DE112006002822T5

DE112006002822T5 - Korrosions- und wärmebeständige Metalllegierung für eine Formmatrize und daraus hergestellte Matrize

Info

Publication number: DE112006002822T5
Application number: DE112006002822T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Yokohama Hata; Junpei Yokohama Sakurai; Akira Yokohama Shimokohbe; Shigeru Hachioji Hosoe; Hiroyuki Hachioji Nabeta
Original assignee: Circle for Promotion of Science and Engineering
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: US20090236494A1; JPWO2007046437A1; US8298354B2; DE112006002822B4; WO2007046437A1

Abstract

Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung, die eine amorphe Phase umfasst, umfassend:
mindestens ein erstes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Pt und Ru, ausgewählt ist,
mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und
mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine korrosions- und wärmebeständige Metalllegierung und eine Formmatrize, bei der die Metalllegierung eingesetzt wird, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine korrosions- und wärmebeständige Metalllegierung mit hervorragenden Wärmebeständigkeitseigenschaften, Bearbeitungseigenschaften, Korrosionsbeständigkeits- und Bearbeitungseigenschaften, und auch mit einer Haftungsbeständigkeit gegen geschmolzene Gläser optischer Vorrichtungen, die als Matrizenmaterial zum Formen optischer Elemente bei hoher Temperatur geeignet ist, und eine Formmatrize, bei der die Metalllegierung eingesetzt wird.
Stand der Technik
Ein optisches Blue-ray-Plattensystem wurde als die nächste Generation eines digitalen Videoplattensystems (DVD-Systems) entwickelt. Bei dem System beträgt die Aufzeichnungskapazität einer optischen Platte 27 GB, was im Gegensatz zu den 4,7 GB einer herkömmlichen optischen Platte eine große Zunahme darstellt. Darüber hinaus wird ein Aufzeichnen von 50 GB oder mehr unter Verwendung eines Verfahrens einer Doppelschichtaufzeichnung prognostiziert. Da die große Kapazität des Blue-ray-Systems mit einem Halbleiterlaser mit blauem Lichtstrahl realisiert wird, müssen Abtast-Objektivlinsen den Lichtstrahl auf einer Plattenoberfläche zum Lesen und Schreiben von Signalen fokussieren. Es gibt große Schwierigkeiten bei der Realisierung von hochqualitativen Objektivlinsen zum Fokussieren des blauen Lichtstrahls mittels eines Kunststoffmaterials, da die Linsen zum Fokussieren eines blauen Lichtstrahls eine mehrfach höhere Qualität erfordern als die Objektivlinsenqualität für das herkömmliche DVD-System. Darüber hinaus weisen die Kunststofflinsen eine Fokussierqualität auf, die sich mit der Temperatur oder den Umgebungsbedingungen ändert. Ferner macht die Anforderung für das optische Blue-ray-Plattensystem, mit den herkömmlichen DVD-Systemen kompatibel zu sein, die Entwicklung des optischen Systems noch schwieriger.
Da die Lichtquellen, die für die herkömmlichen DVD-Systeme verwendet werden, Rotlicht-Halbleiterlaser sind, muss das optische System so arbeiten, dass es eine hohe Fokussierleistung sowohl für einen roten als auch für einen blauen Lichtstrahl zum Schreiben und Lesen sowohl von herkömmlichen DVD-Signalen als auch von Blue-ray-Signalen aufweist. Zur Erfüllung der Anforderungen ist z. B. ein Verfahren, bei dem zwei Linsen verwendet werden, bekannt, bei dem gute Leistungen für beide Lichtarten vorliegen. In diesem Verfahren wird eine Linse, die mit einem Glasformverfahren hergestellt worden ist, als die Linse, die zu einem großen Teil zum Fokussieren beiträgt, zusammen mit einer anderen Kunststofflinse mit Beugungsrillen zum Ändern von deren Effekt abhängig von der Differenz der Lichtquellen verwendet. Es ist jedoch schwierig, mit diesem Verfahren eine hohe Systemleistung zu erhalten, da für die Objektivlinse ein Ansteuervermögen mit extrem hoher Geschwindigkeit erforderlich ist.
Ein weiteres Verfahren zum Realisieren der Objektivlinse besteht darin, Beugungsrillen auf einer asphärischen Glaslinse zu bilden, um auch die Funktionen einer Kunststofflinse zu ermöglichen. Dabei kann eine Objektivlinse, die als Fokussierlinse für einen blauen Lichtstrahl arbeitet, die mit der herkömmlichen DVD kompatibel ist, unter Verwendung einer einzelnen Glaslinse mit einer feinen Rillenstruktur erhalten werden (vgl. z. B. das Patentdokument 1).
Es ist bevorzugt, dass die Herstellung der Glaslinse dieses Typs mit einem Formverfahren unter Verwendung einer wärmebeständigen Formmatrize durchgeführt wird, um deren Produktivität sicherzustellen. Aus diesem Grund ist es wichtig, eine Technologie zur Bildung einer Glaslinse mit einer feinen Struktur unter Verwendung eines wärmebeständigen Materials zu entwickeln. Die Formmatrize wird benötigt, um eine feine Struktur von Beugungsrillen auf der Matrizenoberfläche zu bilden, um eine optische Oberfläche zu formen und auf eine geformte Glaslinse zu übertragen.
Bekannte Matrizen zum Formen von geformten Kunststofflinsen werden mit Verfahren des Bildens von stromlos plattiertem Nickel auf Oberflächen von blanken Matrizenbasisstrukturen und des spanabhebenden Bearbeitens der plattierten Oberfläche mit einem ultrafeinen Diamantgerät hergestellt. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine Prozesszeit von mehreren Tagen bis zu einer Woche oder zwei Wochen für das Plattieren, um plattierte Schichten ohne Restspannungen zu erhalten. Daher erfordert es mehrere Wochen, bis unter Verwendung des ultrafeinen spanabhebenden Bearbeitungsverfahrens nach dem Plattieren eine Matrize hergestellt worden ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bereits eine neue Technologie entwickelt, die das Herstellen dieser Matrizen unter Verwendung von amorphen Metalllegierungen mit Eigenschaften eines metallischen Glases erreicht. Die Technologie wurde durch Bilden einer metallischen Glasschicht auf einer Oberfläche einer blanken Matrizenbasis mit einem Sputterverfahren anstelle der Verwendung eines stromlosen Plattierungsverfahrens und einem anschließenden ultrafeinen spanabhebenden Bearbeiten realisiert. Diese Technologie nutzt die Eigenschaften eines metallischen Glases mit einer Kristallisationstemperatur T_x und einer Glasübergangstemperatur T_g, das bei einem unterkühlten Flüssigkeitszustand in einem Temperaturbereich zwischen T_x und T_g wie ein dicker Malzsirup erweicht. Dann werden durch Anwenden des Formverfahrens unter Verwendung einer Muttermatrize geformte Matrizen hergestellt. Die mit diesem Formverfahren hergestellten Matrizen werden als „nachgebildete Matrizen" bezeichnet. Die Anwendung der Matrizen verbessert zusätzlich zu einer Verminderung der Zeit des Herstellungsverfahrens die Produktgenauigkeit und -qualität (Patentdokumente 2 und 3). Durch die Anwendung dieses Verfahrens können feine Strukturen, wie z. B. Beugungsrillen, auf einer wiedergegebenen optischen Oberfläche genau ausgebildet werden. Aufgrund der amorphen Struktur der Legierung weist die Legierung Eigenschaften auf, die bei einem herkömmlichen metallischen Material nicht gefunden werden, wie z. B. ein hervorragendes Vermögen zur spanabhebenden Bearbeitung, das die Bildung einer feinen Struktur, usw., zusätzlich zu einer mikroskopischen Homogenität der Zusammensetzung, einer hohen mechanischen Festigkeit und einer hohen chemischen Stabilität erlaubt. Diese Eigenschaften sind zum Erhalten der Matrizeneigenschaften, die für ein Formen mit hoher Präzision erforderlich sind, vorteilhaft.
Um die Herstellungstechnologie des Formens von Matrizen unter Verwendung eines amorphen Metalllegierungsdünnfilms, die zum Formen von Kunststofflinsen erfolgreich ist, auf die Technologie von Formmatrizen zur Herstellung von Glaslinsen anzuwenden, muss das folgende große technische Problem gelöst werden. Im Gegensatz zu der Formtemperatur von Kunststofflinsen von etwa 200°C ist die Temperatur beim Formen von Glaslinsen eine höhere Temperatur von etwa 500°C, selbst wenn die T_g des Glasmaterials niedrig ist. Die Temperatur beträgt 800°C oder mehr, wenn die T_g des Glasmaterials hoch ist. Daher können die metallischen Dünnfilmgläser, die zum Formen von Kunststofflinsen erfolgreich verwendet worden sind, nicht für Matrizen zum Formen von Glaslinsen eingesetzt werden. Daher ist ein neues metallisches Matrizenmaterial erforderlich, das in einem solchen Temperaturbereich eingesetzt werden kann. Ferner ist es unbedingt erforderlich, dass das Matrizenmaterial gegen die Bildung einer Bindung mit dem Glasmaterial beständig ist. Es sollte beachtet werden, dass das Glasmaterial für eine Linsenanwendung im Allgemeinen bezüglich des Matrizenmaterials reaktiv ist und leicht eine Schmelzbindung mit einer Formmatrize bildet.
