JPS635327B2 - - Google Patents
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- JPS635327B2 JPS635327B2 JP5736981A JP5736981A JPS635327B2 JP S635327 B2 JPS635327 B2 JP S635327B2 JP 5736981 A JP5736981 A JP 5736981A JP 5736981 A JP5736981 A JP 5736981A JP S635327 B2 JPS635327 B2 JP S635327B2
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、硼素構造材の製造方法に関するもの
であり、特に硼素構造材を構成する硼素の膜質や
機械的性質を向上させるとともに硼素構造材のコ
ストダウンを計ることを目的とするものである。 硼素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、最大であるという優れた
特徴をもつている。この性質は音波の伝幡速度が
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によ
つて、緻密な塊の状態で得ることは困難であり、
このため、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
た複合体として用いられる。 このような従来の方法は、硼素の硬さやその優
れた耐摩耗性を利用する製品に応用する場合には
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しようと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。また従来、Ta、Nb、Mo、Ｗ等の
線に硼素をCVD法により付着させ、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
の芯線や基体で作成する場合は、コストが高くな
るとともに、芯線や基体を溶解除去するのに時間
がかかりすぎるという欠点がある。 一方コスト的に安価で溶解除去が容易なFeを
芯材や基体に使用して硼素をCVD法で付着させ、
その後芯材や基体を溶解除去して硼素構造材をを
得る試みが行なわれているが、1150℃付近でFe
と硼素が共晶点を持つこと、およびFeの熱膨張
係数が硼素と大きく違うことなどにより、機械的
強度のある硼素を歩留り良く作成することが困難
であつた。 本発明は、Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷ
を被覆し、次いでこの上にCrを被覆した基体を
利用することにより、機械的にすぐれた硼素構造
材を歩留り良く得ようとするものである。 以下本発明を具体的に説明する。 Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷを被覆し、
さらにその上にCrを被覆した基体上に、硼素を
化学蒸着法（CVD法）により形成する方法は、
例えば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Ｃ、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、硼素の水素化物等でも良い。 また、この硼素析出反応においては、加熱温
度、ガス圧、反応器への原料ガスの流入量等によ
り種々の結晶形が得られる。またFe基体上に
Ta、Nb、もしくはＷを被覆する方法は、これら
が高融点物質であるため主にスパツタリングで行
なう。Crについては、真空蒸着やメツキも可能
である。 Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷを５〜20μm
の厚みにスパツタし、次いでCrを0.05〜1.5μmの
厚みに付着させる理由は、上記の化学反応が900
℃以上でおこるため、たとえばFeのみを芯材と
して1200℃で硼素を付着させようとすると、Fe
と硼素が化学反応をおこし液相状態になつてしま
い芯材が変形してしまうからであり、（Feと硼素
の合金系で液相となる共晶点は、約1150℃であ
る。）、たとえCVDの温度が1200℃以下であつて
もFeと硼素の反応が激しく硼素構造材の歩留り
が悪くなつてしまうからである。 ここで、Ta、Mo、Nb、Ｗの被覆厚さを５〜
20μmに限定したのは、次の理由による。すなわ
ちこれらの被覆が5.0μm以下であれば、硼素の拡
散がこれらの被覆層を通りぬけてしまいFeと反
応しその効果が少なくなる。また20μm以上であ
れば、Fe基体とのはく離がおこりやすくなり好
ましくない。 また、Ta、Mo、Nb、もしくはＷ上にCrをス
パツタするのは基体を溶解除去する過程でおこる
ひずみを除くことができるからである。ここで
Crの被覆厚を0.05〜1.5μmに限定したのは、
0.05μm以下であるとひずみを除く効果がなく、
1.5μm以上であれば、基体とのはく離がおこりや
すいためである。次にFe上にTa、Mo、Nb、あ
るいは、Ｗを被覆した後Crを被覆した基体を溶
解除去する方法は、主にFeCl3、HCl、HF、Br
―メタノール等の酸で行なう。このようにして、
基体を除去して、硼素単体の構造材を作成する。 以下本発明の実施例を説明する。 実施例 直径2.0mm、長さ100cmのFe線を準備した。脱
