JPH0583630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は高い結晶化温度を有する非晶質合金の
製造方法に関するものである。 （従来の技術） 近年、各種の非晶質材料が開発され、金属材料
の分野において、多くの注目を集めている。これ
らの合金は、従来の結晶合金とは異なり、結晶構
造を持たない合金であり、その性質も従来の金属
材料にはみられないものが多く、機械的性質、耐
摩耗性、耐食性、軟磁性、電気的性質などに優れ
ているため、結晶質金属に代わりうる材料とし
て、各種の用途開発が行われ、さらに、その用途
に適した材料開発も行われている。これらの合金
は、従来、一般に、単ロール法等の液体急冷法に
よつて作製されている。 （発明が解決しようとする問題点） 非晶質合金の最大の問題点は、熱的に不安定な
点にある。これは非晶質状態が熱力学的に非平衡
な準安定状態であるということに由来するもの
で、非晶質合金の宿命ともいえることである。即
ち、非晶質合金は、一般に、それぞれ特有の結晶
化温度を有し、その温度を越えるとより熱的に安
定な結晶合金に変化してしまい、非晶質状態のと
きにみられた優れた諸特性が全て失われてしまう
のである。この結晶化温度は、材料によつて異な
るが、一般に、絶対温度で測定した融点の0.4〜
0.6倍程度の値をとることが知られている。従つ
て、結晶化温度の高い合金を得るためには、融点
の高い合金を非晶質化しなければならない。 Ta−Si−Ｂ合金は、融点が約2300℃以上とき
わめて高い。このため液体急冷法によつて製作さ
れたTa−Si−Ｂ系非晶質合金は、その結晶化温
度が800℃〜960℃と非常に高く、非晶質合金の問
題点を大幅に改善することが可能となつた（特願
昭61−012385号）。さらに、このTa−Si−Ｂ系非
晶質合金は、一般の非晶質合金に特有の高強度、
高高度などの優れた機械的性質を有しているため
に、例えば、耐摩耗性材料、および、温度上昇に
伴う電極用材料などへの応用が考えられる。 しかしながら、実際に前記Ta−Si−Ｂ系非晶
質合金を高温環境下で使用する場合には、経時変
化が問題となつてくるために、使用温度範囲は最
高600℃程度に限定されてしまう。 さらに、液体急冷法によつて作製されるTa−
Si−Ｂ系非晶質合金は、その形状が幅数mm〜数mm
のリボン状であるために、広い面積を有する非晶
質合金を得ることができないという問題点があつ
た。さらに、ある物質の上に、前記非晶質合金を
薄膜状で形成することも、従来の液体急冷法では
できなかつた。 本発明は、このような従来技術の問題点を解決
して、高い結晶化温度を有し、かつ、機械的特
性、耐食性等にすぐれたTa−Ｗ系非晶質合金薄
膜の製造方法を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、Ta_1-xW_x）_1-y（Si_1-uB_u）_yなる式で表
され、ｘ＝0.01〜１、ｙ＝0.1〜0.4、ｕ＝0.01〜
0.99である合金を、真空中において、金属を加熱
溶解し、金属原子を蒸発させることによつて、基
板上に付着させ、非晶質薄膜を形成することを特
徴とするTa−Ｗ系非晶質合金薄膜の製造方法で
ある。 （作用） Ta−Ｗ−Ｂ系合金では、後に実施例で示すよ
うに、TaとＷ、またはＷが60at％〜90at％の組
成範囲で、非晶質合金ができることを本発明者は
見いだした。この組成範囲をはずれると非晶質構
造がほとんどみられなくなり、非晶質合金に特徴
的な優れた特性がすべて消失してしまう。また、
ｘの範囲を0.01以上と限定したのは、この範囲に
於て、Taのみの場合、および、Ｗを微量添加し
た場合よりも結晶化温度が高くなるからである。
さらに、ｕの範囲を0.01〜0.99と限定したのは、
この範囲において、SiまたはＢを微量添加した場
合や、何れか一方だけを添加した場合よりも結晶
化温度が高くなるからである。 これらの非晶質合金の結晶化温度は、その融点
の高さに対応して、いずれも1000℃以上という高
い値である。また、これらの非晶質合金の機械的
特性は、非晶質合金に一般にみられるように、高
硬度かつ高高度である。また、耐食性において
も、TaおよびＷのすぐれた耐食性に匹敵するほ
どの耐食性を有している。 本発明による製造方法は、真空中において、金
属を加熱溶解して、金属原子を蒸発させることに
よつて、基板上に付着させ、非晶質薄膜を形成す
る方法であるが、この際、原料合金の溶解を水冷
されたるつぼのなかで行うので、原料合金とるつ
ぼ金属の反応はほとんどおこらない。るつぼ金属
が十分に冷却されている場合には、たとえ高温度
の溶解金属が接触したとしても、るつぼ金属の温
度が低すぎるために合金化反応が極めて起こりに
くいからである。 また、基板は、水、液体窒素等の冷媒によつ
て、冷却しておくとより有効である。これは、薄
膜作製中の基板温度が高すぎると、形成された合
金薄膜が、結晶質になつてしまい、非晶質相が得
られにくくなるからであるある。 さらに、溶解手段としては、電子ビーム溶解、
レーザービーム溶解などのよく知られた方法を用
いることができる。 また、溶解される原料物質としては、目的組成
のTa−Ｗ−Si−Ｂ合金、あるいはTa、Ｗ、Siお
