JPH10280134A - セラミックス被覆部材の製造装置およびその製造方法 - Google Patents
セラミックス被覆部材の製造装置およびその製造方法Info
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- JPH10280134A JPH10280134A JP10685197A JP10685197A JPH10280134A JP H10280134 A JPH10280134 A JP H10280134A JP 10685197 A JP10685197 A JP 10685197A JP 10685197 A JP10685197 A JP 10685197A JP H10280134 A JPH10280134 A JP H10280134A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来よりも１０倍から１００倍厚いセラミック
ス皮膜を形成すること。 【解決手段】真空チャンバー１の外壁を水冷構造とする
一方、その内壁に複数に分割した防熱板１４を取り付
け、真空チャンバー１にターゲット材３を構成する陰イ
オン元素のガスをガス供給装置１０から導入し、このガ
スを導入するガス導入管先端１１ａを、真空チャンバー
１内を真空引きする主真空排気装置Ｐ１と対向する位置
で、かつ基材５とターゲット材３の中間位置に配設し
た。
ス皮膜を形成すること。 【解決手段】真空チャンバー１の外壁を水冷構造とする
一方、その内壁に複数に分割した防熱板１４を取り付
け、真空チャンバー１にターゲット材３を構成する陰イ
オン元素のガスをガス供給装置１０から導入し、このガ
スを導入するガス導入管先端１１ａを、真空チャンバー
１内を真空引きする主真空排気装置Ｐ１と対向する位置
で、かつ基材５とターゲット材３の中間位置に配設し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、数十μｍから数百
μｍの厚さを有するセラミックス被覆部材の製造装置お
よびその製造方法に関する。
μｍの厚さを有するセラミックス被覆部材の製造装置お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、耐摩耗性，耐食性を必要とする
駆動装置の部品や耐熱性を必要とする高温部品には、金
属母材の表面にＴｉＮ，ＴｉＣ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2
などのセラミックス皮膜をコーティングした部材が多く
使われている。
駆動装置の部品や耐熱性を必要とする高温部品には、金
属母材の表面にＴｉＮ，ＴｉＣ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2
などのセラミックス皮膜をコーティングした部材が多く
使われている。
【０００３】このようなセラミックス皮膜を形成するに
は、物理蒸着法である真空蒸着やイオンプレーティン
グ、あるいは化学蒸着法などの方法が用いられている。
これらの方法は、真空チャンバー内においてセラミック
ス皮膜を形成させる方法であり、例えば、ＴｉＮやＡｌ
2 Ｏ3 のセラミックス皮膜を物理蒸着法で形成する場合
は、金属ＴｉあるいはＡｌを抵抗加熱，高周波加熱，電
子ビーム加熱などによって、金属ＴｉあるいはＡｌを蒸
発させ、これと同時に真空チャンバー内にＮ2 ガスある
いはＯ2 ガスを導入し、５００℃以下の低温で金属表面
にＴｉＮあるいはＡｌ2 Ｏ3 を形成してコーティングを
行っている。
は、物理蒸着法である真空蒸着やイオンプレーティン
グ、あるいは化学蒸着法などの方法が用いられている。
これらの方法は、真空チャンバー内においてセラミック
ス皮膜を形成させる方法であり、例えば、ＴｉＮやＡｌ
2 Ｏ3 のセラミックス皮膜を物理蒸着法で形成する場合
は、金属ＴｉあるいはＡｌを抵抗加熱，高周波加熱，電
子ビーム加熱などによって、金属ＴｉあるいはＡｌを蒸
発させ、これと同時に真空チャンバー内にＮ2 ガスある
いはＯ2 ガスを導入し、５００℃以下の低温で金属表面
にＴｉＮあるいはＡｌ2 Ｏ3 を形成してコーティングを
行っている。
【０００４】一方、化学蒸着においては、減圧したチャ
ンバー内に原料ガスを導入し、１０００℃程度の高温下
において化学反応によりセラミックス皮膜を形成させ
る。
ンバー内に原料ガスを導入し、１０００℃程度の高温下
において化学反応によりセラミックス皮膜を形成させ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
物理蒸着法および化学蒸着法には、それぞれ得失がある
ものの、一般に行われているこれらの方法では、数μｍ
から高々２０μｍ程度の厚さを有するセラミックス薄膜
が形成されるのみである。これらの厚さを有したセラミ
ックス薄膜で十分に機能を発揮する部材もあるが、さら
に厳しい耐摩耗性，耐食性，耐熱性や絶縁性を持たせる
には、この程度の厚さでは十分ではなく、数十μｍから
数百μｍの厚さを有するセラミックス皮膜が必要とな
