JP5636589B2 - Method for producing diamond-like carbon coating - Google Patents
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Description
本発明は、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a diamond-like carbon coating containing silicon and a method for producing the same.
ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）被膜を、摺動部材などにコーティングし、摺動特性を向上させる方法が知られている。 A method is known in which a sliding member or the like is coated with a diamond-like carbon (DLC) film to improve sliding characteristics.
このようなダイヤモンド状炭素被膜においては、ケイ素を含有させることにより、硬度が高く、摩擦係数の小さいダイヤモンド状炭素被膜を形成することが検討されている。ダイヤモンド状炭素被膜にケイ素を含有させることにより、４配位の結合状態をとるケイ素原子に引かれて、炭素原子も４配位のダイヤモンド結合状態になり易くなるものと考えられる。 In such a diamond-like carbon coating, it has been studied to form a diamond-like carbon coating having a high hardness and a small friction coefficient by containing silicon. When silicon is contained in the diamond-like carbon coating, it is considered that the carbon atoms are easily brought into a tetracoordinate diamond bonding state by being attracted by silicon atoms having a tetracoordinate bonding state.
特許文献１においては、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜を、ケイ素及び炭素を同時に真空蒸着させることにより形成する方法が提案されている。
ケイ素をダイヤモンド状炭素被膜に含有させることにより、ケイ素に結合する酸素原子を増加させ、表面の親水性を高め、摺動抵抗を小さくできることが期待されるが、上記従来の方法によっても、表面の親水性を十分に高め、摺動抵抗を十分に小さくできるダイヤモンド状炭素被膜を製造することができなかった。 By including silicon in the diamond-like carbon coating, it is expected that the oxygen atoms bonded to silicon can be increased, the hydrophilicity of the surface can be increased, and the sliding resistance can be reduced. It was not possible to produce a diamond-like carbon coating that can sufficiently increase the hydrophilicity and sufficiently reduce the sliding resistance.
本発明の目的は、表面の親水性に優れ、摺動抵抗が小さいダイヤモンド状炭素被膜及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a diamond-like carbon coating having excellent surface hydrophilicity and low sliding resistance, and a method for producing the same.
本発明のダイヤモンド状炭素被膜は、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜であって、表面エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上であることを特徴としている。 The diamond-like carbon coating of the present invention is a diamond-like carbon coating containing silicon and is characterized by having a surface energy of 35 mJ / m 2 or more.
本発明のダイヤモンド状炭素被膜においては、被膜中におけるケイ素の含有量が、３原子％以上であることが好ましい。 In the diamond-like carbon coating of the present invention, the silicon content in the coating is preferably 3 atomic% or more.
また、本発明のダイヤモンド状炭素被膜は、スパッタリング法により形成されたものであることが好ましい。 The diamond-like carbon coating of the present invention is preferably formed by a sputtering method.
本発明のダイヤモンド状炭素被膜の製造方法は、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜を基板上に形成するダイヤモンド状炭素被膜の製造方法であって、ケイ素と炭素を含むターゲットを準備する工程と、前記ターゲットを用い、スパッタリング法により基板上に前記ダイヤモンド状炭素被膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。 The method for producing a diamond-like carbon coating of the present invention is a method for producing a diamond-like carbon coating comprising forming a diamond-like carbon coating containing silicon on a substrate, the step of preparing a target containing silicon and carbon, and the target And forming the diamond-like carbon film on the substrate by a sputtering method.
本発明の製造方法において用いるターゲットとしては、ケイ素と炭素を含んでいる事が特徴であり、炭素材料中にケイ素や炭化ケイ素等の粒子状のケイ素成分を分散化させた複合材料、及び炭素材料又は黒鉛化した炭素材料の気孔部分にケイ素あるいは炭化ケイ素等のケイ素成分を充填させた複合材料などが挙げられる。 The target used in the production method of the present invention is characterized by containing silicon and carbon, and a composite material in which particulate silicon components such as silicon and silicon carbide are dispersed in the carbon material, and the carbon material Or the composite material etc. with which the pore part of the graphitized carbon material was filled with silicon components, such as silicon or silicon carbide, are mentioned.
本発明によれば、表面の親水性に優れ、摺動抵抗が小さいダイヤモンド状炭素被膜とすることができる。 According to the present invention, a diamond-like carbon film having excellent surface hydrophilicity and low sliding resistance can be obtained.
