｘ＋ｙ＋ｚまたは２ｎ＝ｘ＋ｙ＋ｚである）で表される有機置換基Ｒで置換された１種もしくは複数種のハロゲン化ポリシランを含む混合ガスを使用する熱ＣＶＤプロセスを介して、被覆されるようになっていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記１種または複数種のハロゲン化ポリシランは、Ｓｉ2Ｘ6，Ｓｉ3Ｘ8，Ｓｉ4Ｘ8，Ｓｉ4Ｘ10，Ｓｉ5Ｘ10，Ｓｉ5Ｘ12，およびＳｉ6Ｘ12（Ｘ＝Ｃｌ，Ｆ，Ｂｒおよび／またはＩである）からなる群より選択することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱ＣＶＤプロセスを介する被覆は、６００〜９５０℃の温度下で行うことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱ＣＶＤプロセスを介する被覆は、６００〜８００℃の温度下で行うことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記有機置換基Ｒは、ＣＨ3基であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合ガス中の有機置換基Ｒで置換された１種または複数種のハロゲン化ポリシランは、(ＣＨ3)2Ｓｉ2Ｃｌ4および／または(ＣＨ3)4Ｓｉ2Ｃｌ2であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記炭化水素は、アルカン、アルケンまたはアルキンであることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記炭化水素は、ＣＨ4，Ｃ2Ｈ4またはＣ2Ｈ2であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合ガスを使用する被覆は、ホットウォールＣＶＤリアクタ中で、１〜１０１．３ｋＰａの圧力下で行うことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記物体を、金属、超硬合金、陶性合金およびセラミックスからなる群より選択し、耐摩耗層もしくは酸化防止層を形成するため、またはミクロ電子工学もしくは太陽電池への応用のために被覆することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一のＳｉＣ超合金層、またはＳｉＣ超合金層を含む多層構造体で被覆された物体およびこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣとの混合物からなる層は、種々の組成を有し、ミクロ電子工学や太陽電池への応用、酸化防止膜としての使用等について、種々の文献に記載されている。このようなＳｉＣ層には、立方晶構造のＳｉＣ層（β−ＳｉＣ層または３Ｃ−ＳｉＣ層と呼ばれる）の外に、１３００℃以上の高温でしか得られないα−ＳｉＣ層もあるが（非特許文献１参照）、このような高温での結晶変態は、ミクロ電子工学の分野へ応用する場合にのみ問題となる。
【０００３】
ナノ結晶となりうる３Ｃ−ＳｉＣ層として、水素を含む３Ｃ−ＳｉＣ層が知られている。水素を含むミクロ結晶（μｃ−ＳｉＣ：Ｈ）を用いる半導体デバイスは、特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、水素を含むナノ結晶（ｎｃ−ＳｉＣ：Ｈ）は、ヘテロ接合太陽電池の窓層として応用されている（非特許文献２参照）。このような窓層は、水素の含有率が高いことが特徴であるが、５００℃を超える温度下においては、耐摩耗層として使用することができない（非特許文献３参照）。
【０００５】
水素を含まないＳｉＣは、高い耐酸化性を有し、酸化防止膜として使用されている（非特許文献４参照）。
【０００６】
一方、ＳｉＣは、工具や構造部材の耐摩耗層としてはほとんど使用されていない。その理由は、高い脆性（非特許文献５参照）と、被覆される鉄と高温下での反応性が高いこと（非特許文献６参照）にある。
【０００７】
結晶質ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなる混合層が、耐摩耗層として使用しうる可能性に触れているのは、特許文献２およびこの特許文献で紹介されている２つの文献だけである。これらの文献には、無機基板上にβ−ＳｉＣ層を製造する方法が記載されている。ここで、β−ＳｉＣ層は塩素を含まないため、出発物質には塩素を含まないものが使用されている。一方、結晶質ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなる混合層の耐摩耗層としての使用例として紹介されているのは、非常に特殊な構造部材（例えばレコード針）についてのものに限られている。なお、β−ＳｉＣ層の正確な構造や特性ついては、記載がない。
【０００８】