る。
物理蒸着法および化学蒸着法には、それぞれ得失がある
ものの、一般に行われているこれらの方法では、数μｍ
から高々２０μｍ程度の厚さを有するセラミックス薄膜
が形成されるのみである。これらの厚さを有したセラミ
ックス薄膜で十分に機能を発揮する部材もあるが、さら
に厳しい耐摩耗性，耐食性，耐熱性や絶縁性を持たせる
には、この程度の厚さでは十分ではなく、数十μｍから
数百μｍの厚さを有するセラミックス皮膜が必要とな
る。
【０００６】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、数μｍの厚さでは機能が十分に果たせないセラ
ミックス皮膜において、従来よりも１０倍から１００倍
厚いセラミックス皮膜を形成することの可能なセラミッ
クス被覆部材の製造装置およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
もので、数μｍの厚さでは機能が十分に果たせないセラ
ミックス皮膜において、従来よりも１０倍から１００倍
厚いセラミックス皮膜を形成することの可能なセラミッ
クス被覆部材の製造装置およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、健全なセラミックス厚膜を得る形成方
法について研究を重ねた結果、セラミックス皮膜形成の
プロセスを制御することが重要であることを見出し、さ
らに当該セラミックス皮膜を形成する製造装置を実現し
た。
め、本発明者は、健全なセラミックス厚膜を得る形成方
法について研究を重ねた結果、セラミックス皮膜形成の
プロセスを制御することが重要であることを見出し、さ
らに当該セラミックス皮膜を形成する製造装置を実現し
た。
【０００８】ここに、本発明のセラミックス被覆部材の
製造装置は、請求項１記載のように、真空チャンバー内
における電子銃室から発生した電子ビームによりセラミ
ックスからなるターゲット材を蒸発させて基材にセラミ
ックス被覆部材を形成するセラミックス被覆部材の製造
装置であって、前記真空チャンバーの外壁を水冷構造と
する一方、その内壁に複数に分割した防熱板を取り付
け、前記真空チャンバーに前記ターゲット材を構成する
陰イオン元素のガスをガス供給装置から導入し、このガ
スを導入するガス導入管先端を、真空チャンバー内を真
空引きする主真空排気装置と対向する位置で、かつ前記
基材と前記ターゲット材の中間位置に配設したことを特
徴とする。
製造装置は、請求項１記載のように、真空チャンバー内
における電子銃室から発生した電子ビームによりセラミ
ックスからなるターゲット材を蒸発させて基材にセラミ
ックス被覆部材を形成するセラミックス被覆部材の製造
装置であって、前記真空チャンバーの外壁を水冷構造と
する一方、その内壁に複数に分割した防熱板を取り付
け、前記真空チャンバーに前記ターゲット材を構成する
陰イオン元素のガスをガス供給装置から導入し、このガ
スを導入するガス導入管先端を、真空チャンバー内を真
空引きする主真空排気装置と対向する位置で、かつ前記
基材と前記ターゲット材の中間位置に配設したことを特
徴とする。
【０００９】好ましくは、請求項２記載のように、真空
チャンバーの内壁に取り付けられた防熱板が剛構造で、
かつ輻射熱が局所的に集中する箇所を分割し、この分割
した部分を別の防熱板で塞ぐようにしている。
チャンバーの内壁に取り付けられた防熱板が剛構造で、
かつ輻射熱が局所的に集中する箇所を分割し、この分割
した部分を別の防熱板で塞ぐようにしている。
【００１０】また、好ましくは、請求項３記載のよう
に、真空チャンバー内に設けられたターゲット材上部に
シャッターを配設し、このシャッターは真空シール部お
よび軸受部を前記真空チャンバーの外部に配設するとと
もに、シャッター軸を水冷構造としている。
に、真空チャンバー内に設けられたターゲット材上部に
シャッターを配設し、このシャッターは真空シール部お
よび軸受部を前記真空チャンバーの外部に配設するとと
もに、シャッター軸を水冷構造としている。
【００１１】さらに、好ましくは、請求項４記載のよう
に、真空チャンバーに観察窓が取り付けられ、この観察
窓は２００℃以上の耐熱性を有する高分子材料フィルム
を具備している。
に、真空チャンバーに観察窓が取り付けられ、この観察
窓は２００℃以上の耐熱性を有する高分子材料フィルム
を具備している。
【００１２】次に、本発明のセラミックス被覆部材の製
造方法は、請求項６記載のように、真空チャンバー内で
電子ビームによりターゲット材を蒸発させて基材にセラ
ミックス被覆部材を形成するセラミックス被覆部材の製
造方法において、セラミックス皮膜と同種類のセラミッ
クスをターゲット材として用い、セラミックス被覆を行
う基材を５００℃以上の高温に加熱し、前記ターゲット
材と前記基材間の空間を横断するように、前記ターゲッ
ト材を構成する陰イオン元素のガスを流してセラミック
ス皮膜を形成するようにしている。
造方法は、請求項６記載のように、真空チャンバー内で
電子ビームによりターゲット材を蒸発させて基材にセラ
ミックス被覆部材を形成するセラミックス被覆部材の製
