JPS6154113B2 - - Google Patents
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- JPS6154113B2 JPS6154113B2 JP12893081A JP12893081A JPS6154113B2 JP S6154113 B2 JPS6154113 B2 JP S6154113B2 JP 12893081 A JP12893081 A JP 12893081A JP 12893081 A JP12893081 A JP 12893081A JP S6154113 B2 JPS6154113 B2 JP S6154113B2
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
Description
本発明は、硼素構造材の製造方法に関するもの
で、硼素構造材を構成する硼素の膜質や機械的性
質の向上および硼素構造材のコストダウンを目的
とするものである。 硼素(B)はダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち、かつ
その耐摩耗性も非常に大きいものであるため、切
削工具や摺動機械部品、軸受けなどに有用な材料
である。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という優れた特徴を
もつている。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、音響材料と
して特に有用である。 硼素応用製品を鋳造や圧延といつた方法を用い
て緻密な塊の状態で得ることは困難であり、この
ため、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、ホウ素被膜を形成した複合体とし
て用いられている。 このような従来の方法は、ホウ素の硬さやその
優れた耐摩耗性を利用しようとする製品の場合に
は、大きな支障を生じることがない。ところが、
比弾性率の大きさを利用するスピーカーの振動板
や、カートリツジのカンチレバー等の音響材料あ
るいは、ビデオデイスクのカンチレバー等ではき
わめて重大な支障となる。すなわち、複合体の密
度や弾性率は基体の性質に大きく左右され、硼素
本来の性質がそれによつて大きく減殺されるから
である。 また、上記した方法以外に、タンタル（Ta）、
ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、タングステン
（Ｗ）等の線（0.2〜0.4mmφ）に硼素をCVD法に
より蒸着させ、その後これらの芯線を溶解除去し
て硼素単体を得ることが可能となつているが、振
動板やビデオデイスクのカンチレバー等の大きな
形状のものをこれらの芯線や基体で歩留り良く作
成するのは、基体との熱膨張の違いや、蒸着され
た硼素の内部応力のため困難であつた。特にMo
やＷ等の安価な芯材で硼素単体の大きな構造材を
歩留り良く作成するのは困難であつた。 本発明はかかる従来の欠点を除去するためにな
されたものであり、クロムで被覆されたＷ基体上
に減圧化学蒸着法（LP−CVD法）により硼素を
析出させ、その後熱処理によりＷ基体表面に
CrB2、WB2、W2B5の少くとも１つからなる結晶
層を形成し、この上に硼素層を析出させることに
より、機械的強度があり、しかも歩留りの良い硼
素構造材を提供できるようにしたものである。 以下、本発明の製造方法について具体的に説明
する。 硼素をLP−CVD法により、基体上に形成する
方法は、たとえば減圧にされた反応器内におかれ
た基体を、赤外線加熱、高周波加熱、通電等によ
り加熱し、次式に示すごとき還元分解反応により
硼素を析出させる。 2BX3＋3H2→2B＋6HX （ただし、ＸはCl、Br、Ｉ等のハロゲン元素） CVD法に使用する原料ガスとしては、BX3の他
に硼素の水素化物等がある。また、この硼素析出
反応においては、加熱温度、減圧状態、ガス圧、
反応器への原料ガスの流入量等により種々の結晶
形態が得られる。特に減圧状態では、上記の反応
は700℃〜1000℃でアモルフアス状態の硼素が、
1000℃〜1300℃でβ−ロンボヘドラル硼素が得ら
れる。特に、常圧のCVD法にくらべて、LP−
CVD法は低温でアモルフアス硼素やβ−ロンボ
ヘドラル硼素が析出されるため、基体と蒸着硼素
との間の熱的ひずみが少なく有利である。 LP−CVD法を用いてＷ基体上にアモルフアス
硼素を析出させる際の温度は700〜800℃が適当で
あり、700℃より低い温度では析出速度が非常に
遅く、パウダー状で析出するため、この後熱処理
によつてCrB2、WB2、W2B5を作成するのが困難