Das Problem ist nicht auf das Problem einer amorphen Metalllegierung beschränkt, sondern umfasst auch Probleme bei der Verwendung eines Nickelplattierens für Formmatrizen bei einem herkömmlichen Kunststoffglasformen. Matrizen, die mit Nickel plattiert worden sind, können nicht als Matrizen zum Formen von Glaslinsen verwendet werden. Aus diesem Grund wird ein Hartmetall mit Wärmebeständigkeitseigenschaften, das gegen ein Binden an Glas beständig ist, als Matrize zum Formen von Glaslinsen verwendet. Es gibt jedoch die großen Nachteile des Hartmetallmaterials, dass es nur sehr schwer und zeitaufwändig und teuer zu bearbeiten ist. Das Hartmetallmaterial ist nicht zur Bildung feiner Strukturen geeignet, da ein Bearbeitungsverfahren mit einer Schleifvorrichtung als spanabhebendes Bearbeitungsverfahren verwendet werden muss, und deshalb ist es sehr schwierig, mit dem Hartmetall feine Strukturen, wie z. B. Beugungsrillen, auf einer optischen Oberfläche der Matrize zu bilden.
Aus diesem Grund ist es als eine Lösung der vorstehend genannten Probleme erwünscht, ein amorphes Metalllegierungsmaterial und insbesondere ein metallisches Glasfilmmaterial, das in einem unterkühlten Flüssigkeitszustand zwischen T_x und T_g wie ein dicker Malzsirup erweicht, als Formmatrizenmaterial zum Realisieren einer Matrize zum Formen einer Glaslinse zu finden. Ferner muss die amorphe Metalllegierung, die auf eine Matrize zum Formen einer Glaslinse angewandt wird, eine T_g von mindestens 600°C aufweisen.
Daher ist ein metallisches Glas mit T_x und T_g in einem Hochtemperaturbereich erforderlich. Beispiele für bekannte metallische Gläser mit T_x und T_g in einem Hochtemperaturbereich sind nachstehend angegeben.
Ein metallisches Glas aus amorphen Fe-Legierungen, die als metallische Glasmasse hergestellt werden, die von einer Dünnfilmplatte oder einem Dünnfilm verschieden ist, und als magnetische Materialien verfügbar sind, sind in dem Patentdokument 4 beschrieben. In diesem Dokument sind amorphe Fe-Legierungen offenbart, die Halbmetallelemente P, C, B, Ge, usw., und Metallelemente Al, Ga, Sn, usw., enthalten und ein Temperaturintervall ΔT (wobei ΔT = T_x – T_g) von 40 K oder mehr aufweisen. Die T_g-Werte dieser amorphen Legierungen liegen zwischen 500 und 600°C.
In dem Patentdokument 5 sind amorphe Fe-Legierungen, die durch Fe_100-x-yM_xB_y dargestellt werden, wobei M = Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V oder Cr, mit einem Temperaturintervall von 20 K oder mehr offenbart. Die T_x-Werte dieser amorphen Legierungen betragen 500 bis 600°C.
In dem Patentdokument 6 sind weichmagnetische amorphe Co-Legierungen mit einem Temperaturintervall ΔT der unterkühlten Flüssigkeit von 40 K oder mehr, einer reduzierten Glasübergangstemperatur T_g/T_x von 0,59 und einer niedrigen Koerzitivkraft von 2,0 A/m offenbart. Diese amorphen Legierungen werden durch [Co_1-n-(a+b)Fe_nB_aSi_b]_100-xM_x ausgedrückt, wobei M mindestens eines von Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V, Cr, Pd oder W ist. Die T_x-Werte dieser amorphen Legierungen, die in dem Patentdokument offenbart sind, betragen 640°C oder weniger.
Obwohl durch Erwärmen dieser amorphen Legierungen ein metallischer glasartiger Zustand erhalten wird, weisen sie keine Beständigkeit gegen eine Bindungsbildung mit Glas beim Formvorgang, keine Korrosionsbeständigkeit und keine Wärmebeständigkeit auf. Daher ist es erforderlich, ein neues Legierungsmaterial bereitzustellen, das für diesen Zweck geeignet ist, und eine Beständigkeit gegen eine Bindungsbildung mit einem Glasmaterial beim Formvorgang, eine Korrosionsbeständigkeit und eine Wärmebeständigkeit aufweist, um eine Matrize für ein feines Formen der Glaslinsen, wie es vorstehend erläutert worden ist, zu realisieren.
Pt-Metall weist sowohl eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit als auch eine hervorragende Wärmebeständigkeit auf, jedoch ist die Härte von Pt-Metall nicht so groß. Daher ist es erwünscht, eine amorphe Pt-Legierung mit einer großen Härte, die deren Bearbeitungseigenschaften beibehält, zu erhalten.
Amorphe Legierungen mit Zusammensetzungen von (Pt_1-xNi_x)₇₅P₂₅, wie z. B. Pt₆₀Ni₁₅P₂₅ wurden beschrieben (nicht-Patentdokument 1). Obwohl die Legierungen Pt-Legierungen sind und Eigenschaften zeigen, die einen metallischen glasartigen Zustand nahe legen, weisen die (Pt_1-xNi_x)₇₅P₂₅-Legierungen ein Problem bezüglich der chemischen Stabilität auf, da die Legierungen P enthalten. Pt-Cu-P-Legierungen auf Edelmetallbasis (wobei 50 ≤ Pt ≤ 75, 5 ≤ Cu ≤ 35 und 15 ≤ P ≤ 25) wurden beschrieben (Patentdokument 6). Obwohl diese Legierungen Pt-Legierungen sind, weisen sie auch ein Problem bezüglich der chemischen Stabilität auf. Als andere Pt-Legierungen, die einen metallischen glasartigen Zustand zeigen, wurden Pt-Legierungen mit Zusammensetzungen von Pt₂₀Zr₈₀ und Pt₂₀Zr₇₀Ni₁₀ beschrieben (nicht-Patentdokument 2). Diese Legierungen weisen jedoch ein Problem einer niedrigen Wärmebeständigkeit auf, da die T_g-Werte dieser Legierungen niedrig sind.
Wie es vorstehend erläutert worden ist, ist keine der bekannten Pt-Legierungen als Material für eine Matrize für ein hochpräzises Formen von Glaslinsen, usw., geeignet. Diese Ergebnisse zeigen, dass keine Möglichkeit einer Anwendung der Legierungen als Legierungsmaterial der Matrize für ein feines Formen von Glaslinsen, usw., besteht.

Patentdokument 1: JP-A 2005-209321
Patentdokument 2 JP-A 2003-154529
Patentdokument 3: JP-A 2003-160343
Patentdokument 4: JP-A H08-333660
Patentdokument 5: JP-A 2000-256812
Patentdokument 6: JP-A 2003-301247
Patentdokument 7: JP-A 2002-53918
Nicht-Patentdokument 1: Journal of Non-crystalline Solids: Band 18, Seite 157 (1975)
Nicht-Patentdokument 2: 644th Materials Research Symposium Proceedings L.1.1, Seite 1 (2001)

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die vorstehend erläuterten, bekannten amorphen Legierungen wurden zum Erhalten von Eigenschaften für spezielle Zwecke, wie z. B. magnetischen Eigenschaften, entwickelt, und für eine Formmatrize erforderliche Eigenschaften, wie z. B. eine Korrosionsbeständigkeit, eine Wärmestabilität, eine Beständigkeit gegen eine Bindungsbildung mit einem Glasmaterial, wurden nicht berücksichtigt. Deshalb sind bei diesen amorphen Legierungen erforderliche Eigenschaften einer Formmatrize, wie z. B. eine Wärmestabilität, eine Oxidationsbeständigkeit und eine Beständigkeit gegen eine Bindungsbildung mit einem Glasmaterial, nicht sichergestellt. Beispielsweise kann eine spanabhebende Bearbeitung mit Diamant nicht auf die metallischen Glaslegierungen auf Fe-Basis, die in den Patentdokumenten 4 und 5 offenbart sind, angewandt werden, da diese Legierungen chemisch reaktiv sind. Die in dem Patentdokument 6 offenbarten bekannten metallischen Glaslegierungen auf Co-Basis sind aus Gründen wie z. B. einer mangelnden chemischen Stabilität, einer mangelnden Wärmestabilität, usw., nicht für die Matrize für ein Glaslinsenformen geeignet. Die bekannten Pt-Legierungen sind aus Gründen einer mangelnden chemischen Stabilität, einer mangelnden Wärmestabilität, usw., nicht auf die Matrize für das Formen von Glaslinsen anwendbar.
Daher sind alle vorstehend erläuterten amorphen Legierungen als amorphes Legierungsmaterial für eine Anwendung auf die Matrize für das Formen von Glaslinsen bei einer hohen Temperatur unzureichend.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Legierung mit einer hervorragenden Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen ein Binden an Glas, die für eine Verwendung als Material einer Matrize zum Formen z. B. optischer Glasvorrichtungen bei einer hohen Temperatur geeignet ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Matrize zum Formen z. B. optischer Glasvorrichtungen bei einer hohen Temperatur.