造方法において、セラミックス皮膜と同種類のセラミッ
クスをターゲット材として用い、セラミックス被覆を行
う基材を５００℃以上の高温に加熱し、前記ターゲット
材と前記基材間の空間を横断するように、前記ターゲッ
ト材を構成する陰イオン元素のガスを流してセラミック
ス皮膜を形成するようにしている。
【００１３】また、これらのセラミックスターゲット材
を電子ビームで蒸発させるときに、セラミックスを構成
している酸素などの陰イオンが分離して皮膜の組成が化
学量論的組成から外れる場合がある。
を電子ビームで蒸発させるときに、セラミックスを構成
している酸素などの陰イオンが分離して皮膜の組成が化
学量論的組成から外れる場合がある。
【００１４】これを補うために本発明においては、セラ
ミックス皮膜を構成している陰イオンのガスを皮膜形成
中に導入し、さらに皮膜組成を化学量論的に効率よく形
成させるため、ガス導入位置を規定している。
ミックス皮膜を構成している陰イオンのガスを皮膜形成
中に導入し、さらに皮膜組成を化学量論的に効率よく形
成させるため、ガス導入位置を規定している。
【００１５】すなわち、ガスの導入はセラミックス被覆
を行う基材とターゲット材との空間を横切るように導入
し、蒸発したセラミックスと十分に接触して反応を促進
させている。
を行う基材とターゲット材との空間を横切るように導入
し、蒸発したセラミックスと十分に接触して反応を促進
させている。
【００１６】さらに、このガス導入に際しては、請求項
７記載のように、真空チャンバー内の圧力を０．０１Ｐ
ａ〜２０Ｐａの範囲で一定となる制御を行いながら、タ
ーゲット材を構成する陰イオン元素のガスを導入するよ
うにしている。
７記載のように、真空チャンバー内の圧力を０．０１Ｐ
ａ〜２０Ｐａの範囲で一定となる制御を行いながら、タ
ーゲット材を構成する陰イオン元素のガスを導入するよ
うにしている。
【００１７】ここで、圧力設定の下限値０．０１Ｐａ
は、正常な皮膜組成が得られるためのガス量を規定する
ものであり、上限値の２０Ｐａは主真空排気装置の排気
が正常に行え、かつ健全な皮膜形成が行える限度であ
る。
は、正常な皮膜組成が得られるためのガス量を規定する
ものであり、上限値の２０Ｐａは主真空排気装置の排気
が正常に行え、かつ健全な皮膜形成が行える限度であ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係るセラミックス
被覆部材の製造装置およびその製造方法の実施形態につ
いて以下の実施例を参照してより具体的に説明する。
被覆部材の製造装置およびその製造方法の実施形態につ
いて以下の実施例を参照してより具体的に説明する。
【００１９】図１は本発明に係るセラミックス被覆部材
の製造装置の一実施例を示す概略図である。この実施例
においては、ジルコニア（ＺｒＯ2 ) 厚膜を被覆する場
合を示している。
の製造装置の一実施例を示す概略図である。この実施例
においては、ジルコニア（ＺｒＯ2 ) 厚膜を被覆する場
合を示している。
【００２０】図１に示すように、セラミックス被覆部材
の製造装置は、真空チャンバー１を有し、この真空チャ
ンバー１の外壁が水冷構造であって、具体的にはその外
壁は矩形型水冷パイプを密に巻いた構造または水冷ジャ
ケット構造として冷却を十分行っている。また、セラミ
ックス被覆部材の製造装置は、真空チャンバー１の他
に、真空チャンバー１の側部に設けられ、真空チャンバ
ー１内を１０-4Ｐａ程度の真空度に真空引きする主真空
排気装置Ρ１と、図示しない制御装置と、電源装置とを
備えている。上記制御装置には、真空排気，電子ビーム
電流，電子ビーム走査，基材加熱，基材駆動などを制御
する手段が設けられている。
の製造装置は、真空チャンバー１を有し、この真空チャ
ンバー１の外壁が水冷構造であって、具体的にはその外
壁は矩形型水冷パイプを密に巻いた構造または水冷ジャ
ケット構造として冷却を十分行っている。また、セラミ
ックス被覆部材の製造装置は、真空チャンバー１の他
に、真空チャンバー１の側部に設けられ、真空チャンバ
ー１内を１０-4Ｐａ程度の真空度に真空引きする主真空
排気装置Ρ１と、図示しない制御装置と、電源装置とを
備えている。上記制御装置には、真空排気，電子ビーム
電流，電子ビーム走査，基材加熱，基材駆動などを制御
する手段が設けられている。
【００２１】真空チャンバー１内の下部には電子ビーム
を発生させる電子銃室２が配設されており、この電子銃
室２には局所真空排気装置Ρ２が連結されている。これ
により、電子銃室２が局所的に真空排気される。
を発生させる電子銃室２が配設されており、この電子銃
室２には局所真空排気装置Ρ２が連結されている。これ
により、電子銃室２が局所的に真空排気される。
【００２２】また、真空チャンバー１内の下部には、図
示しないルツボにセラミックス皮膜と同種類のセラミッ
クスインゴットであるジルコニア（ＺｒＯ2 ) からなる
ターゲット材３が収容されており、このターゲット材３
の上部には開閉可能に構成されたシャッター４が配設さ
れている。
示しないルツボにセラミックス皮膜と同種類のセラミッ