であり、800℃を越える温度では基体（Ｗ）とア
モルフアス硼素との間にひずみが入りやすい。ま
た、これらのアモルフアス硼素を熱処理によつて
拡散させて、CrB2、WB2、W2B5の少くとも１つ
からなる結晶層を形成する際の温度としては、
850〜1250℃が適当であり、850℃より低い温度で
は、CrB2、WB2、W2B5が生成しにくく、1250℃
を越える温度では熱的なひずみを生じやすい。ま
たＷの硼化物として、WB2、W2B5あるいは、こ
れらの混合物の結晶に限定したのは、これらの結
晶系がW2B、WBにくらべて硼素に近い熱膨張係
数を持つており、したがつて、硼素膜にひずみが
生じにくいためである。またWB4では、硼素と
WB4間の結合力が強くなりすぎて、エツチングし
にくくなる欠点を有している。CrB2、WB2、
W2B5の少くとも１つからなる結晶層の厚さは20
〜200μｍが良く、20μｍより薄くなると、硼素
層とＷ基体の熱ひずみを緩和することができず、
また200μｍより厚くなると基体自身がもろくな
り保形性が保ちにくい。またＷ基体にCrを被覆
するのは、硼素とWB2あるいはW2B5との密着性
を弱め、化学的あるいは機械的に基体を除去しや
すくするためである。この場合、Crは硼素と反
応してCrB2となり、硼素とWB2あるいはW2B5と
の間の密着性を弱める働きをし、そのためエツチ
ング歩留りが向上するという効果がある。なお
Crの膜厚は数μｍ程度であることが望ましい。
次いでこの硼化物上に硼素を蒸着法、CVD法等
を用いて析出させ、しかるのち化学的あるいは機
械的に基体を除去し、硼素単体から成る構造材を
得る。 以下、本発明の一実施例について説明する。直
径2.0mm、長さ100cmのＷ線を準備し、脱脂、洗浄
ののち、スパツタリング法で約１ミクロン厚の
Crを被覆した。次にCVD炉の中にこの線をお
き、ロータリーポンプで炉内の空気を排除し、通
電により700℃に加熱した。次に三塩化硼素
（BCl3）１容量部と、水素（H2）３容量部を毎分
２の割合で４分間流した。この時、減圧状態は
100Torrになるようにロータリーポンプとバルブ
でコントロールした。その後BCl3ガスのみを止
め、850℃にて熱処理を３分間行ない、アモルフ
アス硼素を拡散させ20μｍ厚のWB2とした（Ｘ線
解析の結果）。次いで、再びBCl3ガスを流し、基
体芯線を1000℃に保ち、６分間ガスを流した。こ
れによりWB3上にアモルフアス硼素が50μｍ析出
した。このようにして作つた試料を４cmの長さに
切断して、Brとメタノールの混合液に浸漬さ
せ、ＷおよびWB2を溶解させた。 次に梁の長さを3.5cmとし、両端支持梁の形で
荷重を加えて、パイプが破壊した時の荷重より平
均強度を求めた。その結果、切断したサンプル20
本中17本が良品で、その平均強度は1.85Kgであつ
た。この結果を次表の試料No.1に示す。 以下、各条件を変え、実施例と同様にして硼素
構造材を得た。その結果を次表に示す。ただし試
料番号No.10〜No.15は比較例である。また、す
べての試料は、内径および外径がそれぞれ2.0
mm、2.1mmと一定の値になるように（肉厚が50μ
ｍで一定）硼素の析出量をコントロールした。
で、硼素構造材を構成する硼素の膜質や機械的性
質の向上および硼素構造材のコストダウンを目的
とするものである。 硼素(B)はダイヤモンドに次ぐ硬度を持ち、かつ
その耐摩耗性も非常に大きいものであるため、切
削工具や摺動機械部品、軸受けなどに有用な材料
である。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という優れた特徴を
もつている。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、音響材料と
して特に有用である。 硼素応用製品を鋳造や圧延といつた方法を用い
て緻密な塊の状態で得ることは困難であり、この
ため、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、ホウ素被膜を形成した複合体とし
て用いられている。 このような従来の方法は、ホウ素の硬さやその
優れた耐摩耗性を利用しようとする製品の場合に
は、大きな支障を生じることがない。ところが、
比弾性率の大きさを利用するスピーカーの振動板
や、カートリツジのカンチレバー等の音響材料あ
るいは、ビデオデイスクのカンチレバー等ではき
わめて重大な支障となる。すなわち、複合体の密
度や弾性率は基体の性質に大きく左右され、硼素
本来の性質がそれによつて大きく減殺されるから
である。 また、上記した方法以外に、タンタル（Ta）、
ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）、タングステン
（Ｗ）等の線（0.2〜0.4mmφ）に硼素をCVD法に
より蒸着させ、その後これらの芯線を溶解除去し
て硼素単体を得ることが可能となつているが、振
動板やビデオデイスクのカンチレバー等の大きな
形状のものをこれらの芯線や基体で歩留り良く作
成するのは、基体との熱膨張の違いや、蒸着され
た硼素の内部応力のため困難であつた。特にMo
やＷ等の安価な芯材で硼素単体の大きな構造材を
歩留り良く作成するのは困難であつた。 本発明はかかる従来の欠点を除去するためにな
されたものであり、クロムで被覆されたＷ基体上
に減圧化学蒸着法（LP−CVD法）により硼素を
析出させ、その後熱処理によりＷ基体表面に
CrB2、WB2、W2B5の少くとも１つからなる結晶
層を形成し、この上に硼素層を析出させることに
より、機械的強度があり、しかも歩留りの良い硼
素構造材を提供できるようにしたものである。 以下、本発明の製造方法について具体的に説明
する。 硼素をLP−CVD法により、基体上に形成する
方法は、たとえば減圧にされた反応器内におかれ
た基体を、赤外線加熱、高周波加熱、通電等によ
り加熱し、次式に示すごとき還元分解反応により
硼素を析出させる。 2BX3＋3H2→2B＋6HX （ただし、ＸはCl、Br、Ｉ等のハロゲン元素） CVD法に使用する原料ガスとしては、BX3の他
に硼素の水素化物等がある。また、この硼素析出
反応においては、加熱温度、減圧状態、ガス圧、
反応器への原料ガスの流入量等により種々の結晶
形態が得られる。特に減圧状態では、上記の反応
は700℃〜1000℃でアモルフアス状態の硼素が、
1000℃〜1300℃でβ−ロンボヘドラル硼素が得ら
れる。特に、常圧のCVD法にくらべて、LP−
CVD法は低温でアモルフアス硼素やβ−ロンボ
ヘドラル硼素が析出されるため、基体と蒸着硼素
との間の熱的ひずみが少なく有利である。 LP−CVD法を用いてＷ基体上にアモルフアス
硼素を析出させる際の温度は700〜800℃が適当で
あり、700℃より低い温度では析出速度が非常に
遅く、パウダー状で析出するため、この後熱処理
によつてCrB2、WB2、W2B5を作成するのが困難
であり、800℃を越える温度では基体（Ｗ）とア
モルフアス硼素との間にひずみが入りやすい。ま
た、これらのアモルフアス硼素を熱処理によつて
拡散させて、CrB2、WB2、W2B5の少くとも１つ
からなる結晶層を形成する際の温度としては、
850〜1250℃が適当であり、850℃より低い温度で
は、CrB2、WB2、W2B5が生成しにくく、1250℃
を越える温度では熱的なひずみを生じやすい。ま
たＷの硼化物として、WB2、W2B5あるいは、こ
れらの混合物の結晶に限定したのは、これらの結
晶系がW2B、WBにくらべて硼素に近い熱膨張係
数を持つており、したがつて、硼素膜にひずみが
生じにくいためである。またWB4では、硼素と
WB4間の結合力が強くなりすぎて、エツチングし
にくくなる欠点を有している。CrB2、WB2、
W2B5の少くとも１つからなる結晶層の厚さは20
〜200μｍが良く、20μｍより薄くなると、硼素
層とＷ基体の熱ひずみを緩和することができず、
また200μｍより厚くなると基体自身がもろくな
り保形性が保ちにくい。またＷ基体にCrを被覆
するのは、硼素とWB2あるいはW2B5との密着性
を弱め、化学的あるいは機械的に基体を除去しや
すくするためである。この場合、Crは硼素と反
応してCrB2となり、硼素とWB2あるいはW2B5と
の間の密着性を弱める働きをし、そのためエツチ
ング歩留りが向上するという効果がある。なお
Crの膜厚は数μｍ程度であることが望ましい。
次いでこの硼化物上に硼素を蒸着法、CVD法等
を用いて析出させ、しかるのち化学的あるいは機
械的に基体を除去し、硼素単体から成る構造材を
得る。 以下、本発明の一実施例について説明する。直
径2.0mm、長さ100cmのＷ線を準備し、脱脂、洗浄
ののち、スパツタリング法で約１ミクロン厚の
Crを被覆した。次にCVD炉の中にこの線をお
き、ロータリーポンプで炉内の空気を排除し、通
電により700℃に加熱した。次に三塩化硼素
（BCl3）１容量部と、水素（H2）３容量部を毎分
２の割合で４分間流した。この時、減圧状態は
100Torrになるようにロータリーポンプとバルブ
でコントロールした。その後BCl3ガスのみを止
め、850℃にて熱処理を３分間行ない、アモルフ
アス硼素を拡散させ20μｍ厚のWB2とした（Ｘ線
解析の結果）。次いで、再びBCl3ガスを流し、基
体芯線を1000℃に保ち、６分間ガスを流した。こ
れによりWB3上にアモルフアス硼素が50μｍ析出
した。このようにして作つた試料を４cmの長さに