超硬合金（ＷＣ／Ｃｏ等）からなる基板上に、厚さが０．３μｍを超える結晶質３Ｃ−ＳｉＣ層を形成する方法としては、１０００℃の温度下でメチルトリクロロシランを用いるＣＶＤ（化学蒸着）法がある（非特許文献７参照）。しかし、蒸着温度が高い場合には、有害なケイ化コバルトが生じたり、接着強度が不十分であったりするため、基板上に直接ＳｉＣ層を形成することはできない。この場合には、コストはかかるが、拡散に対する障壁として働く中間層を使わなければならない。
【０００９】
超硬合金基板上に純度の高い非晶質ＳｉＣ層を形成し、７００℃までの温度下で、摩擦計で摩耗の程度を測った結果を記載している文献もある（非特許文献８参照）。
【００１０】
非特許文献９には、ＤＣ−プラズマジェット−ＣＶＤ法で、大きさが５０〜５００nmの焼結させた粒子または塊からなり、不均質な構造と組成を有するナノ結晶ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなる混合層を形成した例が記載されている。しかし、この方法においては、トリメチルクロロシランやトリクロロメチルシラン等の塩素を含む標準的な出発物質を用いると、ＳｉＣ層中の塩素濃度がきわめて高くなるため、スチールや金属製の基板を被覆する際には不利になる。塩素濃度は、特に基板とＳｉＣ層の境界付近で非常に高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１９５０８１０号明細書
【特許文献２】米国特許第３０１１９１２号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】C.H.Carter, V.F.Tsvetkov, R.C.Glass, D.Henshall, M.Brady, St.G.Mueller, O.Kordina, K.Irvine, J.A.Edmond, H.S.Kong, R.Sing, S.T.Allen, J.W.Palmour, Materials Science and Engineering B61-62 (1999) 1-8
【非特許文献２】S.Miyajima, M.Sawamura, A.Yamada, M.Konagai, Journal of Non-Crystalline Solids 354 (2008) 2350-2354
【非特許文献３】A.K.Costa, S.S.Camargo, Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 176-180
【非特許文献４】H.Jian-Feng, L.Miao, W.Bo, C.Li-Yun, X. Chang-Kui, W.Jian-Peng, Carbon 47 (2009) 1189-1206
【非特許文献５】H.O.Pierson, Handbook of Refractory Carbides and Nitrides, NOYES Publications Westwood, ニュージャージー州，米国，１９９６年
【非特許文献６】R.C.Schiepers, J.A.van Beek, F.J.J.van Loo, G. de With, Journal of the European Ceramic Society 11 (1993) 211-218
【非特許文献７】G.Giunta, M.Fiorini, V.Vittori, G.Marchesano, Surface and Coatings Tchnology 49 (1991) 174-180
【非特許文献８】A.K. Costa, S.S.Camargo, Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 176-180
【非特許文献９】J.Wilden, A.Wank, Galvanotechnik 91 (2000) Nr.8, 2250-2256
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、粒子状部分のない、無孔性の構造を有し、硬度が高く、他方、脆性は低く、さらに接着性と耐酸化性が強く、ひび割れも成長しにくいＳｉＣ層で被覆された成形体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題は、特許請求の範囲に記載した特徴を有する本発明（従属請求項の組み合わせを含む）の物体によって解決される。
【００１５】
本発明によれば、物体は、単一のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆される。ここで、ＳｉＣ層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ、またはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣとの混合物、もしくはハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質炭素との混合物からなる。