脂、洗浄ののち、スパツタリング法で約５ミクロ
ンの厚みにTaを被覆した。次に、この上にCrを
同じくスパツタリングで0.05ミクロン被覆した。 次にこの被覆されたFe線を通電により1000℃
に加熱し、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３分間流し
た。（この時約50ミクロンの厚さに硼素が付着し
た。）このようにして作つた試料を４cmの長さに
切断して、市販のメタノール200mlに臭素50grを
溶解させた液に浸漬させ、Fe、および被覆した
Ta、Crを溶解させた。（この時硼素は、溶解しな
かつた。）。また溶解に要した時間は26時間であつ
た。次にこのパイプの抗折強度を測定した。測定
は、梁の長さを3.5cmとし、両端支持梁の形で、
荷重Ｗを加えて、パイプが破壊した時の荷重より
求めた。結果、切断したサンプル20本中18本が良
品でその平均強度は1.68Kgであつた。またエツチ
ングによる歩留りは90％であつた。これらの結果
を第１表の試料No.(1)に示す。 以下、条件を種々変えて、同様に硼素構造材を
作成した。その結果を第一表に示す。ただし試料
番号14〜19は比較例である。またすべての試料
は、内径と外径が、それぞれ2.0mm、2.1mmと一定
になるように（肉厚が50μmで一定）CVDの時間
をコントロールした。
であり、特に硼素構造材を構成する硼素の膜質や
機械的性質を向上させるとともに硼素構造材のコ
ストダウンを計ることを目的とするものである。 硼素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、最大であるという優れた
特徴をもつている。この性質は音波の伝幡速度が
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によ
つて、緻密な塊の状態で得ることは困難であり、
このため、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
た複合体として用いられる。 このような従来の方法は、硼素の硬さやその優
れた耐摩耗性を利用する製品に応用する場合には
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しようと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。また従来、Ta、Nb、Mo、Ｗ等の
線に硼素をCVD法により付着させ、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
の芯線や基体で作成する場合は、コストが高くな
るとともに、芯線や基体を溶解除去するのに時間
がかかりすぎるという欠点がある。 一方コスト的に安価で溶解除去が容易なFeを
芯材や基体に使用して硼素をCVD法で付着させ、
その後芯材や基体を溶解除去して硼素構造材をを
得る試みが行なわれているが、1150℃付近でFe
と硼素が共晶点を持つこと、およびFeの熱膨張
係数が硼素と大きく違うことなどにより、機械的
強度のある硼素を歩留り良く作成することが困難
であつた。 本発明は、Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷ
を被覆し、次いでこの上にCrを被覆した基体を
利用することにより、機械的にすぐれた硼素構造
材を歩留り良く得ようとするものである。 以下本発明を具体的に説明する。 Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷを被覆し、
さらにその上にCrを被覆した基体上に、硼素を
化学蒸着法（CVD法）により形成する方法は、
例えば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Ｃ、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、硼素の水素化物等でも良い。 また、この硼素析出反応においては、加熱温
度、ガス圧、反応器への原料ガスの流入量等によ
り種々の結晶形が得られる。またFe基体上に
Ta、Nb、もしくはＷを被覆する方法は、これら
が高融点物質であるため主にスパツタリングで行
なう。Crについては、真空蒸着やメツキも可能
である。 Fe上にTa、Mo、Nb、もしくはＷを５〜20μm
の厚みにスパツタし、次いでCrを0.05〜1.5μmの
厚みに付着させる理由は、上記の化学反応が900
℃以上でおこるため、たとえばFeのみを芯材と
して1200℃で硼素を付着させようとすると、Fe
と硼素が化学反応をおこし液相状態になつてしま
い芯材が変形してしまうからであり、（Feと硼素
の合金系で液相となる共晶点は、約1150℃であ
る。）、たとえCVDの温度が1200℃以下であつて
もFeと硼素の反応が激しく硼素構造材の歩留り
が悪くなつてしまうからである。 ここで、Ta、Mo、Nb、Ｗの被覆厚さを５〜
20μmに限定したのは、次の理由による。すなわ
ちこれらの被覆が5.0μm以下であれば、硼素の拡
散がこれらの被覆層を通りぬけてしまいFeと反
応しその効果が少なくなる。また20μm以上であ
れば、Fe基体とのはく離がおこりやすくなり好
ましくない。 また、Ta、Mo、Nb、もしくはＷ上にCrをス
パツタするのは基体を溶解除去する過程でおこる
ひずみを除くことができるからである。ここで
Crの被覆厚を0.05〜1.5μmに限定したのは、