以下、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
＜ダイヤモンド状炭素被膜＞
本発明のダイヤモンド状炭素被膜は、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜であって、表面エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上であることを特徴としている。
<Diamond-like carbon coating>
The diamond-like carbon coating of the present invention is a diamond-like carbon coating containing silicon and is characterized by having a surface energy of 35 mJ / m 2 or more.
表面エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２未満であると、ダイヤモンド状炭素被膜の表面において優れた親水性を得ることができない。また、ダイヤモンド状炭素被膜表面の摺動抵抗を小さくすることができない。 When the surface energy is less than 35 mJ / m 2 , excellent hydrophilicity cannot be obtained on the surface of the diamond-like carbon coating. Further, the sliding resistance on the surface of the diamond-like carbon film cannot be reduced.
表面エネルギーは、ダイヤモンド状炭素被膜表面の水に対する接触角及びヘキサデカンに対する接触角を測定することにより、算出することができる。 The surface energy can be calculated by measuring the contact angle with water and the contact angle with hexadecane on the surface of the diamond-like carbon coating.
表面エネルギーの上限値は特に限定されるものではないが、一般には、１００ｍＪ／ｍ２以下である。 The upper limit of the surface energy is not particularly limited, but is generally 100 mJ / m 2 or less.
本発明においては、被膜中におけるケイ素含有量が、３原子％以上であることが好ましい。被膜中におけるケイ素含有量が３原子％未満であると、良好な親水性、小さい摺動抵抗が得られない場合がある。ケイ素含有量の上限値は、特に限定されるものではないが、一般には、５０原子％以下である。 In the present invention, the silicon content in the coating is preferably 3 atomic% or more. When the silicon content in the coating is less than 3 atomic%, good hydrophilicity and small sliding resistance may not be obtained. The upper limit of the silicon content is not particularly limited, but is generally 50 atomic percent or less.
本発明のダイヤモンド状炭素被膜は、スパッタリング法により形成したものであることが好ましい。スパッタリング法により形成することにより、真空蒸着法や、ＣＶＤ法により形成する場合に比べ、ダイヤモンド状炭素被膜中におけるケイ素の膜厚方向の分布を均一にすることができる。このため、ダイヤモンド状炭素被膜の表面におけるケイ素の含有量を高くすることができ、良好な親水性及び小さい摺動性を付与することができる。これは、表面におけるケイ素原子の含有量を多くすることができるので、ケイ素原子に結合する酸素原子が増加し、これによって良好な親水性及び小さい摺動抵抗が付与されるものと思われる。 The diamond-like carbon film of the present invention is preferably formed by a sputtering method. By forming by the sputtering method, the distribution of silicon in the film thickness direction in the diamond-like carbon film can be made uniform as compared with the case of forming by the vacuum deposition method or the CVD method. For this reason, the silicon content on the surface of the diamond-like carbon coating can be increased, and good hydrophilicity and small slidability can be imparted. This is because the content of silicon atoms on the surface can be increased, so that oxygen atoms bonded to silicon atoms are increased, which is considered to give good hydrophilicity and small sliding resistance.
スパッタリング法としては、特に限定されるものではなく、マグネトロンスパッタリング、二極スパッタリング、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング、反応性スパッタリングなどが挙げられる。 The sputtering method is not particularly limited, and examples thereof include magnetron sputtering, bipolar sputtering, DC sputtering, RF sputtering, and reactive sputtering.
＜ダイヤモンド状炭素被膜の製造方法＞
本発明の製造方法は、ケイ素を含むダイヤモンド状炭素被膜を基板上に形成するダイヤモンド状炭素被膜の製造方法であって、ケイ素と炭素を含むターゲットを準備する工程と、ターゲットを用い、スパッタリング法により基板上に前記ダイヤモンド状炭素被膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。
<Method for producing diamond-like carbon coating>
The production method of the present invention is a method for producing a diamond-like carbon coating comprising a diamond-like carbon coating containing silicon on a substrate, comprising a step of preparing a target containing silicon and carbon, and a sputtering method using the target. And a step of forming the diamond-like carbon film on a substrate.