クスインゴットであるジルコニア（ＺｒＯ2 ) からなる
ターゲット材３が収容されており、このターゲット材３
の上部には開閉可能に構成されたシャッター４が配設さ
れている。
【００２３】一方、真空チャンバー１の上部にはセラミ
ックス被覆を行う基材５が配設されており、この基材５
の上部近傍には基材５を５００℃以上に加熱するための
加熱基材加熱装置６および熱センサー７が配設されてい
る。
ックス被覆を行う基材５が配設されており、この基材５
の上部近傍には基材５を５００℃以上に加熱するための
加熱基材加熱装置６および熱センサー７が配設されてい
る。
【００２４】また、真空チャンバー１には、真空チャン
バー１内の圧力を測定する圧力測定装置８と、この圧力
測定装置８からの測定信号がフィードバックされて真空
チャンバー１内を０．０１Ｐａ〜２０Ｐａの範囲で選定
した圧力に制御するガス導入制御装置９と、真空チャン
バー１内へガスを供給するガス供給装置１０とが配設さ
れている。そして、ガス導入制御装置９には、真空チャ
ンバー１内へガスを導入するためのガス導入管１１が連
結され、そのガス導入管１１先端のガス導入口１１ａ
は、主真空排気装置Ｐ１と対向する位置で、かつ供給す
る導入ガスがターゲット材３と基材５との間を横断する
ような向きに配設されている。
バー１内の圧力を測定する圧力測定装置８と、この圧力
測定装置８からの測定信号がフィードバックされて真空
チャンバー１内を０．０１Ｐａ〜２０Ｐａの範囲で選定
した圧力に制御するガス導入制御装置９と、真空チャン
バー１内へガスを供給するガス供給装置１０とが配設さ
れている。そして、ガス導入制御装置９には、真空チャ
ンバー１内へガスを導入するためのガス導入管１１が連
結され、そのガス導入管１１先端のガス導入口１１ａ
は、主真空排気装置Ｐ１と対向する位置で、かつ供給す
る導入ガスがターゲット材３と基材５との間を横断する
ような向きに配設されている。
【００２５】さらに、真空チャンバー１の側部には観察
窓１２が取り付けられ、この観察窓１２の内側には真空
チャンバー１の内部を目視可能にするために薄いフィル
ム１３が巻取式に取り付けられ、このフィルム１３を通
してセラミックス成膜時の状態が目視可能となってい
る。
窓１２が取り付けられ、この観察窓１２の内側には真空
チャンバー１の内部を目視可能にするために薄いフィル
ム１３が巻取式に取り付けられ、このフィルム１３を通
してセラミックス成膜時の状態が目視可能となってい
る。
【００２６】このフィルム１３は、高温連続加熱時、輻
射熱により収縮損傷しないように２００℃以上の耐熱性
を有する高分子材料が使用される。本実施例において
は、ポリイミドフィルムが使用され、このポリイミドフ
ィルムは高温加熱時にも成膜時の状態を良好に観察可能
であることが判明している。
射熱により収縮損傷しないように２００℃以上の耐熱性
を有する高分子材料が使用される。本実施例において
は、ポリイミドフィルムが使用され、このポリイミドフ
ィルムは高温加熱時にも成膜時の状態を良好に観察可能
であることが判明している。
【００２７】さらに、真空チャンバー１の内壁全体に
は、複数に分割された防熱板１４が複数枚積層して取り
付けられている。この防熱板１４は、基材加熱装置６に
よる高温の輻射熱が真空チャンバー１の内壁，シャッタ
ー４の真空シール部，圧力測定装置８などに直接または
反射して当たらないようにするためである。したがっ
て、本実施例における防熱板１４は、輻射熱が局所的に
強く当たる個所を分割構造として、防熱板１４全体の熱
変形を極小にしている。
は、複数に分割された防熱板１４が複数枚積層して取り
付けられている。この防熱板１４は、基材加熱装置６に
よる高温の輻射熱が真空チャンバー１の内壁，シャッタ
ー４の真空シール部，圧力測定装置８などに直接または
反射して当たらないようにするためである。したがっ
て、本実施例における防熱板１４は、輻射熱が局所的に
強く当たる個所を分割構造として、防熱板１４全体の熱
変形を極小にしている。
【００２８】図２（Ａ），（Ｂ）は本実施例における分
割された防熱板１４の正面図，平面図である。図２
（Ａ），（Ｂ）に示すように、複数に分割された防熱板
１４は長手方向にリブ１５が取り付けられ、このリブ１
５により補強されて剛構造となっており、輻射熱が強く
当る部分に切欠部１７が形成され、この切欠部１７は別
の防熱板１８を止金１９に掛止することで塞がれてい
る。
割された防熱板１４の正面図，平面図である。図２
（Ａ），（Ｂ）に示すように、複数に分割された防熱板
１４は長手方向にリブ１５が取り付けられ、このリブ１
５により補強されて剛構造となっており、輻射熱が強く
当る部分に切欠部１７が形成され、この切欠部１７は別
の防熱板１８を止金１９に掛止することで塞がれてい
る。
【００２９】図３は本実施例におけるシャッター４を示
す構成図である。このシャッター４は、基材加熱装置６
およびターゲット材３からの輻射熱が最も強く当たる個
所である。そのため本実施例においては、シャッター４
の真空シール部および軸受部を真空チャンバー１の外部
に配設し、さらにシャッター軸２０を水冷構造としてい
