JPH0329025B2 - - Google Patents

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JPH0329025B2
JPH0329025B2 JP61106581A JP10658186A JPH0329025B2 JP H0329025 B2 JPH0329025 B2 JP H0329025B2 JP 61106581 A JP61106581 A JP 61106581A JP 10658186 A JP10658186 A JP 10658186A JP H0329025 B2 JPH0329025 B2 JP H0329025B2
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JP
Japan
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gas
transparent
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containing compound
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JP61106581A
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JPS6283379A (ja
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Hiroyuki Nakae
Yukio Matsunami
Toshiaki Matsuda
Toshio Hirai
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明はB、N及びSi元素からなる透明性BN
系セラミツクス材料の製造方法に関する。 優れた透明性を有するセラミツクス材料は、今
後飛躍的に進展すると予測されている光を媒体と
する光デバイス技術に関連する素材として待望さ
れている。また、セラミツクス本体の耐熱性、耐
食性、熱安定性、硬度などを具備する透明性材料
は各種の高温用窓材や高温用レンズなどの特殊光
学用途も期待される。 更に、宇宙空間において使用される各種機械装
置の構成部材としても期待される。 [従来の技術] 特開昭58−145665公報(「Si3N4−BN系非晶質
材料およびその製造方法」)において、透光性を
そなえたSi3N4−BN系非晶質材料とその製造方
法が開示されている。それは次のような材料であ
る、即ち、化学気相析出法により同時析出させて
得たSi3N4:70〜30重量%、BN:30〜70重量%
の組成になる非晶質の複合材料であつて、透光性
をそなえ、かつ熱安定性、耐熱衝撃性および耐薬
品性に富む透光性Si3N4−BN系非晶質材料であ
る。その製造方法として、減圧下に保持した反応
炉内に、けい素沈積源ガス、ほう素沈積源ガスお
よび水素ガスと窒素沈積源ガスとを個別に導入
し、1100〜1300℃の範囲における上記反応ガスの
合成温度で化学気相反応させ、該反応炉内に設置
の基体上にSi3N4とBNの非晶質を同時析出させ
ることを特徴とするSi3N4−BN系非晶質材料の
製造方法を開示している。 この公報でいう透光性の材料は褐色を呈する透
光体である。このことはその明細書中の記載によ
り明白であ。例えば、「白色から黄色、褐色と変
化するにつれて透光性はよくなり、とくに外観が
褐色を呈する場合にすぐれた透光性が得られる。」
との記述から明らかなように、褐色に着色した場
合に透光性を示すものであり、褐色着色と透光性
は密接不可分の関係にあることを示している。 [発明が解決しようとする問題点] 今後、発展する光技術をはじめとする革新的先
端技術工業分野において、多方面での応用が期待
される透明性セラミツクス材料としては、無色透
明であることが極めて重要な要件と考えられるの
で、本発明者らは無色透明な透明性セラミツクス
を開発すべく種々検討した。 一般に、化学気相析出(CVD)プロセスは多
くの要因を含む複雑な化学反応プロセスである。
化学反応がそうであるように、原料や条件により
種々の変化を呈するため、CVDも極めて個別的
かつ個性的である。CVDプロセスのメカニズム
は、少数の例外を除いて、全く未解明であり、反
応条件と生成物の関係に関し予測・予見・類推す
ることは不可能な状況にある。 CVD条件として、例えば、析出温度、炉内全
ガス圧、原料ガスの種類とその流量などが変化す
ると、析出状態や析出物の構造・組成が全く変化
してしまうことは珍しいことではない。特に原料
ガスの種類が多くなるとこの傾向は極めて顕著に
なる。本発明の対象となる3元素系からなる場合
がこれに相当する。 このような技術的状況のもとで、本発明者ら
は、実験的検討を詳細に進めた結果無色かつ透明
なBN系セラミツクスの製造方法を見出し本発明
