JPH0582466B2

JPH0582466B2 -

Info

Publication number: JPH0582466B2
Application number: JP27018486A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yoshitake; Yoshimi Kubo; Hitoshi Igarashi
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-11-12
Filing date: 1986-11-12
Publication date: 1993-11-19
Also published as: JPS63125668A

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いもえることである。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作製さ
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、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−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-xWx）_1-yB_yなる式で表され、
ｘ＝0.01〜１、ｙ＝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−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。これらの非晶質合金の結晶化温度は、その融点
の高さで対応して、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
強度かつ高硬度である。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。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−Ｂ合金、あるいは、Ta、ＷおよびＢ
を別々に準備することができる。Ta−Ｗ−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−Ｂ合金の
組成を変化させることにより、また、Ta、Ｗ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
−Ｗ合金、また、蒸発材料２には、Ｗ−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合金薄膜の構造をＸ線回
析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析ピーク
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、非常に耐熱性の高い非
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−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）以上詳細に説明したように、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

【特許請求の範囲】

１（Ta_1-xW_x）_1-yB_yなる式で表され、ｘ＝0.01
〜１、ｙ＝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、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。