Mittel zur Lösung der Aufgaben
Eine korrosions- und wärmebeständige Legierung für eine Formmatrize der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein erstes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Pt und Ru, ausgewählt ist, mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist, umfasst, und eine amorphe Phase umfasst.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zunächst die Eigenschaften einer hohen Korrosions- und Wärmebeständigkeit von Pt-Metall genau untersucht und nach umfangreichen Forschungen Pt-Legierungen mit einer hervorragende Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen ein Binden an Glas und Dauerbeständigkeit erhalten und dadurch die vorliegende Erfindung gemacht.
Die Erfinder haben auch eine Ru-Legierung bezüglich ihres Potenzials für Eigenschaften einer hohen Korrosions- und Wärmebeständigkeit genau untersucht und Forschungsaktivitäten zur Entwicklung einer amorphen Legierung auf Ru-Basis durchgeführt. Sie haben festgestellt, dass es nicht viele Untersuchungen bezüglich Ru-Legierungen gibt und dass Ru-Metall verglichen mit Pt-Metall oder Pd-Metall relativ kostengünstig ist. Deshalb haben sie sich das Ziel der Entwicklung eines Ru-Legierungsmaterials gesetzt, das für die Matrize zum Formen von Glasvorrichtungen mit einer hervorragenden Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen ein Binden an Glas bevorzugt ist. Ru weist chemische Eigenschaften auf, die denjenigen von Pt ähnlich sind. Amorphe Legierungen auf Pt-Basis, wie z. B. eine Pt-Ni-P-Legierung, sind bereits bekannt, jedoch sind die Details von Ru-Legierungen nicht klar und eine amorphe Legierung auf Ru-Basis ist noch nicht bekannt. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten haben sie gefunden, dass eine amorphe Legierung aus einer Ru-Basislegierung erhalten werden kann. Sie haben auch gefunden, dass eine Legierung mit einer hervorragenden Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen ein Binden an Glas und die für eine Matrize zum Formen von Glasvor richtungen unter Verwendung einer Ru-Legierung geeignet ist, erhalten werden kann. Die Ru-Legierung in der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu hervorragenden Eigenschaften einer Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen ein Binden an Glas Materialkostenvorteile auf.
Die Matrize zum Formen einer optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die vorstehend erläuterte Legierung zumindest in einem Abschnitt der Matrizenoberfläche aufweist. Durch die Verwendung der Matrize zum Formen einer optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können optische Vorrichtungen bei einer erhöhten Formtemperatur geformt werden.
Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung wird eine amorphe Legierung mit hervorragenden Eigenschaften einer Bearbeitbarkeit, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen ein Binden an Glas bereitgestellt. Unter Verwendung dieser amorphen Legierung wurde es möglich, Matrizen zu erhalten, die auf das Formen von optischen Glasvorrichtungen, wie z. B. Glaslinsen mit Rillen, angewandt werden können. Wenn die amorphe Legierung einen Charakter eines metallischen Glases in einem unterkühlten Flüssigkeitszustand aufweist, kann eine Matrize, die durch ein Formverfahren erzeugt und als „nachgebildete Matrize" bezeichnet wird, unter Verwendung eines Verfahrens des Formens in dem unterkühlten Flüssigkeitszustand erhalten werden. Ferner können die Zeit und die Kosten für die Herstellung der Matrize in einem hohen Maß vermindert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Figur einer asphärischen Glaslinse mit Beugungsrillen auf der optischen Oberfläche, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Querschnittsansicht durch eine Ebene ist, welche die optische Achse umfasst.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Formmatrize zum Formen der in der 1 gezeigten optischen Vorrichtung.
3 zeigt ein Verfahren zum Bilden einer Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche und einer Oberfläche zum Wiedergeben des Basisniveaus einer geometrischen Größe einer Matrize zum Formen einer optischen Vorrichtung mit einer optischen Oberfläche unter Verwendung eines Warmformpressverfahrens.
4 zeigt einen Matrizensatz, der eine Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen umfasst.
5 zeigt die Anordnung einer kathodischen Lichtbogenplasmakanone und eines Substrats der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung, die in der Ausführungsform verwendet wird, durch eine schematische, aufgeschnittene Figur.
6 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Zr-Si-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
7 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Si-Ni-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
8 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Si-Ru-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
9 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Hf-Ni-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
10 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Hf-Ru-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
11 zeigt die Beziehung zwischen dem Zr-Gehalt und der mechanischen Festigkeit einer Pt₄₈Hf_37-xZr_xNi₁₅-Legierung.
12 zeigt eine Oberflächenphotographie der Legierung nach dem Glasmaterialtropftest und rasterelektronenmikroskopische Photographien der Oberfläche vor und nach dem Tropftest.
13 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Pt-Ir-Zr-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
14 ist eine schematische Seitenansicht, die den Aufbau eines Eindrucktests bei einer hohen Temperatur zeigt.
15 zeigt die Veränderung des Röntgenbeugungsergebnisses als Ergebnis einer Wärmebehandlung im Vakuum.
16 zeigt die Form einer Eindruckspur nach einem Eindrucktest bei 823°C (Hügel mit Ringform) (a), das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung nach einem Eindrucktest bei 823°C (b), die Form eines Eindrucks nach einem Eindrucktest bei 873°C (c) und das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung nach einem Eindrucktest bei 873°C (d) für einen Pt₅₇Hf₃₉Ni₄-Film, der mit dem Sputterverfahren auf einem Al₂O₃-Substrat abgeschieden worden ist.
17 zeigt eine Veränderung des Röntgenbeugungsmessergebnisses eines Pt₆₂Hf₃₆Ni₁₂-Films aufgrund einer Wärmebehandlung im Vakuum.
18 zeigt die Form eines Eindrucks nach einem Eindrucktest bei 773°C (Hügel mit Ringform) (a), das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung nach einem Eindrucktest bei 773°C (b), die Form eines Eindrucks nach einem Eindrucktest bei 873°C (Hügel mit Ringform) (c), die Form einer Eindruckspur nach einem Eindrucktest bei 873°C (Hügel mit Ringform) (d), die Form einer Eindruckspur nach einem Eindrucktest bei 893°C (Hügel mit Ringform) (e) und das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung nach dem Eindrucktest bei 893°C (f) für einen Pt₅₂Hf₃₆Ni₂-Film, der mit dem Sputterverfahren auf einem Al₂O₃-Substrat abgeschieden worden ist.
19 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Ru-Zr-Fe-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
20 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Ru-Zr-Mo-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
21 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Ru-Zr-Al-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
22 zeigt das Bewertungsergebnis von ternären Ru-Zr-Si-Legierungsproben, die mit der kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt worden sind.
23 zeigt das Ergebnis eines Zugfestigkeitstests für eine Ru₇₅Zr₂₄Al₁-Legierung.
24 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster eines Ru₈₆Zr₅Si₉-Films nach dem Erwärmen im Vakuum.
25 zeigt die Form einer Eindruckspur nach einem Eindrucktest bei 650°C (Hügel mit Ringform) für einen Ru₈₆Zr₅Si₉-Film, der auf einem Al₂O₃-Substrat mit dem Sputterverfahren abgeschieden worden ist (a), und das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung nach einem Eindrucktest bei 650°C für den Ru₈₆Zr₅Si₉-Film (b).
26 zeigt das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für einen Ru₅₄Zr₂₄Mo₂₂-Film nach einer Wärmebehandlung im Vakuum.
27 zeigt das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für einen Ru₇₅Zr₂₄Al₁-Film nach einer Wärmebehandlung im Vakuum.
28 zeigt ein Profil der hergestellten Matrize zum Formen einer optischen Vorrichtung aus Glas.
29 ist eine Photographie, die eine Beugungsgitter-wiedergebende Oberfläche der hergestellten Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen aus Glas zeigt.
Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird mittels Ausführungsformen der Erfindung detaillierter beschrieben.
1) Legierungszusammensetzung
Erfindungsgemäße korrosions- und wärmebeständige Legierungen für eine Formmatrize können Legierungen sein, die Pt als das erste Element, mindestens ein Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist. Die Legierungen können Legierungen sein, die ein zweites und ein drittes Element, die verschieden sind, umfassen, wie z. B. Pt-Zr-Si, und auch Legierungen, die ein zweites und ein drittes Element, die identisch sind, umfassen, wie z. B. Pt-Zr. Ferner können die Legierungen auch Vierkomponenten-Legierungen, wie z. B. Pt-Hf-Zr-Ni-Legierungen, sein.
Von diesen Legierungen sind die Legierungen, die Pt, mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si und Hf ausgewählt ist, umfassen, besonders bevorzugt, um alle Eigenschaften, einschließlich eine einfache spanabhebende Bearbeitung, Wärmestabilität, Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen ein Binden an Glas, sicherzustellen.
Wenn es sich bei der erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierung für eine Formmatrize um Pt-Zr-Si-Legierungen handelt, die Pt, Zr und Si als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si, einschließlich einer amorphen Phase.