0.05μm以下であるとひずみを除く効果がなく、
1.5μm以上であれば、基体とのはく離がおこりや
すいためである。次にFe上にTa、Mo、Nb、あ
るいは、Ｗを被覆した後Crを被覆した基体を溶
解除去する方法は、主にFeCl3、HCl、HF、Br
―メタノール等の酸で行なう。このようにして、
基体を除去して、硼素単体の構造材を作成する。 以下本発明の実施例を説明する。 実施例 直径2.0mm、長さ100cmのFe線を準備した。脱
脂、洗浄ののち、スパツタリング法で約５ミクロ
ンの厚みにTaを被覆した。次に、この上にCrを
同じくスパツタリングで0.05ミクロン被覆した。 次にこの被覆されたFe線を通電により1000℃
に加熱し、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３分間流し
た。（この時約50ミクロンの厚さに硼素が付着し
た。）このようにして作つた試料を４cmの長さに
切断して、市販のメタノール200mlに臭素50grを
溶解させた液に浸漬させ、Fe、および被覆した
Ta、Crを溶解させた。（この時硼素は、溶解しな
かつた。）。また溶解に要した時間は26時間であつ
た。次にこのパイプの抗折強度を測定した。測定
は、梁の長さを3.5cmとし、両端支持梁の形で、
荷重Ｗを加えて、パイプが破壊した時の荷重より
求めた。結果、切断したサンプル20本中18本が良
品でその平均強度は1.68Kgであつた。またエツチ
ングによる歩留りは90％であつた。これらの結果
を第１表の試料No.(1)に示す。 以下、条件を種々変えて、同様に硼素構造材を
作成した。その結果を第一表に示す。ただし試料
番号14〜19は比較例である。またすべての試料
は、内径と外径が、それぞれ2.0mm、2.1mmと一定
になるように（肉厚が50μmで一定）CVDの時間
をコントロールした。
【表】
以上第一表の実施例〔試量番号１〜13〕と比例
〔試料番号14〜19〕からわかるように、Fe上に、
Ta、Mo、Nb、あるいはＷをスパツタし、次に
Crを付着させた基体を使用することにより、Fe
基体を用いても高強度の硼素構造材が歩留り良く
しかも安価に作成できその産業上の価値は、大き
いものである。
〔試料番号14〜19〕からわかるように、Fe上に、
Ta、Mo、Nb、あるいはＷをスパツタし、次に
Crを付着させた基体を使用することにより、Fe
基体を用いても高強度の硼素構造材が歩留り良く
しかも安価に作成できその産業上の価値は、大き
いものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 鉄（Fe）上にタンタル（Ta）、モリブデン
（Mo）、ニオビウム（Nb）、あるいはタングステ
ン（Ｗ）を被覆し、次いでこの上にクロム（Cr）
を被覆した基体上に化学蒸着法（CVD法）にて、
硼素を蒸着し、その後この基体を溶解除去するこ
とを特徴とする硼素構造材の製造方法。 ２ Ta、Mo、Nb、もしくはＷの被覆膜厚が5.0
〜20μmであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の硼素構造材の製造方法。 ３ Crの被覆膜厚が0.05〜1.5μmであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の硼素構造材
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56057369A JPS57170820A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Manufacture of structural boron material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56057369A JPS57170820A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Manufacture of structural boron material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57170820A JPS57170820A (en) | 1982-10-21 |
| JPS635327B2 true JPS635327B2 (ja) | 1988-02-03 |
Family
ID=13053668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56057369A Granted JPS57170820A (en) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Manufacture of structural boron material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57170820A (ja) |
-
1981
- 1981-04-15 JP JP56057369A patent/JPS57170820A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57170820A (en) | 1982-10-21 |
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