【００１６】
前記ＳｉＣ層は、塊状部分を有しない、均質な構造を有する。これは、本発明に係るＳｉＣ層が、従来のＳｉＣ層に見られる、生成方法と関連して生じる粒界を含む、塊や粒子よりも大きな組織(J.Wilden, A.Wank, Galvanotechnik 91 (2000) Nr. 8, 2250-2256参照)を有しないことを意味する。本発明に係るＳｉＣ層は、このような塊状部分のない構造を有するため、望ましくない不均一な組成（粒界が生じる場合には避け得ない）は回避される。
【００１７】
本発明に係るＳｉＣ層は、塊状部分がない均質な構造および／または無孔性で稠密な構造を有する。
【００１８】
前記ＳｉＣ層は、ハロゲン元素を含むナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣから、周期的または連続的に変化する比で、非晶質ＳｉＣまたは非晶質炭素へと組成が変わるようになっているのが好ましい。
【００１９】
前記ＳｉＣ層に含まれるハロゲン元素は、Ｃｌ、Ｆ、Ｂｒおよび／またはＩとするのが好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、前記ＳｉＣ層中におけるハロゲン元素の含有量は、０．０００１〜２原子百分率である。
【００２１】
前記非晶質ＳｉＣを含む混合物中の非晶質ＳｉＣの含有量は、０．５〜９９．５重量％であるのが好ましい。
【００２２】
前記非晶質ＳｉＣ層におけるＣ：Ｓｉの原子数比は、１〜１．２であるのが好ましい。
【００２３】
前記ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣは、０〜１０重量％の非晶質炭素を含むのが好ましい。
【００２４】
前記ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣの結晶粒径は、２００nmよりも小さいのが好ましい。
【００２５】
前記ＳｉＣ層の厚さは、０．１〜１００μｍであるのが好ましい。
【００２６】
前記ＳｉＣ多層構造体は、複数のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層ならびにＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ，Ａｌ2Ｏ3およびダイヤモンドからなる群より選択される材料から形成される１つもしくは複数の層からなるのが好ましい。
【００２７】
前記ＳｉＣ層は、中間層を介在させることなく、直に物体を被覆することもできる。
【００２８】
前記単一のＳｉＣ層またはＳｉＣ多層構造体層は、金属、超硬合金、陶性合金またはセラミックスからなる物体を、耐摩耗層もしくは酸化防止層として被覆することができる。この外、これら単一のＳｉＣ層またはＳｉＣ多層構造体層は、ミクロ電子工学もしくは太陽電池への応用のために、適当な基板を被覆することもできる。
【００２９】
本発明によれば、物体を、単一のＳｉＣ層、または少なくとも１つのＳｉＣ層を含むＳｉＣ多層構造体で被覆する方法であって、前記物体は、Ｈ2および／またはは１種もしくは複数種の不活性ガス、一般式ＳｉnＸ2n、ＳｉnＸ2n+2またはＳｉnＸyＨz（ここで、Ｘはハロゲン元素、ｎ≧２）で表される１種または複数種のハロゲン化ポリシラン、ならびに１種または複数種の炭化水素を含む混合ガスを使用する熱ＣＶＤプロセスを介して、被覆されるようになっていることを特徴とする方法も提供される。この外、前記混合ガスは、Ｈ2および／または１種もしくは複数種の不活性ガス、ならびに一般式ＳｉnＸyＲzおよび／またはＳｉnＨxＸyＲz（ここで、Ｘはハロゲン元素、ｎ≧２，ｚ＞０，ｙ≧１であり、一般式ＳｉnＸyＲzの場合には、化学量論的な関係は、２ｎ＋２＝ｙ＋ｚまたは２ｎ＝ｙ＋ｚであり、一般式ＳｉnＨxＸyＲzの場合には、化学量論的な関係は、２ｎ＋２＝ｘ＋ｙ＋ｚまたは２ｎ＝ｘ＋ｙ＋ｚである）で表される有機置換基Ｒで置換された１種または複数種のハロゲン化ポリシランを含むものとすることもできる。
【００３０】
前記１種または複数種のハロゲン化ポリシランは、Ｓｉ2Ｘ6，Ｓｉ3Ｘ8，Ｓｉ4Ｘ8，Ｓｉ4Ｘ10，Ｓｉ5Ｘ10，Ｓｉ5Ｘ12，およびＳｉ6Ｘ12（Ｘ＝Ｃｌ，Ｆ，Ｂｒおよび／またはＩである）からなる群より選択するのが好ましい。
【００３１】
前記熱ＣＶＤプロセスを介する被覆は、好ましくは６００〜９５０℃、より好ましくは６００〜８００℃の温度下で行うのがよい。
【００３２】
前記有機置換基Ｒは、ＣＨ3基であるのが好ましい。
【００３３】
前記混合ガス中の有機置換基Ｒで置換された１種または複数種のハロゲン化ポリシランは、(ＣＨ3)2Ｓｉ2Ｃｌ4および／または(ＣＨ3)4Ｓｉ2Ｃｌ2であるのが好ましい。
【００３４】
前記炭化水素は、アルカン、アルケンまたはアルキンであるのが好ましい。
【００３５】
前記炭化水素は、ＣＨ4，Ｃ2Ｈ4またはＣ2Ｈ2であるのが好ましい。
【００３６】