Der Pt-Gehalt dieser Legierungen beträgt vorzugsweise mehr als 34 Atomprozent. Wenn der Pt-Gehalt 34 Atomprozent oder weniger beträgt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit der Legierung ab. Aus dem gleichen Grund ist ein Pt-Gehalt von mehr als 50 Atomprozent mehr bevorzugt. Wenn der Pt-Gehalt 93 Atomprozent oder mehr beträgt, zeigt die Legierung eine Kristallphase und kann die amorphe Phase nicht aufrechterhalten.
Da Zr in diesem Legierungssystem zur Bildung der amorphen Phase beiträgt, beträgt der Zr-Gehalt vorzugsweise mindestens 5 Atomprozent. Wenn der Zr-Gehalt andererseits mehr als 60 Atomprozent beträgt, treten unerwünschte Eigenschaften auf, wie z. B. eine zu große Härte für eine Bearbeitung. Aus dem gleichen Grund ist es ferner bevorzugt, dass der Zr-Gehalt weniger als 50 Atomprozent beträgt.
Der Effekt der Stabilisierung der amorphen Phase wird durch einen Si-Gehalt in der Legierung erhalten. Um den Effekt zu bewirken, beträgt der Si-Gehalt vorzugsweise mehr als 0 Atomprozent und mehr bevorzugt mehr als 0,5 Atomprozent. Andererseits tritt eine Kristallisation auf, wenn der Si-Gehalt 60 Atomprozent oder mehr beträgt. Aus diesem Grund beträgt der Si-Gehalt mehr bevorzugt weniger als 25 Atom-%.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Zr-Fe-Legierungen handelt, die Pt, Zr und Co als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Fe, einschließlich einer amorphen Phase. Der Fe-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Zr-Co-Legierungen handelt, die Pt, Zr und Fe als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Co, einschließlich einer amorphen Phase. Der Co-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Si-Al-Legierungen handelt, die Pt, Si und Al als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Al, einschließlich einer amorphen Phase.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Si-Ni-Legierungen handelt, die Pt, Si und Ni als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni, einschließlich einer amorphen Phase. Der Ni-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Si-Ru-Legierungen handelt, die Pt, Si und Ru als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru, einschließlich einer amorphen Phase. Der Ru-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Hf-Ni-Legierungen handelt, die Pt, Hf und Ni als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atom prozent Hf und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni, einschließlich einer amorphen Phase. Der Ru-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Hf-Ru-Legierungen handelt, die Pt, Hf und Ru als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Hf und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru, einschließlich einer amorphen Phase. Der Ru-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Wenn es sich bei den erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize um Pt-Ir-Ru-Legierungen handelt, die Pt, Ir und Ru als Komponenten umfassen, liegt die Zusammensetzung aus den gleichen Gründen, wie sie vorstehend erwähnt worden sind, vorzugsweise in einem Bereich eines Gehalts von mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ir und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru, einschließlich einer amorphen Phase. Der Ru-Gehalt beträgt mehr bevorzugt mehr als 0,1 Atomprozent.
Die erfindungsgemäßen korrosions- und wärmebeständigen Legierungen für eine Formmatrize können Legierungen sein, die Pt, mindestens ein Element, das aus Ir, Ru, Pd und Ni ausgewählt ist, und mindestens ein Element, das aus Si und Hf ausgewählt ist, umfassen.
Die vorstehend erläuterten Legierungszusammensetzungen sind Fälle von ternären Legierungen auf Pt-Basis. Die erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen können Elemente enthalten, die von den ternären Zusammensetzungen verschieden sind. Wenn die Elemente enthalten sind, die von den ternären Zusammensetzungen verschieden sind, ist eine Gesamtmenge des ersten, des zweiten und des dritten Elements von 95 Atomprozent oder mehr bevorzugt.
Die erfindungsgemäßen Ruthenium-enthaltenden Legierungen umfassen zusätzlich zu Ru und mindestens einem Element, das aus Zr und Hf ausgewählt ist, mindestens ein Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Co, Mo und Al, ausgewählt ist. Die erfindungsgemäßen Rutheniumlegierungen können auch durch Zusammensetzungen realisiert werden, die Ru, Si und mindestens eines, ausgewählt aus Fe, Co, Mo und Al, enthalten. Die Rutheniumlegierungen sind hier Legierungen, die Ru mit diesen Elementen als Hauptbestandteile ent halten, und die Legierungen können kristallin, amorph oder eine Mischphase aus kristallin und amorph sein, ohne deren Struktur zu klassifizieren.
Wenn die Ruthenium-enthaltenden Legierungen ternäre Ru-Zr-Fe-Legierungen sind, ist es bevorzugt, dass die Legierungszusammensetzung mehr als 10 Atomprozent und weniger als 83 Atomprozent Ru, mehr als 4 Atomprozent und weniger als 67 Atomprozent Zr und mehr als 7 Atomprozent und weniger als 64 Atomprozent Fe enthält, um eine wärmebeständige amorphe Legierungsphase zu erhalten. Wenn der Ru-Gehalt unterhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, ist die Wärmebeständigkeit unzureichend. Wenn der Ru-Gehalt oberhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, erscheint eine kristalline Phase. Zr-Atome, die in diesem Gehaltsbereich enthalten sind, tragen zur Bildung einer amorphen Legierungsphase bei. Wenn der Zr-Gehalt unterhalb dieses Gehaltsbereichs liegt, ist der Gehalt zur Bildung einer amorphen Legierungsphase unzureichend, und wenn der Zr-Gehalt über diesem Gehaltsbereich liegt, zeigen die Legierungen eine kristalline Phase. Fe-Atome stabilisieren die amorphe Phase. Wenn der Fe-Gehalt unterhalb dieses Gehaltsbereichs liegt, ist der Gehalt zur Bildung einer amorphen Legierungsphase unzureichend. Wenn der Gehalt über diesem Gehaltsbereich liegt, zeigen die Legierungen eine kristalline Phase.
Wenn die wärmebeständigen amorphen Legierungen eine ternäre Ru-Zr-Co-Zusammensetzung aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung aus dem gleichen Grund, wie er vorstehend genannt worden ist, mehr als 10 Atomprozent und weniger als 83 Atomprozent Ru, mehr als 4 Atomprozent und weniger als 67 Atomprozent Zr und mehr als 7 Atomprozent und weniger als 64 Atomprozent Co enthält, um eine wärmebeständige amorphe Legierung zu erhalten.
Wenn die wärmebeständigen amorphen Legierungen eine ternäre Ru-Zr-Mo-Zusammensetzung aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung aus dem gleichen Grund, wie er vorstehend genannt worden ist, mehr als 3 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 75 Atomprozent Zr und mehr als 15 Atomprozent und weniger als 55 Atomprozent Mo enthält, um eine wärmebeständige amorphe Legierung zu erhalten.
Wenn die wärmebeständigen amorphen Legierungen eine ternäre Ru-Zr-Si-Zusammensetzung aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung aus dem gleichen Grund, wie er vorstehend genannt worden ist, mehr als 50 Atomprozent und weniger als 100 Atomprozent Ru, weniger als 50 Atomprozent Zr und weniger als 50 Atomprozent Si enthält, um eine wärmebeständige amorphe Legierung zu erhalten.
Wenn die wärmebeständigen amorphen Legierungen eine ternäre Ru-Zr-Al-Zusammensetzung aufweisen, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung aus dem gleichen Grund, wie er vorstehend genannt worden ist, mehr als 10 Atomprozent und weniger als 45 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 75 Atomprozent Zr und mehr als 15 Atomprozent und weniger als 55 Atomprozent Al enthält, oder mehr als 55 Atomprozent und weniger als 90 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 40 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 15 Atomprozent Al enthält, um eine wärmebeständige amorphe Legierung zu erhalten.
Die vorstehend erläuterten Rutheniumlegierungen sind alle ternäre Legierungen. Die erfindungsgemäßen Rutheniumlegierungen sind jedoch nicht auf die ternären Zusammensetzungen beschränkt. Die Legierungen können zusätzlich zu Ru und Zr andere Restkomponenten enthalten, wie z. B. Fe, Co, Si und Al als drittes Element, mit der Maßgabe, dass eine amorphe Phase erhalten werden kann. Die Zr-Atome in den Legierungen können teilweise durch Hf-Atome substituiert sein. Als Elemente, die in den Legierungen enthalten sein können, können Alkalimetallelemente wie Li, Na, K und Rb, Erdalkalielemente wie Be, Mg, Ca, Sr und Ba, alle Übergangsmetallelemente, alle Seltenerdmetallelemente, Elemente der Gruppe 3B (13. Gruppe) wie B, Al, Ga, In und TI, Elemente der Gruppe 4B (14. Gruppe) wie C, Ge, Sn, Pb, Elemente der Gruppe 5B (15. Gruppe) wie N, P, As, Sb und Bi, Chalkogenelemente wie S, Se, Te und Po, und Halogenelemente wie F, Cl, Br, I und At genannt werden. Andererseits sind Wasserstoff und Sauerstoff Elemente, die in den Legierungen nicht enthalten sein sollen.
