JPS6148580B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は硼素構造材の製造方法に関するもので
ある。 従来例の構成とその問題点 硼素は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、かつ
耐摩耗性も非常に優れたものであるため、切削工
具や摺動機械部品、軸受けなどに有用な材料とな
つている。また比弾性率（弾性率／密度）が現在
知られている物質中では最大である。この性質は
音波の伝播速度が既存の物質中で最大であること
を意味し、特に音響材料としての応用には高い価
値を発揮する。このような硼素応用製品を鋳造や
圧延といつた方法によつて、緻密な塊状で得るこ
とは困難であるため、種々の硼素応用製品の製作
にあたつては、ほとんどの場合、硼素以外の材料
からなる基体上に、蒸着法やスパツタリング法、
化学蒸着法（CVD法）などによつて、硼素被膜
を形成した複合体として製作される。 このような従来の製造方法は、硼素の硬さや、
耐摩耗性を利用する製品に応用する場合には、普
通大きな支障を生じることがない。然し比弾性率
の大きさを利用しようとするスピーカの振動板
や、カートリツジのカンチレバー、あるいはビデ
オデイスクのカンチレバー等の音響材料では極め
て重大な支障が生じる。すなわち複合体の密度や
弾性率は基体の性質や、蒸着法のプロセス過程に
よつて大きく左右され、硼素本来の性質が著しく
減殺されることがあるからである。また従来タン
タル（Ta）、ニオビウム（Nb）、モリブデン
（Mo）、タングステン（Ta）の基体に硼素（Ｂ）
を化学蒸着法により付着させた後、これらの基体
を溶解除去して、硼素単独の中空体を得る方法も
開発されているが、特に振動板やビデオデイスク
のカンチレバー等比較的大きなものにおいては、
析出した硼素構造材に異なる結晶が生じ、混晶の
形をなし、膜質の劣化、機械的強度の低下、ある
いは音波の伝播を阻害するという欠点がある。 発明の目的 本発明者は、このような従来例の欠点を解消す
るために基体をクロム層で被膜することを考えた
が、更に化学蒸着法のプロセス過程において微量
のアルゴンを添加することにより、従来のような
異結晶の発生もなく、優れた機械的性質を示し、
かつ外観もよい製品の得られる硼素構造材の製造
方法を提供しようとするものである。 発明の構成 本発明に係る硼素構造材の製造方法は、クロム
層で被覆したタンタル、モリブデン、ニオビウ
ム、あるいはタングステンの基体に、微量のアル
ゴンを添加して化学蒸着法により硼素層を形成す
ることを特徴とするものである。例えば前記基体
を反応器に収容し、赤外線加熱、高周波加熱また
は通電加熱した状態で原料ガスBX₃（ただしＸは
塩素Cl、臭素Br、沃素Ｉ等のハロゲン元素）と
水素H₂とを流入させ、この過程において微量の
アルゴンArを添加し、還元分解反応により硼素
を基体上に析出せしめる。この硼素の析出時に
は、硼素構造材の作成を容易にするために基材の
タンタル、モリブデン、ニオビウムあるいはタン
グステンとクロム層との間に独特の剥離現象を生
じさせるのであるが、アルゴンを添加しない場合
は、この剥離現象が不完全で、剥離した部分とし
ない部分とで熱むらを生じ、析出した硼素の表面
に混晶が発生し、膜質の劣化および機械的強度の
低下を招くことがあつた。アルゴンの添加により
前記剥離現象が完全かつ円滑となる。アルゴンの
添加量は反応器への原料ガスの流入量や基体の加
熱温度によつて異なるが、ほぼ0.1％乃至３％の
範囲が適当である。0.1％以下でも３％以上でも
前記剥離現象が円滑に行かず、充分な効果を上げ
にくいからである。尚基体にクロムを被覆する方
法としては、スパツタリング、真空蒸着やメツキ
などがある。 次に析出した硼素から、クロムで被覆した基体
を溶解除去して単独の硼素構造材を得るには、主
としてCl₃、HClHF、Br−メタノール等の酸を用
いる。 実施例の説明 以下本発明の具体的な実施例について説明す
る。先ず直径2.0mm長さ100cmのタンタル線を脱
脂、洗浄の後、スパツタリング法で0.5μｍのク
ロムを被覆して基体を作成した。次いでこの基体
を通電によつて1200℃に加熱し、三塩化硼素
BCl₃1容量部と水素H₂3容量部とを毎分２の割
合で３分間流し、同時に前記２に対してアルゴ
ンを0.1％添加した。この時約50μｍの硼素が析
出した。このようにして作つた試料を４cmの長さ
に切断し、市販のメタノール200mlに臭素50grを
溶解させた溶液に浸漬し、基体のタンタルおよび
被覆したクロムを溶解させた。溶解に要した時間
は20時間であつた。このとき硼素は溶解しなかつ
た。 次の表は、前記のようにして得られた硼素パイ
プを試料No.1とし、以下微量のアルゴンを添加
して得られた各種の中空の硼素構造体の試料とア
ルゴンを添加せずに得られた同様の試料との抗析
強度の測定結果を示す。

【表】

【表】 測定は梁の長さを3.5cmとして両端支持梁の形
で荷重を加え、試料が破壊したときの荷重の測定
値によつた。表中試料No.1では試料20本につい
て測定した結果、良品は19本で、その平均強度は
1.80Kgr、エツチングによる歩留は95％であつ
た。No.2、No.3は夫々アルゴン添加量の異なる
場合である。No.4乃至No.12は同様に異なる基材
によつた場合の結果である。No.13乃至No.17の
※印を付したものは、アルゴンを添加しなかつた
場合を比較例としている。特にNo.17は基材をク
ロム層で被覆しなかつた場合である。なおすべて
の試料は内径と外径とが夫々20mm、21mmと一定
（肉厚は50μｍで一定）になるように硼素の化学
蒸着（CVD）の時間を調節した。この測定結果
によれば、基材をクロム層で被覆しただけで、既
にエツチング歩留および抗折強度の著しく向上す
ることが明らかであるが、硼素の化学蒸着に当つ
て微量のアルゴンを添加すれば添加しない場合に
比して、更にエツチング歩留が６％（試料No.13
に対するNo.1およびNo.15に対するNo.7）乃至21
％（試料No.14に対するNo.5）、抗折強度が16％
（試料No.13に対するNo.1およびNo.14に対する
No.6）乃至54％（試料No.15に対するNo.8）増加
することが分る。 発明の効果 以上説明したように、本発明に係る硼素構造材
の製造方法によれば、クロム層で被覆した基体
に、化学蒸着法により硼素層を形成するに際し
て、微量のアルゴンを添加することにより、膜質
の優れた高強度の硼素構造材が歩留まりよく得ら
れ、産業上の価値が大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クロム層で被覆したタンタル、モリブデン、
   ニオビウムあるいはタングステンの基体に、微量
   のアルゴンを添加して化学蒸着法により硼素層を
   形成することを特徴とする硼素構造材の製造方
   法。 ２ アルゴンの添加量が0.1％乃至３％である特
   許請求の範囲第１項記載の硼素構造材の製造方
   法。