本発明の製造方法においては、ケイ素と炭素の両方を含むターゲットを用いて、スパッタリング法により基板上にダイヤモンド状炭素被膜を形成している。このため、上述のように、ダイヤモンド状炭素被膜の厚み方向において、ケイ素が均一に含有されたダイヤモンド状炭素被膜を形成することができる。ダイヤモンド状炭素被膜の表面におけるケイ素の含有量が、真空蒸着法等により形成したダイヤモンド状炭素被膜に比べ多いため、良好な親水性、小さい摺動抵抗を有するダイヤモンド状炭素被膜とすることができる。 In the production method of the present invention, a diamond-like carbon film is formed on a substrate by sputtering using a target containing both silicon and carbon. For this reason, as described above, a diamond-like carbon film containing silicon uniformly can be formed in the thickness direction of the diamond-like carbon film. Since the silicon content on the surface of the diamond-like carbon coating is greater than that of the diamond-like carbon coating formed by vacuum deposition or the like, a diamond-like carbon coating having good hydrophilicity and low sliding resistance can be obtained.
＜ターゲット＞
本発明においては、ケイ素と炭素を含むターゲットを用いている。ターゲットにおけるケイ素の含有量は、１原子％〜５０原子％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、３原子％〜２０原子％の範囲である。
<Target>
In the present invention, a target containing silicon and carbon is used. The silicon content in the target is preferably in the range of 1 atomic% to 50 atomic%, and more preferably in the range of 3 atomic% to 20 atomic%.
ケイ素と炭素を含むターゲットは、これらの元素が含まれるターゲットであれば、特に限定されるものではないが、例えば、以下のようなものが挙げられる。 The target containing silicon and carbon is not particularly limited as long as these targets contain these elements, and examples thereof include the following.
ｉ）炭素材料中にケイ素や炭化ケイ素等の粒子状のケイ素成分を分散化させたターゲット
ケイ素粒子と炭素粒子に結着材を加えて混合し、この混合物を成形後に焼成することによりターゲットを作製することができる。ケイ素粒子の粒子径としては、０．１μｍから２００μｍ、好ましくは０．４μｍから１００μｍの粒子径を用いる。炭素粒子の粒子径とてしは、０．１μｍから２００μｍ、好ましくは０．４μｍから１００μｍの粒子径を用いる。結着材としては、焼成により炭素化する任意の有機物を用いる。
i) A target in which particulate silicon components such as silicon and silicon carbide are dispersed in a carbon material. A binder is added to and mixed with silicon particles and carbon particles, and the mixture is fired after molding to produce a target. can do. As the particle diameter of the silicon particles, a particle diameter of 0.1 μm to 200 μm, preferably 0.4 μm to 100 μm is used. As the particle diameter of the carbon particles, a particle diameter of 0.1 μm to 200 μm, preferably 0.4 μm to 100 μm is used. As the binder, any organic substance that is carbonized by firing is used.
このような製造方法によれば、所望のケイ素含有量の、ケイ素と炭素を含むターゲットを調整する事ができる。用いるケイ素は、金属ケイ素のみならず炭化ケイ素あるいは酸化ケイ素など、ケイ素を含有する化合物から選択することもできる。また、ケイ素以外の成分、例えば、チタン、クロム、タングステンなどから選択した元素を用いることで所望の成分を含んだ炭素複合材料とすることもできる。その場合は、選択した元素を含んだダイヤモンド状炭素被膜の製造に用いることができる。 According to such a manufacturing method, a target containing silicon and carbon having a desired silicon content can be adjusted. The silicon to be used can be selected not only from metal silicon but also from silicon-containing compounds such as silicon carbide or silicon oxide. Moreover, it can also be set as the carbon composite material containing a desired component by using elements selected from components other than silicon, for example, titanium, chromium, tungsten, etc. In that case, it can be used for the production of a diamond-like carbon coating containing the selected element.
ii）炭素材料又は黒鉛化した炭素材料の気孔部分にケイ素あるいは炭化ケイ素等のケイ素成分を充填させたターゲット
炭素材料又は黒鉛化した炭素材料の気孔部分にケイ素あるいは炭素ケイ素等のケイ素成分を充填させてターゲットを作製することができる。炭素材料としては、少なくとも開気孔を有するものを用いる。
ii) Target in which pores of a carbon material or graphitized carbon material are filled with a silicon component such as silicon or silicon carbide The pores of a carbon material or graphitized carbon material are filled with a silicon component such as silicon or carbon silicon The target can be manufactured. A carbon material having at least open pores is used.
