硬質コーティングを成膜するための従来の手法

1. 熱CVD技術

硬質コーティングは主に金属セラミックコーティング（TiNなど）であり、コーティング中の金属の反応と反応性ガス化によって形成されます。当初は、1000℃の高温で熱エネルギーによって結合反応の活性化エネルギーを供給する熱CVD技術が用いられていました。この温度は、超硬工具にTiNなどの硬質コーティングを成膜するのにのみ適しています。現在でも、超硬工具ヘッドにTiN-Al2O3複合コーティングを成膜するための重要な技術となっています。

1. 中空陰極イオンコーティングとホットワイヤーアークイオンコーティング

1980年代には、切削工具へのコーティングに中空陰極イオンコーティング法とホットワイヤーアークイオンコーティング法が用いられた。これらのイオンコーティング技術はいずれもアーク放電イオンコーティング技術であり、金属のイオン化率は20%～40%に達する。

1. 陰極アークイオンコーティング

陰極アークイオンコーティングの登場により、金型への硬質コーティング技術が発展しました。陰極アークイオンコーティングのイオン化率は60%～90%であり、多数の金属イオンと反応ガスイオンがワークピースの表面に到達し、高い活性を維持するため、反応析出が起こり、TiNなどの硬質コーティングが形成されます。現在、陰極アークイオンコーティング技術は、主に金型への硬質コーティングの成膜に用いられています。

陰極アーク源は、固定溶融池のない固体蒸発源であり、アーク源の位置を任意に配置できるため、コーティング室の空間利用率が向上し、炉の積載容量が増加します。陰極アーク源の形状には、小型円形陰極アーク源、円柱状アーク源、長方形平面大型アーク源などがあります。小型アーク源、円柱状アーク源、大型アーク源の異なる構成要素を別々に配置することで、多層膜やナノ多層膜を成膜できます。また、陰極アークイオンコーティングでは金属イオン化率が高いため、金属イオンがより多くの反応ガスを吸収し、広いプロセス範囲と簡単な操作で優れた硬質コーティングが得られます。しかし、陰極アークイオンコーティングで得られるコーティング層の微細構造には粗大な液滴が存在します。近年、膜層の構造を微細化する多くの新技術が登場し、アークイオンコーティング膜の品質が向上しています。