JPH0582464B2 - - 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作製された
Ta−Si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系非晶質合金
は、一般の非晶質合金に特有の高強度、高硬度な
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、温度上昇を伴う電極
用材料などへの応用が考えられる。 しかしながら、液体急冷法によつて作製される
Ta−Si系非晶質合金は、その形状が幅数mm〜数
cm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-xSi_xなる式で表され、ｘ＝0.1
〜0.4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系共晶質合金薄膜の製造方法であ
る。 （作用） Ta−Si系合金では、後に実施例で示すように、
Ta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。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
800℃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、高強度かつ高硬度である。ま
た、耐食性においても、Ta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、冷却しておく必要がある。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、非晶質相が得られな
いからである。 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−Si合金、あるいは、TaとSiを別々に準備
することができる。Ta−Si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とSi
を別々に準備する場合には、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−Si合金の組成を変化させることに
より、また、TaとSi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、
また、蒸発材料２には、Si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およびSi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台であつた。
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−Si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
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800℃以上の高い結晶化温度を
示している。また、これらの試料の機械的特性
は、ビツカース硬度が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様子は見られず、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） 以上詳細に説明したように、本発明によるTa
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１３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-xSi_xなる式で表され、ｘ＝0.1〜0.4であ
   る組成の合金を、真空中において、金属を加熱溶
   解し、該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系非晶質合金
   薄膜の製造方法。