炭素材料の気孔部分にケイ素あるいは炭化ケイ素等のケイ素成分を充填させる方法としては、溶融した金属ケイ素中に炭素材料を浸漬させる方法や炭素材料表面に金属ケイ素を塗布した後に加熱して金属ケイ素を炭素材料に浸透させる方法などを用いることができる。金属ケイ素と炭素材料が反応すれば、炭素材料の気孔部分を炭化ケイ素で充填させた炭素複合材料とする事もできる。 As a method of filling the pore portion of the carbon material with silicon components such as silicon or silicon carbide, a method of immersing the carbon material in molten metal silicon, or applying metal silicon on the surface of the carbon material and heating the metal silicon A method of infiltrating the carbon material can be used. If metallic silicon and a carbon material react, it can also be set as the carbon composite material by which the pore part of the carbon material was filled with silicon carbide.
このような製造方法によれば、炭素材料の気孔率を調整しておけば、炭素材料の気孔容積に応じて所望のケイ素濃度を含んだ炭素複合材料を調整する事ができる。 According to such a production method, if the porosity of the carbon material is adjusted, a carbon composite material containing a desired silicon concentration can be adjusted according to the pore volume of the carbon material.
＜スパッタリング条件＞
前述の、二極スパッタリング、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング、反応性スパッタリング等のスパッタリング法を用いて適宜の成膜条件により成膜することができるが、例えば後述するアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法によるスパッタリング法としては、図１に示す反応容器１内の圧力を１〜１０−２Ｐａ程度の真空に保った状態で、アルゴン等の希ガスを５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎで導入し、図１に示されるヒーター５または６の前面に配置されているタングステン・フィラメントを点灯してフィラメントの赤熱による熱電子の発生を用いた原料ガスの励起を行いＡｒ＋イオンを発生させる。その後、図１に示す炭素基材３上に対して１〜１０ｋＷのスパッタ電圧を印加した基材表面にプラズマを発生させ、対向した基板に向けて１０〜１００Ｖのバイアス電圧を印加した状態でスパッタリングを行った。ターゲットと基板との距離は１００〜５００ｍｍ程度である。スパッタリングは２〜８時間程度行う。
<Sputtering conditions>
The above-described sputtering methods such as bipolar sputtering, DC sputtering, RF sputtering, and reactive sputtering can be used to form a film under appropriate film forming conditions. For example, by an unbalanced magnetron sputtering (UBMS) method described later. As a sputtering method, a rare gas such as argon is introduced at 50 to 1000 ml / min while maintaining the pressure in the
以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples, but the present invention is not limited to the following examples.
〔ターゲットの作製〕
（実施例１）
かさ密度１．７７ｇ／ｃｍ３の炭素材料表面に金属ケイ素を塗布した後に１８００℃に加熱して、溶融した金属ケイ素を炭素材料に浸透させると共に金属ケイ素と炭素材料を反応させて、炭素材料の気孔部分を炭化ケイ素で充填させたターゲットを作製した。ターゲットにおけるケイ素の含有量は６．５原子％であった。
[Preparation of target]
Example 1
After applying metallic silicon to the surface of a carbon material having a bulk density of 1.77 g / cm 3 , heating to 1800 ° C. allows the molten metallic silicon to penetrate into the carbon material and react the metallic silicon with the carbon material, A target was prepared by filling the pores with silicon carbide. The silicon content in the target was 6.5 atomic%.
（実施例２）
炭化ケイ素粒子と炭素粒子に結着材としてフェノール樹脂を加えて、ターゲットにおけるケイ素含有量が１４．１原子％になるように混合し、この混合物を成形後に還元雰囲気下９００℃で焼成した後、１６００℃で高温処理することによりターゲットを作製した。ターゲットにおけるケイ素含有量は１４．１原子％である。
(Example 2)
After adding a phenol resin as a binder to silicon carbide particles and carbon particles, mixing so that the silicon content in the target is 14.1 atomic%, and after firing this mixture at 900 ° C. in a reducing atmosphere after molding, A target was produced by high-temperature treatment at 1600 ° C. The silicon content in the target is 14.1 atomic%.