2) Wärmebeständige Formmatrize
Nachstehend werden Ausführungsformen der wärmebeständigen Formmatrizen und deren Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die 1 ist eine schematische Figur einer asphärischen Glaslinse mit Beugungsrillen auf der optischen Oberfläche. In der Figur ist (a) die Draufsicht und (b) ist die Querschnittsansicht in einer Ebene, welche die optische Achse umfasst. Die optische Oberfläche 12 der asphärischen Glaslinse weist Beugungsrillen 13 auf. Die Beugungsrillen 13 auf der optischen Oberfläche 12 als eine feine Struktur der optischen Oberfläche 12 ermöglichen es der einzelnen Glaslinse, Funktionen einer Objektivlinse aufzuweisen, die mit einer DVD-Objektivlinse kompatibel sind.
Die 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen, wie z. B. einer Glaslinse. Bei der Herstellung der in der 2 gezeigten Matrize wird zunächst eine blanke Matrizenbasis 20 unter Verwendung eines Ausgangsmaterials, wie z. B. Stahl, hergestellt. Das blanke Basismaterial 20 kann Stahl, rostfreier Stahl, ein Hartmetall, usw., sein. Auf der blanken Basis 20 werden die Vertiefung 20a, die einer optischen Oberfläche (z. B. einer asphärischen Oberfläche) einer optischen Vorrichtung entspricht, die periphere Oberfläche 20b, welche die Vertiefung umgibt, und die Kantenumgebende Oberfläche 20c an der Kante der Matrizenbasis 20 am Ende (oberes Ende der in der 2 gezeigten Matrize) als eine Form, die etwa der Form der Formmatrize entspricht, ausgebildet.
Die Anforderungen bezüglich der Größengenauigkeit für die Vertiefung 20a, die periphere Oberfläche 20b und die Kanten-umgebende Oberfläche 20c der Matrizenbasis 20 hängen von der Dicke des amorphen Legierungsfilms ab, der auf den Oberflächen abgeschieden ist. Wenn die Dicke der Abscheidung z. B. etwa 100 μm beträgt, ist die Größengenauigkeit der Basis 20 ausreichend, wenn eine Genauigkeit von etwa 10 bis 20 μm sichergestellt ist. Die Zeit zum Bearbeiten der blanken Matrizenbasis 20 beträgt unter Verwendung einer NC-Drehmaschine etwa mehrere zehn Minuten.
Zum Abscheiden eines amorphen Legierungsfilms auf der Vertiefung 20a, der peripheren Oberfläche 20b und der Kanten-umgebenden Oberfläche 20c der Matrizenbasis 20 werden physikalische Dampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren), wie z. B. ein Sputterverfahren, Verdampfen, usw., oder ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) eingesetzt.
Im Allgemeinen ist das PVD-Verfahren zum Erhalten einer amorphen Metalllegierung nachteilig, da die Substrattemperatur auf eine hohe Temperatur zunimmt. Neben dem CVD-Verfahren kann das PVD-Verfahren jedoch auf die erfindungsgemäßen amorphen Legierungen angewandt werden, da die Legierungen eine Wärmestabilität aufweisen. Durch die Anwendung des PVD-Verfahrens kann der amorphe Metalllegierungsfilm einfach abgeschieden werden und jedes PVD-Verfahren wie Sputtern, Ionenplattieren, Verdampfen, usw., kann eingesetzt werden. Wenn das Sputterverfahren eingesetzt wird, ist das Targetmaterial nicht auf Materialien mit einem amorphen Zustand beschränkt und ein amorpher Film kann durch Abscheiden von Bestandteilsatomen in einer erforderlichen Zusammensetzung erhalten werden. Die Abscheidungsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 0,2 μm/Stunde bis mehrere 10 μm/Stunde.
Wenn die Dicke des abgeschiedenen Films groß ist, besteht die Möglichkeit, dass die Matrizenform von der gewünschten Matrizenform zum Formen einer optischen Vorrichtung abweicht, was durch die amorphe Metalllegierung verursacht wird, die außerhalb der Vertiefung 20a, der peripheren Oberfläche 20b und der Kanten-umgebenden Oberfläche 20c abgeschieden worden ist. Aus diesem Grund ist in manchen Fällen ein Maskieren der Abschnitte, die von den Abschnitten, auf denen abgeschieden werden soll, verschieden sind, oder ein Entfernen nach der Abscheidung durch spanabhebende Bearbeitung mittels Diamant oder durch Diamantschleifen erforderlich. Da der amorphe Metalliegierungsfilm 21 einfach bearbeitet werden kann und das Bearbeitungsausmaß sehr gering ist, führt das Bearbeitungsverfahren im Wesentlichen nicht zu einer Erhöhung der Arbeitsstunden oder der Kosten.
Dann wird die Oberfläche des amorphen Metalllegierungsfilms 21 zu einem erforderlichen Oberflächenfinishgrad zum Wiedergeben der optischen Oberfläche 21a (entsprechend der Vertiefung 20a der Basis 20) und der Oberfläche zum Wiedergeben des Basisniveaus der geometrischen Größe 21b (entsprechend der peripheren Oberfläche 20b der Basis 20) durch spanabhebendes Bearbeiten unter Verwendung eines Diamanten oder eines Bornitridwerkzeugs, durch ein Warmformpressen oder durch eine Kombination dieser Verfahren, das bzw. die mit dem amorphen Metalliegierungsfilm 21 durchgeführt wird, fertigbearbeitet. Das spanabhebende Bearbeiten unter Verwendung eines Diamanten kann z. B. mit einer ultrapräzisen Drehmaschine mit einem Einkristalldiamantwerkzeug durchgeführt werden. Das in JP-A-2003-62707 erläuterte Verarbeitungsverfahren, das von den vorliegenden Erfindern offenbart worden ist, wird als spanabhebendes Verarbeitungsverfahren für die Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen bevorzugt eingesetzt.
3) Formpressen der Formmatrize
Die 3 zeigt ein Verfahren zum Bilden einer Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche und einer Oberfläche zum Wiedergeben des Basisniveaus der geometrischen Größe einer Matrize zum Formen einer optischen Vorrichtung, die eine optische Oberfläche aufweist, unter Verwendung eines Warmformpressverfahrens. Als erstes wird eine Matrizenvorlage 34 durch Fixieren des Zylinders 32 unter Verwendung einer Schraube 33 auf einer Matrizenvorlage 31, die eine optische Mutteroberfläche 31a und eine Mutteroberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31b aufweist, die der optischen Oberfläche und der Oberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe entsprechen, gebildet. Dann wird ein Halter 35 an der Matrize fixiert, wie es in (a) gezeigt ist. Während des Erwärmens um die optische Mutteroberfläche 31a und die Mutteroberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31b im Vorhinein durch eine Heizeinrichtung, die um die Matrizenvorlage 31 angeordnet ist, wie es in (b) gezeigt ist, wird die Basis 30, die den abgeschiedenen amorphen Metalllegierungsfilm 34 aufweist (der Film kann ein bearbeiteter Film sein), in den Zylinder 32 eingesetzt und durch das Druckstück 36 wird Druck darauf ausgeübt. Dann strömt die Luft in dem Zylinder 32 durch eine Belüftungsöffnung (Kanal 32a) aus dem Zylinder 32 aus. Wenn die erwärmte amorphe Metalllegierung ein metallisches Glas ist, wird als Ergebnis der flexiblen Verformung wie bei einem geschmolzenen Harz eine Oberfläche für die wiedergebende optische Oberfläche gebildet, so dass die Oberfläche des amorphen Metalllegierungsfilms genau zu der optischen Mutteroberfläche 31a und der Mutteroberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31b der Matrizenoberfläche einer Matrizenvorlage 31 passt.
Die amorphe Legierung 34 wird durch Eintauchen der Matrizenvorlage 31 und des Druckstücks 36 als ein Körper in einen Behälter 37, der in der 3 gezeigt ist, schnell abgekühlt. Der Körper kann ohne jedwedes künstliche Verfahren natürlich abgekühlt werden. Danach kann durch Trennen der Matrizenvorlage 31 und des Druckstücks 36 die Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen, die eine Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche, die der optischen Mutteroberfläche 31a und der Mutteroberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31b entspricht, erhalten werden. Es ist bevorzugt, dass das Verfahren des Erwärmens, des Formens und Kühlens insbesondere zur Bildung einer optischen Oberfläche mit einer großen Vertiefung, einer komplizierten optischen Oberfläche oder zur Bildung auf einer leicht oxidierbaren amorphen Metalllegierung durch das Warmpressverfahren im Vakuum durchgeführt wird.