切断して、Brとメタノールの混合液に浸漬さ
せ、ＷおよびWB2を溶解させた。 次に梁の長さを3.5cmとし、両端支持梁の形で
荷重を加えて、パイプが破壊した時の荷重より平
均強度を求めた。その結果、切断したサンプル20
本中17本が良品で、その平均強度は1.85Kgであつ
た。この結果を次表の試料No.1に示す。 以下、各条件を変え、実施例と同様にして硼素
構造材を得た。その結果を次表に示す。ただし試
料番号No.10〜No.15は比較例である。また、す
べての試料は、内径および外径がそれぞれ2.0
mm、2.1mmと一定の値になるように（肉厚が50μ
ｍで一定）硼素の析出量をコントロールした。
【表】
表から明らかなように、本発明の範囲内の試料
は抗折強度が大きく、歩留りも良く、音響材料と
して極めて優れた特性を有している。 以上説明した如く、本発明の製造方法は、Ｗ基
体上にLP−CVD法によりアモルフアス硼素を析
出させ、その後熱処理によりこれを拡散させて
CrB2、WB2、W2B5を生成させ、更に基体上に硼
素を析出させ、その後基体を除去して硼素単体を
得るようにしたものであり、このような本発明の
方法は、従来の方法と比較して高強度の硼素構造
材を歩留り良く、しかも安価に得ることができる
ため、その産業上の価置は大きいものである。
は抗折強度が大きく、歩留りも良く、音響材料と
して極めて優れた特性を有している。 以上説明した如く、本発明の製造方法は、Ｗ基
体上にLP−CVD法によりアモルフアス硼素を析
出させ、その後熱処理によりこれを拡散させて
CrB2、WB2、W2B5を生成させ、更に基体上に硼
素を析出させ、その後基体を除去して硼素単体を
得るようにしたものであり、このような本発明の
方法は、従来の方法と比較して高強度の硼素構造
材を歩留り良く、しかも安価に得ることができる
ため、その産業上の価置は大きいものである。
Claims (1)
- １ クロムを被覆したタングステン基体を700〜
800℃の温度に保ち、この基体上に減圧化学蒸着
法を用いてアモルフアス硼素を析出させる第１の
工程と、前記アモルフアス硼素を析出させた基体
を850℃〜1250℃の温度で熱処理することによ
り、前記基体表面にCrB2、WB2、W2B5の少くと
も１つからなる結晶層を20〜200μｍの厚さに形
成する第２の工程と、前記結晶層上に硼素を析出
させる第３の工程と、前記基体を化学的手段もし
くは機械的手段により除去する第４の工程を経て
製造することを特徴とする硼素構造材の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56128930A JPS5832013A (ja) | 1981-08-18 | 1981-08-18 | 硼素構造材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56128930A JPS5832013A (ja) | 1981-08-18 | 1981-08-18 | 硼素構造材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5832013A JPS5832013A (ja) | 1983-02-24 |
| JPS6154113B2 true JPS6154113B2 (ja) | 1986-11-20 |
Family
ID=14996907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56128930A Granted JPS5832013A (ja) | 1981-08-18 | 1981-08-18 | 硼素構造材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5832013A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4683266B2 (ja) * | 2004-11-25 | 2011-05-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐熱合金の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
-
1981
- 1981-08-18 JP JP56128930A patent/JPS5832013A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5832013A (ja) | 1983-02-24 |
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