る。
す構成図である。このシャッター４は、基材加熱装置６
およびターゲット材３からの輻射熱が最も強く当たる個
所である。そのため本実施例においては、シャッター４
の真空シール部および軸受部を真空チャンバー１の外部
に配設し、さらにシャッター軸２０を水冷構造としてい
る。
【００３０】すなわち、シャッター軸２０には冷却水供
給口２１から冷却水が供給されるとともに、冷却水出口
２２から冷却水が排出されることで、シャッター軸２０
を冷却している。また、シャッター軸２０は、真空シー
ル２３を介して外筒２４とシールされるとともに、軸受
２５を介してモータ２６により旋回可能に構成されてい
る。さらに、外筒２４は、真空チャンバー１に対し真空
シール２７によりシールされる一方、その真空シール２
７の直下に冷却水供給口２８および冷却水出口２９が設
けられて冷却される。
給口２１から冷却水が供給されるとともに、冷却水出口
２２から冷却水が排出されることで、シャッター軸２０
を冷却している。また、シャッター軸２０は、真空シー
ル２３を介して外筒２４とシールされるとともに、軸受
２５を介してモータ２６により旋回可能に構成されてい
る。さらに、外筒２４は、真空チャンバー１に対し真空
シール２７によりシールされる一方、その真空シール２
７の直下に冷却水供給口２８および冷却水出口２９が設
けられて冷却される。
【００３１】このように本実施例のセラミックス被覆部
材の製造装置は、厚膜セラミックス被覆を形成する装置
であり、５００℃以上の高温連続加熱下および低真空陰
イオンガス雰囲気下で、電子ビームにより厚膜のセラミ
ックス皮膜を安定して形成する装置である。そして、５
００℃以上の高温連続加熱下において安定した真空状態
を実現している。
材の製造装置は、厚膜セラミックス被覆を形成する装置
であり、５００℃以上の高温連続加熱下および低真空陰
イオンガス雰囲気下で、電子ビームにより厚膜のセラミ
ックス皮膜を安定して形成する装置である。そして、５
００℃以上の高温連続加熱下において安定した真空状態
を実現している。
【００３２】さらに、本実施例のセラミックス被覆部材
の製造装置は、厚膜セラミックス皮膜の成膜過程で陰イ
オンガスを導入しており、この時の圧力は最大２０Ｐａ
になる。このような圧力下では、電子ビーム（ＥＢ）が
正常に動作せず、さらに酸素ガスを導入した場合は、電
子銃室２内において電子ビームを発生させるフィラメン
トの寿命が極端に短くなる。
の製造装置は、厚膜セラミックス皮膜の成膜過程で陰イ
オンガスを導入しており、この時の圧力は最大２０Ｐａ
になる。このような圧力下では、電子ビーム（ＥＢ）が
正常に動作せず、さらに酸素ガスを導入した場合は、電
子銃室２内において電子ビームを発生させるフィラメン
トの寿命が極端に短くなる。
【００３３】しかしながら、本実施例の製造装置は、局
所真空排気装置Ｐ２により電子銃室２が局所的に真空排
気される構造であるため、電子ビームを発生させるフィ
ラメント近傍は１０-2Ｐａ台以下の真空度となってお
り、長時間安定したビーム発生を実現している。
所真空排気装置Ｐ２により電子銃室２が局所的に真空排
気される構造であるため、電子ビームを発生させるフィ
ラメント近傍は１０-2Ｐａ台以下の真空度となってお
り、長時間安定したビーム発生を実現している。
【００３４】次に、上記実施例の製造装置を用いたセラ
ミックス被覆部材の製造方法を説明する。
ミックス被覆部材の製造方法を説明する。
【００３５】基材５にジルコニアを被覆する場合には、
皮膜と同種のジルコニアからなるターゲット材３を真空
チャンバー１内に装着し、主真空排気装置Ρ１によって
真空チャンバー１を１０-4Ｐａ程度の真空度になるまで
真空引きする。
皮膜と同種のジルコニアからなるターゲット材３を真空
チャンバー１内に装着し、主真空排気装置Ρ１によって
真空チャンバー１を１０-4Ｐａ程度の真空度になるまで
真空引きする。
【００３６】次いで、基材加熱装置６により基材５を５
００℃以上に加熱し、電子銃室２からターゲット材３に
電子ビームを照射する。この電子ビーム照射によりター
ゲット材３が溶融状態になった時点でシャッター４を開
け、基材５への成膜を開始する。また、これと同時に、
ターゲット材３の陰イオンガスである酸素をガス導入管
１１から導入する。
００℃以上に加熱し、電子銃室２からターゲット材３に
電子ビームを照射する。この電子ビーム照射によりター
ゲット材３が溶融状態になった時点でシャッター４を開
け、基材５への成膜を開始する。また、これと同時に、
ターゲット材３の陰イオンガスである酸素をガス導入管
１１から導入する。
【００３７】一般に、セラミックス薄膜の形成において
は、例えば真空蒸着やイオンプレーティングでは、基材
温度は５００℃以下にしている。本実施例の厚膜形成で
は、密着性のよい強固な厚い皮膜を形成するために、基
材温度を５００℃以上に保持し続けることが好ましい。
また、皮膜の種類によっては７００℃以上に加熱保持す
ることがより好ましい。したがって、この高温連続加熱
を行うことは、以下の理由による。
は、例えば真空蒸着やイオンプレーティングでは、基材
