JPH021085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、１〜500MHzの高周波エネルギま
たは１〜4GHzのマイクロ波エネルギ等の誘導エ
ネルギを用いて、窒素、アンモニアまたはヒドラ
ジンより選ばれた窒化物気体を化学的または物理
的に励起または電離させることによりプラズマ状
態の活性にし、かかる雰囲気に被窒化材である粉
末を浸すことにより、この被窒化材の表面を比較
的低い温度で窒化することを目的とする。

本発明は磁性体またはセラミツクスの粉末をこ
れまでそれらの溶融温度（M.P.MELTING
POINT）近くまで加熱することにより初めて可
能になつた窒化を、それよりもきわめて低い温度
でその表面を窒化することを目的としている。

本発明は金属、酸化物金属及びフエライト、サ
マリユーム、コバルト、鉄等の反強磁性または強
磁性材料、またはセラミツクス例えばアルミナ、
ジルコニアまたはシリカ等の酸化物セラミツクス
または絶縁物を1100〜1300℃の高温でしか反応さ
せることができなかつたのに対し、これを室温〜
900℃の温度特に室温〜500℃または100〜700℃の
低い温度で窒化できるようになつたことを特徴と
する。

本発明はかくの如く従来の単なる熱窒化法に比
べて300〜500℃も低い温度で窒化させようとした
ものである。

本発明はかかる目的のため、減圧下に保たれた
反応系において、誘導エネルギにより窒化物気体
を活性化またはプラズマ化させる領域（ゾーン）
と、この領域の後方に被窒化物を加熱して窒化す
る領域とを分離設置することにより、プラズマ化
の強度と加熱温度とを分離制御することを目的と
している。

従来被窒化物を直接窒化するには、窒化物がき
わめて安定かつち密な材料であるため、M.P.に
近い温度に加熱し、その雰囲気を窒素またはアン
モニアとすることにより、これらの表面を窒化し
ていた。しかしその窒化物がきわめて化学的に安
定な材料であるため、加熱温度がM.P.に近く、
極端ではM.Pに等しい程度にまで加熱しても、そ
の表面には30〜100Åの厚さの窒化物しかできな
かつた。

本発明はかかる高温で窒化する熱窒化法の欠点
を除去するため、M.P.よりも400℃以上低い可能
ならば室温〜500℃の低温度にて被窒化材を窒化
する方法に関するもので、以下に図面に従つてそ
の詳細を説明する。

実施例 １ この実施例は、粉末または粉末状の被窒化物を
プラズマ化された窒化物気体雰囲気に浸すことに
より、窒化物の粉末または針状の基板等に比べて
形の大きな表面積を有する粉末状の材料の表面に
窒化物を作ることを目的としている。

本実施例において、粉末状とは固体がボールミ
ル等により単純に微粉末化されたもの、いわゆる
粉末以外に基板に比較して大面積を有する針状形
状を有するものを意味する。

第１図は本発明に使用される装置を示した図で
あり、以下に被窒化物として金属磁性粉末を用い
た場合を例として本発明のプラズマ窒化法を説明
する。

液体窒素を３より導入し、またアンモニアまた
はアンモニアと不活性ガス特にヘリユームまたは
ネオンとの混合ガスを５より導入している。純化
装置２，４を通し酸素または水の含有量を1PPM
以下例えば好ましくは0.01PPM以下にした後、
コツク６を経て反応管７に導入される。本発明に
おいて、窒化物気体をかくの如くに高純度にする
ことは、窒化される被膜中に劣化の原因となる弱
干の酸化物が混入しないようにするため、きわめ
て重要である。

反応系はSiCまたはSiCコーテイングをされた
グラフアイトの容器９に粉末状の被窒化物１０が
もられている加熱窒化領域と該領域の前に、窒化
物気体をプラズマ化する領域を設けてある。これ
により、窒化物気体は安定なプラズマ状態で、加
熱室化領域に導入され、窒化速度は第２図からも
判るように、誘導エネルギ量と加熱温度によつて
制御することができる。誘導エネルギは１の領域
にて供給された窒化物気体をプラズマ化し、ここ
でプラズマ化した窒化物気体は容器９の加熱およ
びここでの再度の１′によるプラズマ化により、
被窒化物１０は窒化される。この容器での混合を
よくするため、回転軸１４にて容器９がゆつくり
１〜10回／分の速度で回転されている。この系の
排気は、ニードルバルブ１１、ストツプバルブ１
２、真空ポンプ１３をへてコツク１７より外へ排
気される。また混合ガスがヘリユーム等の高価な
ガスの場合には１６をへて再び純化装置４に入り
純化するいわゆる閉回路を構成させた。