（実施例３）
炭化ケイ素粒子と炭素粒子との割合を、ターゲットにおけるケイ素含有量が５原子％となる様に調整した以外は、実施例２と同様にしてターゲットを作製した。ターゲットにおけるケイ素含有量は、５原子％である。
Example 3
A target was produced in the same manner as in Example 2 except that the ratio of silicon carbide particles to carbon particles was adjusted so that the silicon content in the target was 5 atomic%. The silicon content in the target is 5 atomic%.
〔ダイヤモンド状炭素被膜の形成〕
上記で作製した実施例１〜３のターゲットを用いて、ダイヤモンド状炭素被膜を形成した。
[Formation of diamond-like carbon film]
A diamond-like carbon film was formed using the targets of Examples 1 to 3 prepared above.
図１は、ダイヤモンド状炭素被膜の形成に用いたスパッタリング装置を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a sputtering apparatus used for forming a diamond-like carbon film.
図１に示すように、チャンバー１内には、基板を保持するため基板ホルダー２が設けられている。基板ホルダー２は、矢印Ａで示す方向に回転可能なように設けられている。チャンバー１は、図１に示すように、４つのコーナ部を有しており、１つのコーナ部には、ケイ素含有炭素ターゲット３が設けられている。また、他のコーナ部には、タングステン（Ｗ）ターゲットが設けられている。また、チャンバー１内には、フィラメント５及び６が設けられている。
As shown in FIG. 1, a
ターゲット３として、上記実施例１〜３のターゲットを用いて、ダイヤモンド状炭素被膜を形成した。
As the
また、基板としては、コバルト（Ｃｏ）を６．０質量％含有したタングステンカーバイト（ＷＣ）基板を用いた。 As the substrate, a tungsten carbide (WC) substrate containing 6.0% by mass of cobalt (Co) was used.
ターゲット４は、基板の上に緩衝層としてのタングステン層を形成するために設けられている。
The
基板の上に、タングステン層を形成した後、ダイヤモンド状炭素被膜を形成した。タングステン層の厚みは、約１．０μｍとなるように形成した。また、ダイヤモンド状炭素被膜は、約３μｍの厚みとなるように形成した。 After forming a tungsten layer on the substrate, a diamond-like carbon film was formed. The tungsten layer was formed to have a thickness of about 1.0 μm. The diamond-like carbon film was formed to have a thickness of about 3 μm.
図１に示すスパッタリング装置は、アンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ）法によるスパッタリング装置である。スパッタリング条件としては、図１に示す反応容器１内の圧力を１０−１Ｐａ程度の真空に保った状態で、アルゴンガス５００ｍｌ／ｍｉｎで導入し、図１に示されるヒーター５または６の前面に配置されているタングステン・フィラメントを点灯し、フィラメントが赤熱して熱電子が放出できる状況としてＡｒ+イオンを発生させた。その後、図１に示す炭素基材３上に対して６ｋＷのスパッタ電圧を印加した基材表面にプラズマを発生させ、対向した基板に向けて５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態でターゲットからスパッタリングを行った。ターゲットと基板との間の距離は３００ｍｍ、スパッタリングは４時間行った。
The sputtering apparatus shown in FIG. 1 is a sputtering apparatus using an unbalanced magnetron sputtering (UBMS) method. As sputtering conditions, argon gas was introduced at 500 ml / min in a state where the pressure in the
図２は、以上のようにして形成した基板上のタングステン層及びダイヤモンド状炭素被膜を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a tungsten layer and a diamond-like carbon film on the substrate formed as described above.
図２に示すように、基板１０の上にタングステン層１１が形成されており、タングステン層１１の上に、ダイヤモンド状炭素被膜１２が形成されている。
As shown in FIG. 2, a tungsten layer 11 is formed on the
形成した被膜が、ダイヤモンド状炭素被膜であることについては、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）による元素定性分析、及び硬さ測定等の分析により確認した。 It was confirmed by analysis such as element qualitative analysis by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and hardness measurement that the formed film was a diamond-like carbon film.
〔ＸＰＳスペクトルの測定〕
実施例１〜３のターゲットを用いて作製したダイヤモンド状炭素被膜について、ＸＰＳスペクトルを測定した。炭素及びケイ素に該当するエネルギー帯でピークが認められたことから、膜内にこれらの元素が含まれていることが確認された。
[Measurement of XPS spectrum]
The XPS spectrum was measured about the diamond-like carbon film produced using the target of Examples 1-3. Since peaks were observed in energy bands corresponding to carbon and silicon, it was confirmed that these elements were contained in the film.
Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶ付近にピークトップを有する鋭いピークとして確認された。Ｓｉ２ｐのピークは、１００．６５ｅＶ付近にピークトップを有するブロードなピークとして認められた。 The C1s peak was confirmed as a sharp peak having a peak top in the vicinity of 284.5 eV. The Si2p peak was recognized as a broad peak having a peak top in the vicinity of 100.65 eV.
図３は、実施例２のダイヤモンド状炭素被膜のＣ１ｓピークのＸＰＳスペクトルである。図４は、実施例２のダイヤモンド状炭素被膜のＳｉ２ｐピークのＸＰＳスペクトルである。 FIG. 3 is an XPS spectrum of the C1s peak of the diamond-like carbon coating of Example 2. 4 is an XPS spectrum of the Si2p peak of the diamond-like carbon coating of Example 2. FIG.
各元素のピーク面積から、元素の濃度を算出し、ダイヤモンド状炭素被膜内のケイ素含有量（原子％）を求めた。結果を表１に示す。また、表１には、ターゲットにおけるケイ素含有量（原子％）を併せて示す。 The concentration of the element was calculated from the peak area of each element, and the silicon content (atomic%) in the diamond-like carbon coating was determined. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the silicon content (atomic%) in the target.
表１に示すように、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量は、ターゲット中のケイ素含有量と相関関係を有することがわかる。従って、ターゲット中のケイ素含有量を調整することにより、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量を制御できることがわかる。 As shown in Table 1, it can be seen that the silicon content in the diamond-like carbon coating has a correlation with the silicon content in the target. Therefore, it can be seen that the silicon content in the diamond-like carbon coating can be controlled by adjusting the silicon content in the target.
〔接触角の測定〕
実施例１〜３のターゲットを用いて作製したダイヤモンド状炭素被膜について、水及びヘキサデカンの接触角を測定した。接触角の測定は、自動記録型接触角計を用いた。測定用の液体を装填したシリンジを測定試料直上に設置し、試料上に液滴形成後、１０００ミリ秒後の液滴像を撮影し、液体の試料界面との接触像から接触角を測定した。
(Measurement of contact angle)
About the diamond-like carbon film produced using the target of Examples 1-3, the contact angle of water and hexadecane was measured. The contact angle was measured using an automatic recording contact angle meter. A syringe loaded with a liquid for measurement was placed immediately above the measurement sample, and after forming a droplet on the sample, a droplet image was taken 1000 milliseconds later, and the contact angle was measured from the contact image of the liquid with the sample interface. .
また、測定した接触角の結果から、Ｋａｅｌｂｌｅ−Ｕｙの方法により表面エネルギーを算出した。 Further, the surface energy was calculated from the measured contact angle by the Kaelble-Uy method.
実施例１〜３の接触角測定結果及び表面エネルギーを表２に示す。 The contact angle measurement results and surface energy of Examples 1 to 3 are shown in Table 2.
表２に示すように、実施例１、２及び３のダイヤモンド状炭素被膜は、３５ｍＪ／ｍ２以上の表面エネルギーを有することがわかる。また、表１及び表２に示す結果から、表面エネルギーが３５ｍＪ／ｍ２以上である実施例１、２及び３は、被膜中におけるケイ素含有量が３原子％以上であることがわかる。 As shown in Table 2, it can be seen that the diamond-like carbon coatings of Examples 1, 2, and 3 have a surface energy of 35 mJ / m 2 or more. Moreover, from the results shown in Tables 1 and 2, it can be seen that Examples 1, 2, and 3 having a surface energy of 35 mJ / m 2 or more have a silicon content of 3 atomic% or more in the coating.
図５は、ダイヤモンド状炭素被膜中におけるケイ素含有量と表面エネルギーとの関係を示す図である。図５から明らかなように、ダイヤモンド状炭素被膜におけるケイ素含有量と、表面エネルギーとが相関関係を有しており、ダイヤモンド状炭素被膜中におけるケイ素含有量が増加すると、ダイヤモンド状炭素被膜の表面エネルギーが増加する傾向が認められる。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the silicon content in the diamond-like carbon coating and the surface energy. As is clear from FIG. 5, the silicon content in the diamond-like carbon coating and the surface energy have a correlation, and as the silicon content in the diamond-like carbon coating increases, the surface energy of the diamond-like carbon coating is increased. A tendency to increase is observed.