前記混合ガスを使用する被覆は、ホットウォールＣＶＤリアクタ中で、１〜１０１．３ｋＰａの圧力下で行うのが実用的である。
【００３７】
前記物体は、金属、超硬合金、陶性合金およびセラミックスからなる群より選択し、この物体の被覆は、耐摩耗層もしくは酸化防止層を形成するため、またはミクロ電子工学もしくは太陽電池への応用のために行うのが好ましい。
【００３８】
本発明に係るＳｉＣ超硬合金層は、いくつかの非常に好ましい特性を有している。
【００３９】
本発明に係るＳｉＣ層は、ナノ結晶ＳｉＣのみ、またはナノ結晶ＳｉＣと非晶質領域（結晶領域とは明確に区別される）からなる。非晶質領域には、生成方法と関連して生じる粒界を含む、塊や粒子よりも大きな組織は見られない。本発明に係るＳｉＣ層は、このような塊状部分のない構造を有するため、望ましくない不均一な組成（粒界が生じる場合には避け得ない）は回避される。ＳｉＣ層は、硬度と接着性が高く、脆性は小さい。また、中間層を介在させることなく、物体を被覆することができる。
【００４０】
本発明に係るＳｉＣ層は、稠密かつ均質であるのが好ましい。ナノ結晶ＳｉＣ構造、または非晶質ＳｉＣもしくは非晶質炭素の領域を含むナノ結晶ＳｉＣ構造からなる被覆層は、工具の鋭利な刃先をも、きわめて良好に被覆することができる。
【００４１】
本発明のＳｉＣ被覆層は、上記のような構造を有するため、被覆層の表面から基板まで、粒界が連続的に続く組成は回避することができる。したがって、本発明のＳｉＣ層で被覆した工具は、機械加工のように作業時の温度が高くても、良好な耐酸化性、およびひび割れの成長に対する抵抗性を示す。
【００４２】
驚くことに、本発明に係るＳｉＣ層は、軟質な非晶質ＳｉＣまたは非晶質炭素の領域が存在しても、純粋な３Ｃ−ＳｉＣ層に比して硬度が低下することはなかった。また、本発明に係るＳｉＣ層は、ナノ複合体構造を有するため、一定の範囲内において、硬度が増大または安定化する
【００４３】
本発明に係るナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ層を、基板との接着層として用いると、基板と被覆層（接着層）との接着強度が増す。また、本発明に係るナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ層は、この後にセラミック（例えばＳｉ3Ｎ4）製の物体に形成される被覆層の接着強度を高めたり、この後に形成されるダイヤモンド層に対する接着強度を確実なものにしたりすることができる。これらは、本発明に係るＳｉＣ層の熱膨張係数が低いことと、そのナノ結晶構造により実現される。本発明のＳｉＣ多層構造体として特に好ましいのは、ナノ結晶ＳｉＣ層とナノ結晶ダイヤモンド層との積層体である。この積層体によれば、鋭利な刃先を被覆する場合でも、高機能の多層構造体となる。
【００４４】
最適な範囲にわたってハロゲン元素を含む、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ層、またはナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣもしくは非晶質炭素からなるＳｉＣ層は、耐摩耗層として使用できるが、このようなＳｉＣ層は、本発明の方法に従って製造することができる。すなわち、本発明の方法によれば、ハロゲン化ポリシラン、または置換されたハロゲン化ポリシランを用いることにより、広い温度範囲において、最適なハロゲン含量を実現することができるという効果が生まれる。
【００４５】
本発明の方法においては、ＳｉＣ層を形成する際の前駆体、ハロゲン化ポリシランを用いるが、こうすると、ＳｉＣｌ4やトリクロロメチルシランのような公知の前駆体と比較して。蒸着温度を低くすることができる。また、基板材料と前駆体との間の化学反応も、回避することができる。したがって、物体が金属である場合、これに直に被覆層を形成することができる。
【００４６】
本発明に係るＳｉＣ被覆層は良好な特性を有し、製造も容易であるため、ミクロ電子工学に応用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣ単一層のＸ線回折スペクトル図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなる混合層のＸ線回折スペクトル図である。
【図３】同じく、ラマンスペクトル図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣおよび非晶質炭素からなる混合層のＸ線回折スペクトル図である。
【図５】同じく、ラマンスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔実施例１〕
Ｓｉ3Ｎ4セラミックス製切削用インサートの表面に、ＣＶＤ法により、厚さ約１μｍのＴｉＮ接着層、ついで本発明によるＳｉＣ層を蒸着させた。このコーティングプロセスは、内径７５mmのホットウォールＣＶＤリアクタ中で進行させた。０．３容量％のＳｉ3Ｃｌ8、９７．７容量％のＨ2，２．０容量％のＣ2Ｈ4からなる混合ガスを使用し、９００℃の温度および９ｋＰａの圧力下で、１２０分間蒸着させたところ、厚さ３．５μｍのＳｉＣ層が得られた。
