JPS63125667A - Ｔａ−Ｗ系非晶質合金薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ちれないものが多
く、機械的性膏、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って作製され
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、材料によって異なるが、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。従って、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−８ｉ−Ｂ合金は、融点が約２３００°Ｃ以上とき
わめて高い。このため液体急冷法によって作製されたＴ
ａ　−Ｓｉ　−Ｂ系非晶質合金は、その結晶化温度が８
００°Ｃ〜９６０°Ｃ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った（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
となってくるために、使用温度範囲は最高６００°Ｃ程
度に限定されてしまう。

さらに、液体急冷法によって作製されるＴａ−８ｉ−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％；：：” へや・１ （３５ツ 点があった。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
なかった。

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、がっ、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、（Ｔａ１−ｘＷｘ）１−、ｓｉ、、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って、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　−Ｓｉ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、その融点の高さに
対応して、いずれも１０００°Ｃ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
合金に一般にみちれるように、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って、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って、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、結晶質になってしま
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−
Ｗ−８ｉ合金、あるいは、Ｔａ、　ＷおよびＳｉを別々
に準備することができる。Ｔａ−Ｗ−８ｉ合金の場合に
は、この合金を溶解することによって、また、Ｔａ、　
Ｗおよび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って、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　−Ｓｉ合金の組成を変化させることによ
り、また、Ｔａ、　Ｗおよび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か出来るため、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って、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、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によって、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
却される構造になっている。

薄膜作製に際しては、最初に、真空チャンバー１０を真
空ポンプ１１によって、１Ｏ−８Ｔｏｒｒ台の真空まで
排気する。この状態で、電子ビーム源１２．１３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Ｓｉ
が原子状態で蒸発する。蒸着の最初１時間は、シャッタ
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、シャッ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、１Ｏ−７Ｔｏｒｒであった。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によっ
て測定したところ、−１８０°Ｃであった。蒸着は、１
時間行った。得られた薄膜の厚さは、５ｐｍ程度であっ
た。

得られたＴａ　−Ｗ　−Ｓｉ合金薄膜の構造をＸ線回折
法によって評価した。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１０００°Ｃ以上の高い結晶化温度を示しており、Ｔ
ａ　−Ｓｉ　−Ｂ系非晶質合金の場合よりもさらに１０
０°Ｃ〜２００°Ｃ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°Ｃ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、ビッカース硬度が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ｒ４ｘｊこ
一日放置しても何等腐食された様子は見られず、重量変
化も認められなかった。

第１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はチャンバー、１１は真空ポンプ、１
２および１３は電子ビーム源、１４はｊ・） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ｔａ＿１＿−＿ｘＷ＿ｘ）＿１＿−＿ｙＳｉ＿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って、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。