よびＢを別々に準備することができる。Ta−Ｗ
−Si−Ｂ合金の場合には、この合金を溶解するこ
とによつて、また、Ta、Ｗ、SiおよびＢを準備
する場合には、それぞれを同時に別個に溶解する
ことによつて、薄膜を形成することができる。ま
た、得られる合金薄膜の組成は、原料となるTa
−Ｗ−Si−Ｂ合金の組成を変化させることによ
り、また、Ta、Ｗ、SiおよびＢの蒸気圧を調整
することにより、容易に変化させることが出来る
ため、目的とする組成の非晶質合金薄膜を容易に
得ることができる。 以上のように、本発明の製造方法によつて、
Ta−Ｗ系非晶質合金は、組成制御された、高純
度の合金薄膜として、大面積に、かつ、均質に、
基板上に形成することができる。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明
する。第１図に、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金
薄膜を作製する装置の一例を示す。第１図に示す
装置は高真空電子ビーム蒸着装置である。蒸発材
料１，２は、それぞれるつぼ３，４に保持されて
いる。本実施例においては、蒸発材料１にはTa、
蒸発材料２には、Ｗ−Si−Ｂ合金を使用した。各
蒸発材料は、るつぼ中に50ｇ準備することができ
る。るつぼ３，４は銅製であり、冷却水導入管５
によつて、水冷されており、蒸発材料が溶解した
状態においても、温度が上昇することはない。 基板６は、基板ホルダー７に固定されている。
基板には、長さ50mm、幅25mmで厚さ0.2mmのガラ
スを用いた。基板ホルダー７には、液体窒素導入
管８より導入された液体窒素９が蓄えられてお
り、基板が十分冷却される構造になつている。 薄膜作製に際しては、最初に、真空チヤンバー
１０を真空ポンプ１１によつて、10^-8Torr台の
真空まで排気する。この状態で、電子ビーム源１
２，１３より、電子ビームを発生させ、蒸発材料
１，２を同時に加熱、溶解させる。溶解した材料
からは、Ta、Ｗ、SiおよびＢが原子状態で蒸発
する。蒸着の最初１時間は、シヤツター１４を閉
じた状態で予備蒸着を行う。つぎに、予備蒸着終
了後、シヤツターを開くことにより、基板上に薄
膜を作製した。蒸発材料１および２から飛び出し
た蒸発原子は、基板付近でお互いに混合状態にな
り、基板に付着する際には、均質な合金として付
着する。薄膜作製中の真空度は、10^-7Torrであ
つた。また、薄膜作製中の基板温度を熱電対１５
を通して、温度計１６によつて測定したところ、
−180℃であつた。蒸着は、１時間行つた。得ら
れた薄膜の厚さは、5μm程度であつた。 得られたTa−Ｗ−Si−Ｂ合金薄膜の構造をＸ
線回折法によつて評価した。その結果、薄膜の組
成でTaとＷ、および、Ｗが60at％〜90at％の組
成範囲ではいずれの薄帯も結晶による鋭い回折ピ
ークはみられず、ブロードなハローパターンが得
られたことから、非晶質合金薄膜が、得られたこ
とが確認された。第１表に、示差熱分析で測定し
たこれらの試料の結晶化温度を示す。いずれも
1000℃以上の高い結晶化温度を示しており、Ta
−Si−Ｂ系非晶質合金の場合よりもさらに100℃
〜200℃高い結晶化温度を有していることがわか
る。また、これらの試料は800℃で1000時間焼鈍
した後も非晶質構造を有しており、非常に耐熱製
の高い非晶質合金であることが判明した。またこ
れらの機械的特性は、ビツカース高度が800〜
1500の範囲であるという優れた性質を示した。さ
らに、これらの試料は濃塩酸、濃硝酸、濃硫酸、
濃王水の中に一日放置しても何等腐食された見ら
れず、重量変化も認められなかつた。

【表】

【表】 なお、本実施例では、高真空電子ビーム蒸着装
置によるTa−Ｗ系非晶質合金薄膜の製造方法を
紹介したが、非晶質薄膜を作製する際に、他の蒸
着方法、即ち、レーザービーム蒸着法、クラスタ
ーイオンビーム蒸着法等を利用してもさしつかえ
ない。 （発明の効果） 以上詳述に説明したように、本発明によるTa
−Ｗ系非晶質合金薄膜の製造方法は高い結晶化温
度を有し、かつ、機械的特性、耐食性等にすぐれ
た非晶質合金薄膜が容易に得られ、その効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のTa−Ｗ系非晶質合金薄膜
を作製する装置の一例を示す図である。図におい
て、１および２は蒸発材料、３および４はるつ
ぼ、５は冷却水導入管、６は基板、７は基板ホル
ダー、８は液体窒素導入管、９は液体窒素、１０
はチヤンバー、１１は真空ポンプ、１２および１
３は電子ビーム源、１４はシヤツター、１５は熱
電対、１６は温度計である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （Ta_1-xW_x）_1-y（Si_1-uB_u）_yなる式で表され、
   ｘ＝0.01〜１、ｙ＝0.1〜0.4、ｕ＝0.01〜0.99であ
   る組成の合金を、真空中において、金属を加熱溶
   解し、金属原子を蒸発させることによつて、基板
   上に薄膜を形成する真空蒸着装置を用いて、非晶
   質化させることを特徴とするTa−Ｗ系非晶質合
   金薄膜の製造方法。