反応炉内は0.01〜760torr、特に0.1〜30torrと
した。プラズマ化は760torrの常圧においても起
こすことができた。

まず純化装置２，４を経た窒化物気体をコツク
６を介して反応管７に供給する。反応管内の圧力
は0.01〜760torr、特に0.1〜30torrとした。プラ
ズマ化は760torrの常圧においても起こすことが
できた。

次に、誘導エネルギ１として例えば2.45GHz電
力100〜500Wのマイクロ波を発振させ、反応管内
に導入された前記窒化物気体をプラズマ化させ
た。そして生じたプラズマは容器９に設けてある
導入口から容器に入り、ここで再び誘導エネルギ
１′によりプラズマ化され、このプラズマが容器
９の中の被窒化物である粉体１０と接触して、粉
体を窒化する。このとき容器９を回転させ粉体が
よく混合するようにして粉体に対して均一にかつ
効率よく窒化処理を行なうようにした。

被窒化物が金属磁性粉末の場合の結果を第２図
に示す。これは100ｇの金属磁性粉末で粒粒が
0.5μ（0.05〜0.5μ）の材料を用いた。プラズマ窒化
温度は室温が曲線４０とほとんど平であるが、被
窒化物を300〜500℃に加熱すると曲線４１をプラ
ズマ電力が100Wにおいて得た。これを500Wにす
ると42のように約30分でほとんど窒化反応は終了
した。

本発明の応用として、かかる窒化物粉末例えば
金属磁性粉末を再度焼結して成形してもよい。

この被窒化物は鉄、ニツケル、コバルトばかり
でなく、フエライト等の酸化物磁性材料等のすべ
てに適用できることはいうまでもない。

さらに本発明は、フエライト、サマリユーム、
コバルト、ニツケル、鉄等の磁性材料、反強磁性
材料にも応用できる。その結果これまでの酸化物
磁性体ではなく、窒化物磁性体または酸化、窒化
物磁性体を作ることができる。

また本発明は、アルミナ、ジルコニア、シリカ
等のセラミツクスまたは絶縁物に対してもその構
成物の一部または未反応物の窒化をこれらをプラ
ズマ化した窒化物気体中に浸すことにより可能と
なつた。

以上の説明より明らかな如く、本発明はこれま
で不可能とされていた粉末または粉末状の物質を
プラズマ化された化学的に活性化した窒化物気体
中で加熱窒化することにより、その窒化温度を単
なる熱窒化に比べて300〜500℃も低い温度にて作
ることができた。

さらにこの窒化物は窒素のみであつてもよい
が、アンモニアまたはヒドラジンを不活性ガスに
混入させる方法または窒素とアンモニアとの混合
ガスをプラズマ化した方法によるNxHyなる気
体、即ち活性窒素と活性水素との混合気体に浸す
ことにより、さらに容易に均一に作ることができ
た。

この活性窒素は、水素の混合ガスプラズマ法は
その気体中の酸素、水の量を0.01PPM以内超高
純度にすることができ、きわめて重要であつた。

また金属磁性体においては、この金属を選択的
にその表面のみを窒化して、金属の一部を窒化物
保護膜または窒化物抵抗体とすることができるよ
うになつた。さらに粉末または粉末状の物質にお
いては、そのバルクまで窒化の際の温度を制御す
ることにより、実質的に窒化でき、いわゆる窒化
物をこれまで熱窒化物に比べて300〜500℃も低く
作ることができるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉末または粉末状物質を窒化
するための装置を示す。第２図は金属例えば金属
磁性体を窒化した時の体積増加率を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒素、アンモニアまたはヒドラジンより選ば
   れた窒化物気体または該窒化物気体と不活性気体
   との混合窒化物気体が、誘導エネルギにより励起
   または電離されたプラズマ雰囲気に粉末または粉
   末状の被窒化物を収容した容器を前記被窒化物を
   混合させつつ浸すことにより該被窒化物の表面を
   窒化することを特徴とするプラズマ窒化法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、粉末または
   粉末状の被窒化物は磁性材料またはセラミツク材
   料、絶縁材料よりなることを特徴とするプラズマ
   窒化法。