に至つた。 [問題点を解決するための手段] 本発明は無色かつ透明性を有するBN系セラミ
ツクスの改良された製造方法を提示するものであ
る。即ち、ほう素元素含有化合物、窒素元素含有
化合物及びけい素元素含有化合物を用いて化学気
相析出法によつて、析出温度を1400℃以上1600℃
未満の温度に保ち、減圧下で析出させ、20〜40重
量%をホウ素、35〜55重量%の窒素および3〜40
重量%をケイ素を主構成元素とする非晶質材料を
形成することを特徴とする透明性BN系セラミツ
クス材料の製造方法である。 本発明により得られるBN系材料は、ほう素
(B)元素、窒素(N)元素及びけい素(Si)元
素を主たる構成元素として含む透明性材料であ
る。上記の3元素以外の元素として、例えば、
O、H、Cl、F、C、Na、P、Y、Li、Al、
Ni、Fe、Zr、Caなどを、それらの総和として
10wt%以下好ましくは5重量%以下1重量%以
上の割合で含むこともある。3種の主構成元素の
割合はB元素:20〜40wt%、N元素:35〜55wt
%及びSi元素:3〜40wt%の範囲にある。特に
B元素:20〜35重量%、N元素:44〜55重量%、
Si元素:10〜36重量%が好ましい。 これらの元素は、主としてB−N結合とSi−N
結合を形成しているが、全ての元素がこの結合に
関与しているとは限らない。しかしB−N結合は
常に存在するので、BN系材料と称する。本発明
の方法で製造された材料は、厚さ0.7mmの板状試
料について分光光度計によりその透過率を測定し
た場合、波長400nmにおいて50%以上、450nm
において60%以上の光透過率を示すものである。 本発明においては、このような無色かつ透明な
材料を製造するために、析出温度を1400℃以上
1600℃未満の温度に保ち、減圧状態に保持する。
その全ガス圧力は10〜100Torrの範囲がよい。
1400℃より低い温度では、反応中間体を含むもの
が出来やすいためか、すぐれた透明体が得られな
い。一方1600℃以上だと、結晶の成長などのため
か、透明性の低下したものとなる。好ましい温度
は1400℃〜1500℃であり、歩留りよく無色かつ透
明性にすぐれた材料を製造することができる。こ
の場合、温度は二色光高温計により(基体上に析
出した)析出物表面の温度を測定した値とする。 反応装置内の気体の全ガス圧力は上記の如く10
〜100Torrがよいが、より優れた性質の良好な透
明体を得たいときには20〜60Torrに設定するこ
とが望ましい。特に30Torr前後が最善である。 本発明の製造方法の概要は以下の通りである。 黒鉛、耐熱金属(W、Mo、Taなど)や耐熱セ
ラミツクス(SiC、TiB2など)などの材料からな
る所望形状の基体を真空加熱炉中に設置し、これ
を1400以上1600℃未満の間の所定温度に加熱す
る。そして、ほう素含有化合物、窒素含有化合
物、けい素含有化合物及び搬送もしくは希釈ガス
からなる気体をこの基体上に吹きつけることによ
り、B、N及びSi元素を主構成元素とするBN系
材料を基体上に析出させる。そして、基体より析
出物を分離することにより透明性BN系材料が得
られる。 本発明は、基体を使用する化学気相析出法に限
定されるものではなく、また、基体の材質が上記
のものに限定されるものでもない。一般の化学気
相析出法ならびにその装置において適宜適用され
るものである。 ほう素元素含有化合物としては、例えば、
BCl3、BF3などのハロゲン化合物;B2H6
B10H14などを水素化物;N元素を含むボラジン、
塩素化ボラジンなどを用いる。本発明において
は、BCl3が特に好ましい。それは、本発明の方
法によるとき特に優れた無色かつ透明な材料が得
やすいからである。 窒素元素含有化合物としては、例えば、NH3
N2、尿素系化合物が用いられる。NH3が好まし
い。また、けい素元素含有化合物としては、例え
ば、SiCl4、SiH4、Si(CH32Cl2などが用いられ
る。SiCl4が好んで用いられる。搬送もしくは希
釈ガスとしてH2、N2、Arなどの非反応性ガスを
用いる。H2ガスが好ましい。ほう素、窒素及び
けい素元素含有化合物の流量の総和に対し1/10〜
100倍の範囲が普通である。 本発明においては、BCl3−NH3−SiCl4−H2
ス系のCVDからすぐれた透明性材料が容易に得
られるので、これらを原料とすることが最も好ま
しいものである。そしてこの場合、理由は不明で
あるが、BCl3ガスの流量(FR[BCl3])とSiCl4
ガスの流量(FR[SiCl4])との和に対するSiCl4
の流量の比率、即ち FR[SiCl4]/(FR[BCl3]+FR[SiCl4])をX
座標とし、析出温度(Temp.℃)をY座標とす
るとき、第2図に示す点A(0.5、1500)、点B
(0.19、1400)、点C(0.67、1400)、点D(0.67、
1500)で囲まれる領域において製造するときに最
も良好な析出物が得られる。 本発明の方法を実施するにあたつて、CVD装