温度は５００℃以下にしている。本実施例の厚膜形成で
は、密着性のよい強固な厚い皮膜を形成するために、基
材温度を５００℃以上に保持し続けることが好ましい。
また、皮膜の種類によっては７００℃以上に加熱保持す
ることがより好ましい。したがって、この高温連続加熱
を行うことは、以下の理由による。
【００３８】すなわち、高温連続加熱で成膜することに
より、基材５に積層・成長していく微細結晶粒が融合一
体化し、一個一個の結晶粒が強固となる。そして、これ
らの強固な結晶粒から形成された厚膜のセラミックス皮
膜は、熱応力に対して非常に強い皮膜組織となってお
り、耐クラック性，耐剥離性に優れた皮膜となる。そし
て、この加熱温度は、基材５の機械的性質の大幅な低下
をもたらす軟化温度あるいは時効温度を上限とする。
より、基材５に積層・成長していく微細結晶粒が融合一
体化し、一個一個の結晶粒が強固となる。そして、これ
らの強固な結晶粒から形成された厚膜のセラミックス皮
膜は、熱応力に対して非常に強い皮膜組織となってお
り、耐クラック性，耐剥離性に優れた皮膜となる。そし
て、この加熱温度は、基材５の機械的性質の大幅な低下
をもたらす軟化温度あるいは時効温度を上限とする。
【００３９】このようにして形成したセラミックス層
は、薄い膜厚のものでも５０μｍ、厚いものでは５００
μｍの厚さをもった皮膜を形成することができた。図４
に３００μｍ厚さのセラミックス層断面写真を示す。
は、薄い膜厚のものでも５０μｍ、厚いものでは５００
μｍの厚さをもった皮膜を形成することができた。図４
に３００μｍ厚さのセラミックス層断面写真を示す。
【００４０】また、本実施例は、形成する皮膜組成をタ
ーゲット材３と同一の化学量論的組成とするため、タ一
ゲット材３を構成する陰イオンのガスを成膜中に供給し
続け、しかもその供給ガスがタ一ゲット材３と基材５と
の間の空間を横断するように流すようにしている。
ーゲット材３と同一の化学量論的組成とするため、タ一
ゲット材３を構成する陰イオンのガスを成膜中に供給し
続け、しかもその供給ガスがタ一ゲット材３と基材５と
の間の空間を横断するように流すようにしている。
【００４１】表１は形成されたジルコニア皮膜の組成
が、供給ガスの流れによってどのように変化するかを示
している。すなわち、ガス供給位置とジルコニア皮膜組
成との関係を示している。
が、供給ガスの流れによってどのように変化するかを示
している。すなわち、ガス供給位置とジルコニア皮膜組
成との関係を示している。
【００４２】
【表１】
【００４３】表１によれば、ガスが基材５およびターゲ
ット材３に直接当たるように供給した場合は、いづれも
皮膜組成は化学量論的組成ＺｒＯ2 から外れ、皮膜の色
も灰色から黒色へと変化した。ガス供給が基材５とター
ゲット材３との空間を横断するようになされた場合の
み、ターゲット材３と同じ正常な組成が得られた。本実
施例であるジルコニア皮膜の場合は、前記のガス供給位
置を表１に示したように適正化し、さらにガス供給を圧
力一定の制御とすることにより、安定して厚いセラミッ
クス皮膜の形成を行うことができた。
ット材３に直接当たるように供給した場合は、いづれも
皮膜組成は化学量論的組成ＺｒＯ2 から外れ、皮膜の色
も灰色から黒色へと変化した。ガス供給が基材５とター
ゲット材３との空間を横断するようになされた場合の
み、ターゲット材３と同じ正常な組成が得られた。本実
施例であるジルコニア皮膜の場合は、前記のガス供給位
置を表１に示したように適正化し、さらにガス供給を圧
力一定の制御とすることにより、安定して厚いセラミッ
クス皮膜の形成を行うことができた。
【００４４】したがって、ガスの導入はセラミックス被
覆を行う基材５とターゲット材３との空間を横切るよう
に導入し、蒸発したセラミックスと十分に接触して反応
を促進させている。
覆を行う基材５とターゲット材３との空間を横切るよう
に導入し、蒸発したセラミックスと十分に接触して反応
を促進させている。
【００４５】さらに、このガス導入に際しては、真空チ
ャンバー１の圧力を測定する圧力測定装置８からの信号
をガス導入制御装置９にフィードバックし、０．０１Ｐ
ａ〜２０Ｐａの範囲で選定した圧力において、圧力が一
定となる制御を行いながら、ターゲット材３を構成する
陰イオン元素のガスを導入している。
ャンバー１の圧力を測定する圧力測定装置８からの信号
をガス導入制御装置９にフィードバックし、０．０１Ｐ
ａ〜２０Ｐａの範囲で選定した圧力において、圧力が一
定となる制御を行いながら、ターゲット材３を構成する
陰イオン元素のガスを導入している。
【００４６】ここで、圧力設定の下限値０．０１Ｐａ
は、正常な皮膜組成が得られるためのガス量を規定する
ものであり、上限値の２０Ｐａは主真空排気装置の排気
が正常に行え、かつ健全な皮膜形成が行える限度であ
る。
は、正常な皮膜組成が得られるためのガス量を規定する
ものであり、上限値の２０Ｐａは主真空排気装置の排気
が正常に行え、かつ健全な皮膜形成が行える限度であ
る。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のセラミッ