【００４９】
得られたＳｉＣ層の構造を、入射角を調整しつつ、Ｘ線回折にかけて解析した。図１（スペクトル図）は、(１１１)面が３Ｃ−ＳｉＣ層であることを示している。シェーラー (Scherrer)の式から、３Ｃ−ＳｉＣの平均粒径は、５０nmと算出された。
【００５０】
波長分散Ｘ線分光法（ＷＤＸ）により解析したところ、３Ｃ−ＳｉＣ層の塩素含有量は、０．０３原子百分率であることが分かった。
【００５１】
微小硬さ計で計測したビッカース硬さは、３８５０ＨＶ［０．０１］であった。
【００５２】
以上の結果から、この実施形態におけるＳｉＣ層は、滑らかで均質な表面およびナノ結晶構造を有し、高強度であることが分かる。
【００５３】
〔実施例２〕
予め厚さ１μｍのＴｉＮ接着層と厚さ２μｍのＴｉＮ接着層を形成してあるＷＣ／Ｃｏ超硬合金製切削用インサートの表面に、ＣＶＤ法により、本発明によるＳｉＣ層を蒸着させた。このコーティングプロセスは、内径７５mmのホットウォールＣＶＤリアクタ中で進行させた。０．３容量％のＳｉ3Ｃｌ8、９３．７重量％のＨ2および６．０容量％のＣ2Ｈ4からなる混合ガスを使用し、８００℃の温度および９ｋＰａの圧力下で、厚さ０．５μｍ／ｈの蒸着速度で蒸着させた。
【００５４】
得られたＳｉＣ層の構造を、入射角を調整しつつ、Ｘ線回折にかけて解析した（図２参照）。図２（スペクトル図）には、３Ｃ−ＳｉＣのブロードなスペクトルが観察される。シェーラーの式から、３Ｃ−ＳｉＣの平均粒径は、１nmと算出された。
【００５５】
図３に示すラマンスペクトルにおいては、３Ｃ−ＳｉＣの７８０cm-1と８９０cm-1のピークは、分かれては観察されず、８００cm-1付近においてブロードなピークが見られる。これは非晶質ＳｉＣによる散乱である。この中で低波長側に認められる第１のピークは、結晶化の初期の状態にあることを示す。この実施形態に係るＳｉＣ層は、１３００〜１６００cm-1の波数領域にピークが認められないため、自由原子としての炭素は含んでいない。これらＸ線回折とラマンスペクトルの解析結果から、この実施形態に係るＳｉＣ層は、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣの混合物からなっていることが分かる。
【００５６】
波長分散Ｘ線分光法（ＷＤＸ）により解析したところ、３Ｃ−ＳｉＣ層の塩素含有量は、０．０５原子百分率であることが分かった。
【００５７】
微小硬さ計で計測したビッカース硬さは、３６００ＨＶ［０．０１］であった。
【００５８】
以上の結果から、この実施形態におけるＳｉＣ層は、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質ＳｉＣの混合物からなり、滑らかで均質な表面を有し、高強度であることが分かる。
【００５９】
〔実施例３〕
Ｓｉ3Ｎ4セラミックス製切削用インサートの表面に、ＣＶＤ法により、本発明によるＳｉＣ層を直接蒸着させた。このコーティングプロセスは、内径７５mmのホットウォールＣＶＤリアクタ中で進行させた。０．３容量％のＳｉ3Ｃｌ8、９３．７重量％のＨ2および６．０容量％のＣ2Ｈ4からなる混合ガスを使用し、９００℃の温度および９ｋＰａの圧力下で、１２０分間蒸着させたところ、厚さ３．６μｍのＳｉＣ層が得られた。
【００６０】
得られたＳｉＣ層の構造を、入射角を調整しつつ、Ｘ線回折にかけて解析した（図４参照）。図４（スペクトル図）には、３Ｃ−ＳｉＣのシャープなスペクトルが認められる。このスペクトルの強度は、実施例２のそれよりもきわめて強い。シェーラーの式から、３Ｃ−ＳｉＣの平均粒径は、２０nmと算出された。
【００６１】
この実施例に係るラマンスペクトル（図５）は、実施例２のそれに比べて、７８０cm-1と８９０cm-1において、３Ｃ−ＳｉＣの十分明瞭なピークを有している。また、１３００〜１６００cm-1の波数領域にブロードなピークが認められるが、これは、本発明に係る３Ｃ−ＳｉＣ層が、非晶質ではあるが、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣに近い、六方晶化した炭素を含んでいることを示している。
【００６２】
波長分散Ｘ線分光法（ＷＤＸ）により解析したところ、３Ｃ−ＳｉＣ層の塩素含有量は、０．１６原子百分率であることが分かった。
【００６３】
微小硬さ計で計測したビッカース硬さは、３６５０ＨＶ［０．０１］であった。
【００６４】
以上の結果から、この実施形態におけるＳｉＣ層は、ナノ結晶３Ｃ−ＳｉＣと非晶質炭素の混合物からなり、滑らかで均質な表面を有し、高強度であることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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