4) Form der Beugungsringe
Als Beispiel für eine Vorrichtung, die eine hochfunktionelle feine Struktur auf der optischen Oberfläche aufweist, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Formmatrize gebildet wird, wird eine asphärische Linse mit Beugungsringen beschrieben. Die optische Funktion der asphärischen Oberfläche wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Gleichung 1
Dabei ist N die Ringanzahl der Beugungsringe, h die Höhe der optischen Achse, X der Abstand von der tangentialen Oberfläche entlang der optischen Achse, r_N der Krümmungsradius für den N-ten Ring, K_N der Konuskoeffizient für den N-ten Ring, A_4N bis A_10N sind Koeffizien ten der Abweichung von der Kugelgestalt und Δ = –λ₀/(n – 1) ist der Oberflächenverschiebungswert beim Abstand λ₀ auf der optischen Achse. Diese Gleichung ist auf der Seite 92 von „Introduction to Optical Devices" (von Opt-electronics Co. veröffentlicht) gezeigt. Diese Gleichung kann die Sägezahn-Wellenform des Querschnitts durch eine Ebene, welche die optische Achse umfasst, beschreiben. Dabei kann λ₀ als die Wellenlänge der gebildeten Beugungsringe betrachtet werden. Andere Gleichungen können verwendet werden, mit der Maßgabe, dass die Gleichungen die Oberflächenform der Beugungsoberfläche der optischen Vorrichtung wiedergeben können.
Im Allgemeinen wird der Abstand der Beugungsringe (Position jedes Rings) unter Verwendung der Phasendifferenzfunktion oder der Differenzfunktion des optischen Wegs definiert. Konkret ist die Phasendifferenzfunktion φ_b, die in Radiant angegeben ist, durch die folgende Gleichung 2 gezeigt, und die Differenzfunktion des optischen Wegs ϕ_B, die in mm angegeben ist, ist durch die folgende Gleichung 3 gezeigt.
Diese zwei Ausdrücke sind zur Beschreibung des Abstands der Beugungsringe äquivalent, obwohl die Einheiten, die bei diesen Gleichungen verwendet werden, unterschiedlich sind. Durch Multiplizieren mit λ/2π kann b der Phasendifferenzfunktion in B der Wellenlänge λ (in mm angegeben) umgerechnet werden, und umgekehrt kann B der Differenzfunktion des optischen Wegs durch Multiplizieren mit 2π/λ in b der Phasendifferenzfunktion umgerechnet werden.
Zur Vereinfachung der Erläuterung wird hier eine Beugungslinse unter Verwendung von Licht nach der Primärbeugung erläutert. Für die Lichtwegdifferenzfunktion wird ein Ring für den Funktionswert für jedes ganzzahlige Vielfache der Wellenlängen λ gebildet. Für die Phasendifferenzfunktion wird ein Ring für den Funktionswert für jedes ganzzahlige Vielfache von 2π gebildet.
Für eine zylinderförmige Linse mit Beugungsringen auf beiden flachen Seitenoberflächen eines Zylinders mit einer Wellenlänge von 0,5 μm = 0,0005 mm, bei welcher der Koeffizient des quadratischen Terms z. B. –0,05 beträgt (umgerechnet in einen Koeffizienten des quadratischen Terms von –628,3), und jeder andere Koeffizient eines anderen Terms Null ist, be trägt der Radius des ersten Rings h 0,1 mm und der Radius des zweiten Rings beträgt 0,141 mm. Es ist bekannt, dass die Brennweite f der Beugungslinse –i/(2B₂) für einen Koeffizienten des quadratischen Terms der Differenzfunktion des optischen Wegs B₂ von –0,05 10 mm beträgt.
Auf der Basis der vorstehend erläuterten Definition wird für die Linse eine Funktion bereitgestellt, die für den Koeffizienten des quadratischen Terms der Phasendifferenzfunktion oder der Differenzfunktion des optischen Wegs einen von Null verschiedenen Wert ergibt. Dadurch, dass andere Koeffizienten von Termen höherer Ordnung, wie z. B. des Terms der 4., 6., 8., 10. und 12. Potenz der Phasendifferenzfunktion oder der Differenzfunktion des optischen Wegs, einen von Null verschiedenen Wert aufweisen, kann die sphärische Abberation eingestellt werden. Das Einstellmittel stellt die sphärische Abberation innerhalb eines gewünschten Werts ein, der die sphärische Abberation an einem Abschnitt mit einer Brechungsfunktion durch eine entgegengesetzte sphärische Abberation kompensiert.
5) Glasformen
Die 4 zeigt einen Matrizensatz, der eine Matrize zum Formen von Linsen als Beispiel für die optischen Vorrichtungen umfasst. Amorphe Metalllegierungsfilme, wie sie vorstehend erläutert worden sind, werden auf der Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen 31-1 mit der Oberfläche zur Wiedergabe einer optischen Oberfläche 31-1a und der Oberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31-1b und auf der Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen 31-2 mit der Oberfläche zur Wiedergabe einer optischen Oberfläche 31-2a und der Oberfläche des Basisniveaus der geometrischen Größe 31-2b gebildet. Die Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen 31-1 und die Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen 31-2 werden in die Matrizensätze 43 und 44 eingesetzt, wobei sich die Oberflächen des Basisniveaus der geometrischen Größe 31-1a und 31-2a und die Oberflächen des Basisniveaus der geometrischen Größe 31-1b und 31-2b gegenüber liegen.
Die gewünschte geformte Linse kann nach dem Trennen der Oberflächen von 30-1 und 30-2, Gießen von geschmolzenem Glasmaterial auf die Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen 30-1 und Pressen zum Formen unter Verwendung der Matrize 30-2 und dann Abkühlen derselben erhalten werden.
Die Temperatur beim Formen liegt vorzugsweise im Temperaturbereich von 300°C oder mehr und 1500°C oder weniger. Wenn die Temperatur weniger als 300°C beträgt, liegt die Temperatur unterhalb der T_g des Glasmaterials für die optische Vorrichtung und die Fließei genschaften sind zum Formen nicht ausreichend. Wenn die Temperatur beim Formen mehr als 1500°C und mehr als 2000°C beträgt, besteht die Gefahr, dass das Glasmaterial chemisch verändert wird. Ein mehr bevorzugter Temperaturbereich ist 400°C bis 1000°C. In diesem Temperaturbereich kann eine hohe Dauerbeständigkeit beim Formen von mehr als 1000 Mal erreicht werden.
Die Materialien des optischen Glases sind Oxide, die Ti, Si, P, B, Ta, Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Bi, Zn, Al, Zr, La, Nb, Gd, F, Ga, Ge, usw., umfassen. Insbesondere können SiO₂, P₂O₅ und B₂O₃ als Primärbestandteil des Materials genannt werden. Alkalielemente wie Li, Na, K, Rb oder Cs sind enthalten, um die Erweichungstemperatur zu vermindern und die Bildung eines glasartigen Zustands einfacher zu machen. Nb, Ba, La oder Bi ist enthalten, um den Brechungsindex des Glasmaterials zu erhöhen. Das Einbeziehen von P vermindert und verschlechtert die Witterungsbeständigkeit, auch wenn der Brechungsindex des Glases abnimmt. Das Einbeziehen von Al oder Zr verbessert die Witterungsbeständigkeit auf Kosten einer Erhöhung der Erweichungstemperatur. Um den Einschluss von Gasschaum zu vermindern, kann eine kleine Menge Sb, As, Pb oder Th zugesetzt werden. Von diesen Elementen ist Sb im Hinblick auf Umweltschutzanforderungen bevorzugt.
Die vorliegende Erfindung wird durch Beispiele genauer erläutert.
Beispiel 1: Suche von Pt-Legierungen unter Verwendung eines kombinatorischen Verfahrens
Um Metalllegierungszusammensetzungen zu finden, die eine amorphe Phase aufweisen, wurden viele Proben mit unterschiedlichen Zusammensetzungen unter Verwendung einer neuen Materialsynthesevorrichtung, die in JP-A-2004-315939 beschrieben ist, und eines kombinatorischen Materialbewertungssubstrats, das in JP-A-2005-131915 beschrieben ist, auf einmal hergestellt und bewertet.
Kombinatorische Materialexperimentiervorrichtung
Die Experimentiervorrichtung ist vorwiegend aus einer Entladungssteuereinheit, einer Stromversorgung, einer kathodischen Lichtbogenplasmakanone (CAPG), einer Kammer aus rostfreiem Stahl mit φ 309 mm × 396 mm und einem Vakuumerzeugungssystem aufgebaut. Die 5 zeigt den Aufbau der drei CAPG's und eines Substrats der Vorrichtung mittels einer schematischen, aufgeschnittenen Figur.
In (a), (b) und (c) von 5 sind die erste CAPG 51, die zweite CAPG 52 und die dritte CAPG 53 an jeder Spitze eines gleichseitigen Dreiecks auf einer Ebene in der Kammer 50 angeordnet. Die Abmessungen dieser Kathoden sind derart, dass sie einen Durchmesser von 10 mm und eine Länge von 22,3 mm aufweisen. Das Substrat 54 ist unterhalb der Ebene dieser CAPG's angeordnet. Ein Samarium-Cobalt-Magnet 55 mit den Abmessungen eines Durchmessers von 50 mm und einer Länge von 20 mm ist unter dem Substrat angeordnet. Die maximale magnetische Flussdichte des Magneten beträgt 300 mT im Zentrum der Oberfläche und ein magnetischer Kreis wird derart ausgebildet, dass der magnetische Kreis innerhalb der Kammer geschlossen ist. Die 5(a), (b) und (c) zeigen eine Situation, bei der ionisierte Teilchen von den CAPG's 51, 52 und 53 in die Richtung des Substrats geführt, verteilt und an dem Substrat anhaften gelassen werden. Die Position des Substrats ist im Zentrum der Kammer festgelegt. (In der JP-A-2004-315939 wird ein Fall erläutert, bei dem ein Substrat bewegt wird.) Auf diese Weise werden Filme mit einem ternären Legierungszusammensetzungssystem gebildet.
