[發明專利]非晶質硬質碳被膜

有效

• 申請號: 200680048148.6
• 申請日: 2006-11-28
• 公開（公告）號: CN101341274A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 諸貫正樹;松井崇;內海慶春;大原久典
• 申請（專利權）人: 株式會社理研;日本I·T·F株式會社
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;F16C33/10;F16C33/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳建全

技術領域

本發明是關于適宜用于滑動構件、尤其是汽車部件等要求高可靠性滑動構件的非晶質硬質碳被膜。

背景技術

非晶質硬質碳一般稱作類金剛石碳(以下記作「DLC」)，有時也稱作氫化非晶碳(a-C:H)、i-碳、金剛石狀碳等。這樣，非晶質硬質碳有數種稱呼，非晶質硬質碳的本質結構的特征是碳的鍵是金剛石鍵(sp³鍵)和石墨鍵(sp²鍵)的混合存在體，具有類似金剛石的硬度，耐磨損性、熱傳導性、化學穩定性，進而具有類似石墨的固體潤滑性。因為這些特征，DLC例如可應用于汽車部件等滑動構件、型具、切削工具、機械部件、光學部件的保護膜等。

作為由這種非晶質硬質碳形成被膜的方法，有將烴氣作為原料，利用直流高頻電激勵的等離子體形成非晶質硬質碳被膜的CVD法，和將石墨作為陰極材料的濺射和電弧離子噴鍍法等PVD法。在將烴系氣體用作原料的CVD法工藝中，在非晶質硬質碳被膜中含有20at％-40at％的氫，但在利用真空弧放電的離子噴鍍法等PVD法中，可形成幾乎不含氫、實際上由碳形成的非晶質硬質碳被膜。這種幾乎不含氫的非晶質硬質碳被膜中，金剛石鍵(sp³鍵)的比率很高，是高硬度且呈現出優良的耐磨損性。

但是，以前的非晶質硬質碳被膜存在的問題是，成膜時產生很高的壓縮應力，密合性很差，很容易剝離下來。尤其是，在不含氫的非晶質硬質碳被膜中，這種趨勢更為強烈，難以形成超過1μm的被膜。針對這種情況，作為提高被膜與基質材料的密合性的技術，大致區分一下，有以下2種方法，即，(1)緩解非晶質硬質碳被膜內部應力的方法，(2)在基質材料和非晶質硬質碳被膜之間，形成具有它們的中間物性的中間層，以獲取應力緩沖的方法。

作為上述(1)的方法，公開了一種從基質材料表面側向著被膜表面側增加被膜硬度，緩和殘留應力，改進與基質材料密合性的方法(例如，參照專利文獻1-3)。還知道一種在形成非晶質硬質碳被膜時添加W、Si等金屬元素，降低被膜中產生的壓縮應力，改進與基質材料密合性的方法。

作為上述(2)的方法，公開了一種形成金屬、金屬碳化物、金屬氮化物等的中間層的方法(例如，參照專利文獻4-6)。還提出一種利用金屬和碳的混合層(離子混合等)形成中間層的方法。進而作為中間層，提出一種利用了使金屬和碳的組成沿厚度方向變化的傾斜層的技術(例如，參照專利文獻7)。

專利文獻1：特開平5-202477號公報

專利文獻2：特開平1-294867號公報

專利文獻3：特開平5-117856號公報

專利文獻4：特開昭63-262467號公報

專利文獻5：特開昭63-286576號公報

專利文獻6：特開平1-79371號公報

專利文獻7：特開昭63-286334號公報

發明內容

然而，上述現有的技術存在如下問題。首先，上述(1)的方法不能充分抑制與基質材料界面處的剝離從而不能獲得提高被膜密合性的效果。

上述(2)的方法，由于中間層的被膜構造復雜，導致工藝復雜，難以確保穩定的密合性。

本發明的目的是提供一種幾乎不含有氫、實際由碳形成的、與基質材料的密合性優良，高硬度且耐磨損性優良的非晶質硬質碳被膜。

本發明者們為解決上述課題，研究沿厚度方向形成不同密度的多層構造，或使密度沿厚度方向連續變化的非晶質硬質碳被膜。然而，這種多層構造或密度連續變化的被膜的密度難以測定。因此，本發明者們著眼于根據被膜斷面TEM(透射型電子顯微鏡)像的亮度，可管理被膜的密度。

即，根據本發明第1發明的非晶質硬質碳被膜，特征是由如下2層構成，即，在基質材料表面上形成的實際上只包含碳的第1非晶質硬質碳層，和在該第1非晶質硬質碳層表面上形成的實際上只包含碳的第2非晶質硬質碳層。從斷面觀看時，上述第1非晶質硬質碳層的透射型電子顯微鏡像比上述第2非晶質硬質碳層的透射型電子顯微鏡像更明亮。

此處所說的“實際上只包含碳”是指利用HFS(Hydrogen?ForwardScattering)分析，被膜的含氫率在5atm％以下，其余部分實際只由碳構成。因為本發明根據適宜使用碳靶的PVD法形成DLC膜，實際上只形成碳的被膜，所以可以明確其余部分實際僅為碳。

上述第1非晶質硬質碳層的密度優選低于上述第2非晶質硬質碳層的密度，或者，上述第1非晶質硬質碳層的厚度優選是5nm以上70nm以下，上述第2非晶質硬質碳層的厚度優選是0.5μm以上5.0μm以下。