クス被覆部材の製造装置によれば、ガスを導入するガス
導入先端を、真空チャンバー内を真空引きする主真空排
気装置と対向する位置で、かつ基材とターゲットの中間
位置に配設したことにより、５００℃以上の高温連続加
熱下および低真空陰イオンガス雰囲気下で、電子ビーム
により厚膜のセラミックス皮膜を安定して形成すること
ができる。
クス被覆部材の製造装置によれば、ガスを導入するガス
導入先端を、真空チャンバー内を真空引きする主真空排
気装置と対向する位置で、かつ基材とターゲットの中間
位置に配設したことにより、５００℃以上の高温連続加
熱下および低真空陰イオンガス雰囲気下で、電子ビーム
により厚膜のセラミックス皮膜を安定して形成すること
ができる。
【００４８】また、本発明のセラミックス被覆部材の製
造方法によれば、セラミックス被覆を行う基材とターゲ
ット材との空間を横切るように、ターゲット材を構成す
る陰イオン元素のガスを流してセラミックス皮膜を形成
することにより、数μｍの厚さでは機能が十分に果たせ
ないセラミックス皮膜において、従来よりも１０倍から
１００倍厚いセラミックス皮膜を形成させることができ
る。
造方法によれば、セラミックス被覆を行う基材とターゲ
ット材との空間を横切るように、ターゲット材を構成す
る陰イオン元素のガスを流してセラミックス皮膜を形成
することにより、数μｍの厚さでは機能が十分に果たせ
ないセラミックス皮膜において、従来よりも１０倍から
１００倍厚いセラミックス皮膜を形成させることができ
る。
【図１】本発明に係るセラミックス被覆部材の製造装置
の一実施例を示す概略図。
の一実施例を示す概略図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は本実施例における分割された
防熱板の正面図，平面図。
防熱板の正面図，平面図。
【図３】本実施例におけるシャッターを示す構成図。
【図４】本実施例のセラミックス被覆部材の断面形状を
示す顕微鏡写真。
示す顕微鏡写真。
１ 真空チャンバー ２ 電子銃室 ３ ターゲット材 ４ シャッター ５ 基材 ６ 基材加熱装置 ７ 熱センサー ８ 圧力測定装置 ９ ガス導入制御装置 １０ ガス供給装置 １１ ガス導入管 １１ａ ガス導入口 １２ 観察窓 １３ フイルム １４ 防熱板 １５ リブ １７ 切欠部 １８ 防熱板 １９ 止金 ２０ シャッター軸 ２１ 冷却水供給口 ２２ 冷却水出口 ２３ 真空シール ２４ 外筒 ２５ 軸受 ２６ モータ ２７ 真空シール ２８ 冷却水供給口 ２９ 冷却水出口 Ｐ１ 主真空排気装置 Ｐ２ 局所真空排気装置
Claims (7)
- 【請求項１】 真空チャンバー内における電子銃室から
発生した電子ビームによりセラミックスからなるターゲ
ット材を蒸発させて基材にセラミックス被覆部材を形成
するセラミックス被覆部材の製造装置であって、前記真
空チャンバーの外壁を水冷構造とする一方、その内壁に
複数に分割した防熱板を取り付け、前記真空チャンバー
に前記ターゲット材を構成する陰イオン元素のガスをガ
ス供給装置から導入し、このガスを導入するガス導入管
先端を、真空チャンバー内を真空引きする主真空排気装
置と対向する位置で、かつ前記基材と前記ターゲット材
の中間位置に配設したことを特徴とするセラミックス被
覆部材の製造装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のセラミックス被覆部材の
製造装置において、真空チャンバーの内壁に取り付けら
れた防熱板が剛構造で、かつ輻射熱が局所的に集中する
箇所を分割し、この分割した部分を別の防熱板で塞いだ
ことを特徴とするセラミックス被覆部材の製造装置。 - 【請求項３】 請求項１記載のセラミックス被覆部材の
製造装置において、真空チャンバー内に設けられたター
ゲット材上部にシャッターを配設し、このシャッターは
真空シール部および軸受部を前記真空チャンバーの外部
に配設するとともに、シャッター軸を水冷構造としたこ
とを特徴とするセラミックス被覆部材の製造装置。 - 【請求項４】 請求項１記載のセラミックス被覆部材の
製造装置において、真空チャンバーに観察窓が取り付け
られ、この観察窓は２００℃以上の耐熱性を有する高分
子材料フィルムを具備したことを特徴とするセラミック
ス被覆部材の製造装置。 - 【請求項５】 請求項１記載のセラミックス被覆部材の
製造装置において、電子銃室に局所真空排気装置を連結
したことを特徴とするセラミックス被覆部材の製造装
置。 - 【請求項６】 真空チャンバー内で電子ビームによりタ
ーゲット材を蒸発させて基材にセラミックス被覆部材を
形成するセラミックス被覆部材の製造方法において、セ
ラミックス皮膜と同種類のセラミックスをターゲット材
として用い、セラミックス被覆を行う基材を５００℃以
上の高温に加熱し、前記ターゲット材と前記基材間の空
間を横断するように、前記ターゲット材を構成する陰イ
オン元素のガスを流してセラミックス皮膜を形成するこ
とを特徴とするセラミックス被覆部材の製造方法。 - 【請求項７】 請求項６記載のセラミックス被覆部材の