Das Entladungsintervall ist auf 1 min festgelegt und die Kapazität des elektrischen Kondensators wird von 2200 mF bis 8800 mF (in Intervallen von 2200 mF) variabel gemacht, um die Geschwindigkeit der Filmabscheidung pro Pulsentladung zu steuern.
Herstellung eines kombinatorischen Materialsubstrats
Auf einem Substrat (3 Zoll-Si-Substrat, 500 μm dick) wurde ein Si₃N₄-Film mit einer Dicke von etwa 10 nm gebildet, ein Photolack (PMGI, von KAYAKU MICROCHEM Co., Ltd. erhältlich) wurde in einer Dicke von etwa 2 μm mit einem Schleuderbeschichtungsverfahren auf den Film aufgebracht und vorgehärtet.
Dann wurde ein Cu-Film mit einer Dicke von etwa 5 μm mit einem RF-Sputterverfahren auf dem PMGI gebildet.
(a) Strukturierung
Ein Photolack (OFPR-800, von Tokyo Ooka Industries Co. erhältlich) wurde mit einem Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht und vorgehärtet.
Die Größe und Form des Gittermusters ist eine quadratische Form mit einer Seitenabmessung von 39,6 mm × 39,6 mm und es kann durch 33 Zeilen und 33 Spalten 1089 Proben aufnehmen. Die Linienbreite des Gitters beträgt 200 μm. Das Gittermuster wurde durch Belich ten durch Photolack (OFPR-800) als Maske und Entwickeln mittels NMD-3 gebildet. Ferner wurde ein Ätzen des Cu-Films unter Verwendung einer 38%igen Salpetersäure-Wasser-Lösung durchgeführt.
(b) Photolackentwicklung
Der Photolack unter der geätzten Cu-Schicht wurde mittels NMD-3 und einer Steuerung der Entwicklungszeit zur Bildung einer T-Oberseitenform (Regenschirmform) entwickelt. Dann wurde die Oberfläche des Substrats mit reinem Wasser gespült und mit einem Gebläse getrocknet.
Probenherstellung
Pt, Zr und Pt-Si werden als die drei CAPG-Elektroden bereitgestellt und ein Film aus Pt-Zr-Si-Legierungen wird auf dem kombinatorischen Substrat abgeschieden.
Die Herstellungsbedingungen sind wie folgt.

Basisdruck: 3,0 × 10^–5 Pa
Kapazität des Kondensators: 8800 μF nur für Pt und 6600 μF für Zr und Pt-Si
Anzahl der Entladungen: Insgesamt 36400, die aus 26000 für Pt, 7800 für Zr und 2600 für Pt-Si zusammengesetzt sind

Probenbewertung
Die Probenzusammensetzungsverhältnisse wurden mit einer Röntgenfluoreszenzmessung unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenspektrometers (EDX, mEDX-1200, ein Produkt von Shimazu) und durch eine Spektralanalyse mittels eines Fundamentalparameterverfahrens (PM-Verfahrens) bestimmt. Die Bewertung der Kristallisation wurde mit einer Röntgenbeugungsvorrichtung mit Bildgebungsplatte (IP) (von Rint Rapid, Rigaku hergestellt) durchgeführt. Sowohl die EDX- als auch die IP-Röntgenbeugungsvorrichtung kann mit automatischen Mehrpunktmessungen und Hochgeschwindigkeitsmessungen mit einem automatischen X-Y-Tisch betrieben werden.
Die Klassifizierung von Probenabschnitten in amorph, kristallin und Übergangsabschnitt wurde mittels einer Röntgenbeugungsintensitätsverteilungsanalyse durchgeführt. Für die Klassifizierung werden die folgenden Standards eingesetzt.

Amorpher Abschnitt: Linienbreite des Beugungspeaks bei etwa 40 Grad beträgt 5 Grad oder mehr und es wird kein kristalliner Beugungspunkt gefunden.
Übergangsabschnitt: Linienbreite des Beugungspeaks bei etwa 40 Grad beträgt 5 Grad oder mehr und es wird mindestens ein kristalliner Beugungspunkt gefunden.
Kristalliner Abschnitt: Linienbreite des Beugungspeaks bei etwa 40 Grad beträgt 5 Grad oder weniger.

Die Ergebnisse der Probenbewertung sind in der 6 gezeigt. In der Figur sind die vorgegebenen Probenzusammensetzungen und die Ergebnisse der Klassifizierung in amorphe Abschnitte, kristalline Abschnitte und Übergangsabschnitte in dem ternären Pt-Zr-Si-Phasendiagramm aufgetragen. In der Figur ist der bevorzugte Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung ebenfalls gezeigt. Atom-% in der Figur steht für Atomprozent. Die gleichen Angaben in der 7 bis 10 stehen ebenfalls für Atomprozent.
Entsprechend dem ternären Pt-Zr-Si-System wurden Proben von ternären Pt-Si-Ni-, Pt-Si-Ru-, Pt-Hf-Ni- und Pt-Hf-Ru-Systemen unter Verwendung der kombinatorischen Experimentiervorrichtung hergestellt und nach dem Klassifizieren der Phasen in amorph, kristallin oder Übergangsabschnitt wurde bestätigt, dass die amorphe Phase bei allen drei Legierungssystemen erhalten werden kann. Die 7 zeigt das Ergebnis der Klassifizierung für das ternäre Pt-Si-Ni-System und die 8 zeigt das Ergebnis der Klassifizierung für das ternäre Pt-Si-Ru-System. Die 9 zeigt das Ergebnis der Klassifizierung für das ternäre Pt-Hf-Ni-System. Ferner zeigt die 10 das Ergebnis der Klassifizierung für das ternäre Pt-Hf-Ru-System. Bei dem ternären Pt-Hf-Ru-System wurde bei der Pt-reichen Zusammensetzung kein Bereich mit einer amorphen Phasenzusammensetzung gefunden. Bei den drei restlichen Legierungssystemen wurde bei der Pt-reichen Zusammensetzung ein Bereich mit einer amorphen Phasenzusammensetzung gefunden. Anzeichen, die unerwünschte mechanische Eigenschaften, wie z. B. Risse oder ein Ablösen, nahe legen, wurden bei den Proben der Substanzbibliothek nicht gefunden.
Beispiel 2: Herstellung und Bewertung von Legierungsfilmen auf Pt-Basis
Filme mit den Zusammensetzungen Pt₄₈Hf₃₇Ni₁₅ und Pt₄₅Hf₃₆Ni₁₉ wurden mit der Mehrfachquellen-Simultansputtervorrichtung gebildet. Die Werte der Kristallisationstemperatur T_x der Filme wurden mit dem Röntgenbeugungsverfahren bewertet und die Werte der Glasüber gangstemperatur T_g wurden mit einem Eindrucktestverfahren bewertet. Ferner wurde eine Messung der Zugfestigkeit durchgeführt. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Pt₄₈Hf₃₇Ni₁₅-Film eine T_x von etwa 700°C aufweist und dass eine Eindruckbildung aufgrund des Eindrucktests als T_g-Bewertung des Films festgestellt wurde, die das Vorliegen eines metallischen glasartigen Zustands zeigt. Die Zugfestigkeit des Films betrug 0,30 GPa. Für den Pt₄₅Hf₃₆Ni₁₉-Film wurde eine T_x von etwa 550°C und ein Eindruck aufgrund des Eindrucktests als T_g-Bewertungsergebnis des Films festgestellt, die das Vorliegen eines metallischen glasartigen Zustands bestätigen. Die Zugfestigkeit des Films betrug 0,37 GPa.
Um eine erhöhte mechanische Festigkeit für ein ternäres Pt-Hf-Ni-Legierungssystem zu erhalten, wurde ein pseudo-ternäres Legierungssystem aus Pt-(Hf, Zr)-Ni, das Zr enthält, welches Eigenschaften aufweist, die denjenigen von Hf ähnlich sind, untersucht. Die 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Zr-Gehalt x und der mechanischen Festigkeit für ein Pt₄₈Hf_37-xZr_xNi₁₅-Legierungssystem. Gemäß der 11 wurde eine Zunahme der Zugfestigkeit auf bis zu 0,9 GPa und eine Bruchdehnung auf bis zu 1,5% bestätigt, wenn der Zr-Gehalt 7,5 Atomprozent beträgt. Gemäß dem Ergebnis der Röntgenbeugung bei einer erhöhten Temperatur im Vakuum wurde bestätigt, dass eine Pt₄₈Hf₂₂Zr₁₅Ni₁₅-Legierung, welche die höchste Zugfestigkeit aufweist, eine T_x von 700°C oder mehr aufweist. Das Ergebnis des Eindrucktests der Legierung zeigte, dass der Eindruck, der das Vorliegen der T_g bestätigte, festgestellt wurde, wenn die Testtemperatur auf 650°C oder mehr erhöht wurde.