〔摺動抵抗の測定〕
実施例１及び２におけるダイヤモンド状炭素被膜について、以下のようにして摺動抵抗を測定した。
[Measurement of sliding resistance]
For the diamond-like carbon coating in Examples 1 and 2, the sliding resistance was measured as follows.
測定条件は、以下の通りである。 The measurement conditions are as follows.
測定形式：ボール・オン・ディスク型
使用ボール：１／４ＳＵＳ
試験荷重：５Ｎ
測定条件：３００ｒｐｍで４０００回転
Measurement format: Ball-on-disk type Ball used: 1 / 4SUS
Test load: 5N
Measurement conditions: 4000 rpm at 300 rpm
摺動抵抗の測定結果を表３に示す。 Table 3 shows the measurement results of the sliding resistance.
アルミニウム材の摺動抵抗は約０．２であるが、表３に示すように、実施例１及び２のダイヤモンド状炭素被膜は、アルミニウム材などと較べ、極めて摺動抵抗が小さいものが得られていることがわかる。 Although the sliding resistance of the aluminum material is about 0.2, as shown in Table 3, the diamond-like carbon coatings of Examples 1 and 2 have extremely low sliding resistance compared to the aluminum material. You can see that
図６は、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量と、摺動抵抗との関係を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the silicon content in the diamond-like carbon coating and the sliding resistance.
図６に示すように、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量が高くなるにつれて、摺動抵抗が小さくなる傾向が認められる。 As shown in FIG. 6, the sliding resistance tends to decrease as the silicon content in the diamond-like carbon coating increases.
図７は、ターゲット中のケイ素含有量と、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量との関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the silicon content in the target and the silicon content in the diamond-like carbon coating.
図７に示すように、ターゲット中のケイ素含有量と、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量は相関関係を有している。従って、ターゲット中のケイ素含有量を調整することにより、ダイヤモンド状炭素被膜中のケイ素含有量を調整することができ、所望のケイ素含有量のダイヤモンド状炭素被膜を製造することができる。 As shown in FIG. 7, the silicon content in the target and the silicon content in the diamond-like carbon coating have a correlation. Therefore, by adjusting the silicon content in the target, the silicon content in the diamond-like carbon coating can be adjusted, and a diamond-like carbon coating having a desired silicon content can be produced.
１…チャンバー
２…基板ホルダー
３…ケイ素含有炭素ターゲット
４…タングステンターゲット
５，６…フィラメント
１０…基板
１１…タングステン層
１２…ダイヤモンド状炭素被膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ケイ素又は炭化ケイ素の粒子と、炭素粒子とに結着材を加えて混合し、この混合物を成形後に焼成することにより作製したターゲットを準備する工程と、
前記ターゲットを用い、スパッタリング法により基板上に前記ダイヤモンド状炭素被膜を形成する工程とを備えることを特徴とするダイヤモンド状炭素被膜の製造方法。 A method for producing a diamond-like carbon coating comprising forming a diamond-like carbon coating containing silicon on a substrate,
And silicon or silicon carbide particles, a step of mixing by adding a binder material and carbon particles to prepare a target prepared by sintering the mixture after the molding,
And a step of forming the diamond-like carbon film on a substrate by sputtering using the target.
炭素材料又は黒鉛化した炭素材料表面に金属ケイ素を塗布した後に加熱して金属ケイ素を炭素材料に浸透させると共に、金属ケイ素と炭素材料を反応させて前記炭素材料の気孔部分に炭化ケイ素を充填させたターゲットを準備する工程と、
前記ターゲットを用い、スパッタリング法により基板上に前記ダイヤモンド状炭素被膜を形成する工程とを備えることを特徴とするダイヤモンド状炭素被膜の製造方法。 A method for producing a diamond-like carbon coating comprising forming a diamond-like carbon coating containing silicon on a substrate,
The metallic silicon by heating after application of the metallic silicon carbon material or graphitized carbon material surface with infiltrating a carbon material, is reacted with metallic silicon and a carbon material is filled with silicon carbide pore portion of the carbon material Preparing a target,
The use of a target method features and to holder Iyamondo-like carbon film that comprises a step of forming the diamond-like carbon film on a substrate by sputtering.
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