製造方法において、真空チャンバー内の圧力を０．０１
Ｐａ〜２０Ｐａの範囲で一定となる制御を行いながら、
ターゲット材を構成する陰イオン元素のガスを導入する
ことを特徴とするセラミックス被覆部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10685197A JPH10280134A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | セラミックス被覆部材の製造装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10685197A JPH10280134A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | セラミックス被覆部材の製造装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10280134A true JPH10280134A (ja) | 1998-10-20 |
Family
ID=14444129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10685197A Withdrawn JPH10280134A (ja) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | セラミックス被覆部材の製造装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10280134A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521584A (ja) * | 1999-08-04 | 2003-07-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 電子ビーム物理蒸着被覆装置と該装置用の観察ポート |
| KR100426658B1 (ko) * | 2002-01-31 | 2004-04-13 | 한국수력원자력 주식회사 | 소형 전자총을 이용한 코팅장치 |
| JP2006299378A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | National Institute For Materials Science | 熱処理装置と蒸着処理装置の複合装置 |
| CN110295351A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-01 | 东莞市汇成真空科技有限公司 | 一种通过翻转式靶门隔离靶体的镀膜机 |
| WO2025182179A1 (ja) * | 2024-02-27 | 2025-09-04 | 株式会社アルバック | 遮蔽ユニット及びこの遮蔽ユニットを備える真空蒸着装置 |
-
1997
- 1997-04-10 JP JP10685197A patent/JPH10280134A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521584A (ja) * | 1999-08-04 | 2003-07-15 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 電子ビーム物理蒸着被覆装置と該装置用の観察ポート |
| KR100426658B1 (ko) * | 2002-01-31 | 2004-04-13 | 한국수력원자력 주식회사 | 소형 전자총을 이용한 코팅장치 |
| JP2006299378A (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | National Institute For Materials Science | 熱処理装置と蒸着処理装置の複合装置 |
| CN110295351A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-01 | 东莞市汇成真空科技有限公司 | 一种通过翻转式靶门隔离靶体的镀膜机 |
| CN110295351B (zh) * | 2019-05-27 | 2024-02-27 | 东莞市汇成真空科技有限公司 | 一种通过翻转式靶门隔离靶体的镀膜机 |
| WO2025182179A1 (ja) * | 2024-02-27 | 2025-09-04 | 株式会社アルバック | 遮蔽ユニット及びこの遮蔽ユニットを備える真空蒸着装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20051226 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060711 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060906 |