置の内部を清浄に保つことは極めて重要である。
可及的に装置内部に存在する付着物を取り除くこ
とが望ましい。これらの付着物は、基体の交換や
析出物の取り出しのため装置を開放する際大気中
の水分を吸収しやすく、その結果析出中に水分が
徐々に放出され良好な析出物の製造に悪影響を与
えることになりやすいからである。例えば析出の
過程で析出物中にクラツクが発生したり、局部的
に基体から剥離するなどのトラブルが生じやす
い。 [実施例] 実施例 1〜4 基板を通電加熱する方式のCVD装置を使つて、
黒鉛基板上に試料を析出させた。源料ガスとし
て、NH3、BCl3、SiCl4を用い搬送ガスとしてH2
を用いた。基板温度は二色光高温計を用いて測定
した。 まず、基板をセツトしてCVD装置を真空排気
した後、基板を所定の温度まで加熱し、次に、反
応ガス及び搬送ガスを導入して所定の圧力におい
て析出を行なう。析出終了後基板から析出物を剥
離させ、アルキメデス法で密度を測定し、さらに
試料を切断して読みとり顕微鏡で厚さを測定し
た。そして化学分析によつて、Si含有量を測定し
た。さらに、透明性を定量化するために分光光度
計を用いて200nmから2200nmの範囲で全透過率
を測定した。 その結果1350℃より低い温度では、優れた透明
体は得られず、1600℃で実験を行なうと褐色とな
り不透明であつた。一方、10Torrより低い圧力
では白濁して透明性が低下し、100Torrより高い
圧力では、反応炉内の副生成物が多すぎて、優れ
た透明体を得ることが妨げられた。 表1及び表2に、優れた透明性セラミツクスを
得ることのできた実施例の実験条件と結果を示
す。実施例1、2、4では200nmから600nmに
かけて、透過率は0%から75%に上昇し、その後
2200nmまで80%〜85%Wであつた。波長400nm
では70%、450nmでは76%であつた。第1図に
その結果を示した。実施例3では他の例より少し
低い透過率を示した。これも第1図に示す。
【表】
【表】 実施例 5 先の実施例と同様に、基板を通電加熱する方式
のCVD装置を用いて、黒鉛基板上に試料を析出
させた。析出温度は1400、1500および1600℃、析
出圧力は30Torrとした。原料ガスとして、BCl3
NH3、SiCl4及びH2を用いた。NH3およびH2
流量は、それぞれ、90および670SCCMとし、
BCl3とSiCl4の流量はそれらの合計で140SCCMと
した。 BCl3とSiCl4の流量の和に対するSiCl4の流量の
比率を変化させた。原料ガスをCVD装置に導く
ガス導入管には同芯二重管を用い、内管にNH3
外管にBCl3、SiCl4及びH2を流した。 析出時間は2〜5時間とした。基板より析出物
を剥がしその透明性を肉眼判定した。第2図に結
果を示した。この図で、○印は無色透明な析出
物、×印は不透明な析出物、△印は耐湿性に劣る
析出物を示している。少くとも、点A(0.5、
1500)、点B(0.19、1400)、点C(0.67、1400)お
よび点D(0.67、1500)で囲まれる四角形の範囲
では優れた無色透明性を有するBN形セラミツク
ス材料が得られることが明らかである。 [発明の効果] 本発明は無色の透明性を有するセラミツクス材
料を容易に得る方法で、かかる材料は耐熱性にす
ぐれたもので、光を媒体とする光デバイス技術に
関連する素材として有用なものであり、また各種
高温用窓材や高温用レンズなどとしても有用なも
のである。そして、単体としてのみでなく、金
属、セラミツクスおよびパリマーとの複合材料の
形で種々の用途に適用可能な新規な材料である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で得られた材料の透過率を示す
グラフ、第2図は最も良好な析出物の得られる範
囲を示したグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ほう素元素含有化合物、窒素元素含有化合物
    及びけい素元素含有化合物を用いて化学気相析出
    法によつて、析出温度を1400℃以上1600℃未満の
    温度に保ち、減圧下で析出させ、20〜40重量%の
    ホウ素、35〜55重量%の窒素および3〜40重量%
    のケイ素を主構成元素とする非晶質材料を形成す
    ることを特徴とする透明なBN系セラミツクス材
    料の製造方法。
JP61106581A 1986-05-12 1986-05-12 透明性bn系セラミツクスの製造方法 Granted JPS6283379A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS58145665A (ja) * 1982-02-24 1983-08-30 平井 敏雄 透光性Si―N―B系非晶質材料およびその製造方法

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