[发明专利]被覆了金刚石薄膜的炭材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在碳质基材上合成金刚石薄膜的炭材料及其制造方法。

背景技术

金刚石在其强度、热导率、耐药剂性等方面具备有意义的特性，且以发挥这些物性的工业材料为主的应用推广中是潜力非常大的材料。CVD金刚石从发现其成膜方法由来已久，已经作为工业用途主要用于切削、研削加工为首，跨多个领域地活跃在(电子电路部件的)放热基板、(极端环境下工作的)传感器、光学窗材、(基本粒子物理学实验的)检测器、扬声器的振动板等方面，而且今后用途有望进一步扩大。

作为工业用途的金刚石的制作方法，可大致分为高压合成法和气相合成法。前者对于作为成为金刚石的原料的碳源的例如石墨施加高温高压，由此实现石墨到金刚石的转化，是模拟自然界中的金刚石的生成的方法，后者是将作为金刚石的构成元素的来自碳的原料转为气体状态，通过主要为经由电磁波或者发热体的激发、分解这些化学反应，在基板上以金刚石形式进行再构建的方法。

作为上述气相合成法中的代表的方法，可举出等离子CVD(Plasma-assisted Chemical Vapor Deposition)法、和热丝CVD(HFCVD：Hot Filament Chemical Vapor Deposition)法、以及燃烧火焰(Chamber flame)法。这些方法的不同点在于，作为气相空间下的分子的分解、激发手段，因等离子中的电子、离子、自由基源、或发热体、或者热能的不同而不同，即，不同点在于能量的施加方式。

用上述方法合成金刚石制成膜状形态，能以转印了被覆材的表面形状的形式得到金刚石。另外，通过选定作为原料的气体种类，可以在膜中含有(掺杂)硼、磷、氮等不纯物，导入了这些元素的膜显示了电性半导体的行为，随着含量的增加几乎会变为导体的性质。

这里，在各种碳质基材上成膜CVD金刚石时，基材和CVD金刚石层之间存在热膨胀系数差，过度的热膨胀系数差存在时，在成膜制备后的温度下降工序中，CVD金刚石层对基材产生压缩，或者在拉伸方向受到应力，因此有时会导致剥离。

以往，作为解决该问题的方法，在提高CVD金刚石层和基材之间的附着力方面下工夫，一直研究通过将基材表面粗糙化，对金刚石层进行机械性锚固(anchoring)而保持的方法等。例如，作为利用CVD法在基材上形成金刚石层的方法，实行在通过下述专利文献1中所述的喷砂处理而将基材表面粗糙化产生的凹凸上利用CVD法形成膜的方法。利用该方法，以转印了凹凸面的形状形成膜，增加了接触面积的同时，基材对膜以钉楔的形式锚固，膜和基材间的附着力得到提高。利用该方法的处理，可以实现防止由于膜与基材的热膨胀系数差所致的膜的伸缩而产生的剥离、裂缝的发生，作为非常有用的表面处理方法正在实践中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-224902号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，CVD法中的对碳质基材的进行金刚石薄膜合成时，由于原料中使用氢，与金刚石生成同时，在基材表面引发由活化的氢自由基造成的蚀刻。由于该现象，不仅基材表面被蚀刻，还会产生煤尘，因此，碳质基材和金刚石薄膜的密合性会降低，仍然存在产生剥离的问题。

因此，本发明的目的在于，通过将难以受到因氢自由基造成的蚀刻的影响的金刚石粒添加在碳质基材上，提供一种抑制基材蚀刻速度、具备密合性优良的金刚石薄膜的炭材料及其制造方法。

用于解决课题的方法

为实现上述目的，本发明特征在于，其是在碳质基材的表面配置有金刚石粒，再形成有以该金刚石粒为核的金刚石层的炭材料，上述金刚石粒的单位面积的重量被规定为1.0×10^-4g/cm²以上且小于3.0×10^-3g/cm²。

因为金刚石粒难以受到因氢自由基造成的蚀刻的影响，所以如果在该金刚石粒配置在碳质基材上的状态下形成以金刚石粒为核的金刚石层，则可以抑制碳质基材的蚀刻速度，由此，可以在碳质基材的表面形成密合性优良的金刚石层。

此外，将金刚石粒的单位面积的重量被规定为上述范围是因为：该重量小于1.0×10^-4g/cm²时，金刚石粒的量过少，在碳质基材的表面配置金刚石粒的效果不能充分地发挥，另一方面，该重量为3.0×10^-3g/cm²以上时，不能得到金刚石薄膜与碳质基材的密合性，会发生剥离这类不良状况。