Ein Test der Haftbeständigkeit gegen geschmolzenes Glas wurde für den Pt₄₈Hf₂₂Zr₁₅Ni₁₅-Film durchgeführt. Das Testverfahren war wie folgt. Auf einer Oberfläche eines blanken Metallmaterials (Hartmetallmaterial, 10 mm Durchmesser und 5 mm Dicke) wurde ein Legierungsfilm mit einer Dicke von 5 μm durch Sputtern mit dem Mehrfachquellen-Simultansputterverfahren gebildet. Nach dem Erhitzen des Films auf bis zu 480°C und Halten bei der erhöhten Temperatur in Luft unter Verwendung einer Heizplatte wurden geschmolzene 300 mg-Glastropfen fünfmal auf den Film fallen gelassen. Dann wurden die Veränderung der Filmoberfläche und das Auftreten einer Kristallisation untersucht. Die 12 zeigt eine Photographie der Probenoberfläche nach dem Test (a) und Rasterelektronenmikroskop-Photographien vor dem Test (b) und nach dem Test (c). Als Ergebnis wurde erhalten, dass die Pt-Hf-Zr-Ni-Filmoberfläche keine Haftung an Glas aufweist und keine Spur der Glastropfen gefunden wurde. Eine Oberflächenuntersuchung mit einem Rasterelektronenmikroskop wurde durchgeführt und auf der Oberfläche wurde(n) kein Ablösen und keine Risse gefunden. Eine Röntgenbeugungsmessung der Oberfläche nach dem Test wurde durchgeführt und es wurde keine Kristallisation gefunden.
Beispiel 3: Pt-Ir-Zr-Legierungen
Um ein Material mit einer höheren Festigkeit und einer höheren Korrosionsbeständigkeit zu finden, wurde der Zusammensetzungsbereich, der eine amorphe Phase zeigt, eines ternären Pt-Ir-Zr-Legierungssystems, das Ir in einer Pt-Legierung enthielt, mit der vorstehend erläuterten kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung untersucht. Die Ergebnisse sind in der 13 gezeigt.
Zunächst schien es schwierig zu sein, in dem Pt-Ir-Legierungssystem eine amorphe Phase zu erhalten, da die Legierung in allen Zusammensetzungsverhältnissen eine feste Lösung bildet. Zusammensetzungen, die eine amorphe Phase zeigen, wurden jedoch durch Einbeziehen von Zr als das dritte Element realisiert.
Unter Nutzung dieser Erkenntnis als Basis wurde jeweils ein Film mit der Zusammensetzung Pt₄₂Ir₁₇Zr₄₁ und Pt₃₈Ir₂₅Zr₄₁ mit der Mehrfachquellen-Simultansputtervorrichtung hergestellt und eine Bewertung der Kristallisationstemperatur T_x mit dem Röntgenbeugungsverfahren und der Glasübergangstemperatur T_g mit dem Eindrucktestverfahren wurde durchgeführt. Ferner wurde eine Zugfestigkeitsmessung durchgeführt. Als Ergebnis wurde gefunden, dass sowohl Pt₄₂Ir₁₇Zr₄₁ als auch Pt₃₈Ir₂₅Zr₄₁ eine T_x von 700°C und eine Zugfestigkeit von 0,81 GPa aufweist. Diese Werte sind nahezu mit denjenigen der vorstehend erläuterten Legierung identisch. Das Vorliegen eines Bereichs mit unterkühltem Flüssigkeitszustand konnte durch das Eindrucktestverfahren nicht bestätigt werden.
Für Pt₄₂Ir₁₇Zr₄₁ und Pt₃₈Ir₂₅Zr₄₁ wurde ein Test der Haftbeständigkeit gegen geschmolzenes Glas mit dem vorstehend erläuterten Tropfverfahren durchgeführt. Als Ergebnis wurde erhalten, dass beide Filme wie in dem Fall des Pt₄₈Hf₂₂Zr₁₅Ni₁₅-Films keine Haftung an Glas zeigten. Als Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung der Oberfläche nach dem Test wurde keine Kristallisation gefunden.
Beispiel 4: Herstellung von Pt₈₀Zr₁₉Si₁-Matrizen
HPM50 (vorgehärteter Stahl) wurde als Ausgangsmaterial verwendet und zu der gewünschten Form und den gewünschten Abmessungen grob spanabhebend bearbeitet und ein 100 um dicker amorpher Pt₈₀Zr₁₉Si₁-Legierungsfilm wurde gebildet.
Es wurden Pt-, Zr- und Pt-Si-Targets mit einer RF-Sputtervorrichtung des Karusseltyps und Drehen des Substrats derart verwendet, dass die Abscheidungsdicke pro Umdrehung auf den Atomdurchmesser von Pt, Zr oder Pt-Si oder weniger eingestellt wurde.
Der Austrag von jedem Target wurde angemessen eingestellt, um die erforderliche Zusammensetzung zu erhalten. Mittels EDX wurde bestätigt, dass der Film die erforderliche Zusammensetzung aufwies.
Verarbeitung von Matrizen
Als Form der Matrizenoberfläche zur Bildung einer optischen Oberfläche (die zu verarbeitende Oberfläche) wurde die Form einer optischen Oberfläche gewählt, welche die Funktion einer Beugungsoptik einer dualen DVD/CD-Kunststofflinse aufwies. Die Anzahl der Ringe beträgt 28, der effektive Radius beträgt 2,032 mm, der maximale Normallinienwinkel in dem effektiven Radius beträgt 52,4 Grad und die Tiefe der maximalen Stufe beträgt 1,565 μm.
Das Ausgangsmaterial der Matrize wurde in eine ultragenaue Bearbeitungsmaschine eingespannt, die eine Drehzahl von 1000 U/min aufwies und die Vorderkante eines Diamantwerkzeugs mit einer Zustellgeschwindigkeit von 0,1 mm pro Minute von der Außenseite zum Zentrum bewegte, und eine spanabhebende Bearbeitung wurde durchgeführt, um die Form einer erforderlichen optischen Beugungsoberfläche zu erhalten.
Durch Anwenden des vorstehend erläuterten Bearbeitungsverfahrens konnte die erforderliche Form mit einem Intervall der Abmessungsvariation innerhalb von 200 nm ohne Beschädigung der Schneidkante eines Diamantwerkzeugs erhalten werden.
Bewertung der Dauerbeständigkeit einer Matrize zum Glasformen
Ein Glasformtest mit der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Matrize wurde durchgeführt. Die Formtemperatur wurde auf 500°C eingestellt. Für die Matrizenstufentiefe von 1,565 μm wurde eine Stufentiefe bei der geformten Linse von 1,491 μm erhalten. Die Übertragungsrate bei den Beugungsstufen wies ein ausreichendes prozentuales nutzbares Niveau eines Produkts auf. Nach 12000 Formvorgängen wurde keine Veränderung der Beugungsstufe gefunden.
Beispiele 5 bis 25: Herstellung anderer Matrizen aus einer amorphen Pt-Legierung und deren Bewertung
Matrizen der Beispiele 5 bis 25 wurden mit dem im Beispiel 4 erläuterten Herstellungsverfahren hergestellt, jedoch wurde die Sputterlegierungszusammensetzung durch jede in der Tabelle 1 gezeigte Legierungszusammensetzung ersetzt. Nach der spanabhebenden Bearbeitung wurde jede Matrize für ein Glasformen verwendet und die Übertragungsrate und die Dauerbeständigkeit wurden jeweils bewertet. Für die Beispiele 10 bis 14 sind die Ergebnisse einer Bruchdehnungsmessung mit einer thermisch-mechanischen Analysevorrichtung (TMA-Vorrichtung) gezeigt.
Die Messergebnisse der Übertragungsrate für die Stufentiefe und die verfügbare Anzahl an Wiederholungen des Formvorgangs für jede Probe der Beispiele 5 bis 25 sind in der Tabelle 1 gezeigt. Gemäß der Tabelle 1 erreichte jede Matrize 95% oder mehr der Stufentiefeübertragungsrate. Interessanterweise wurde gefunden, dass die Oberflächenrauhigkeit R_a der Oberfläche, die durch spanabhebendes Bearbeiten mit einem Diamanten bearbeitet worden ist, mit der Übertragungsrate der Stufentiefe korreliert und dass eine größere Übertragungsrate von annähernd 100% erreicht wird, wenn die Oberflächenrauhigkeit gering ist. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der arithmetische Mittelwert der Rauhigkeit R_a, der durch Japanese Industrial Standards (JIS) definiert ist, der Oberfläche nach der spanabhebenden Bearbeitung durch ein Diamantwerkzeug 10 nm oder weniger beträgt. Für die Oberflächenrauhigkeitsmessungen wurde eine kontaktlose Vorrichtung zur Messung der dreidimensionalen Oberflächenform (WYCO NT4800), die von Veeco Co. hergestellt worden ist, verwendet, und aus der Messung wurde der durch JIS definierte Oberflächenrauhigkeitswert erhalten. In der Tabelle 1 sind auch die Ergebnisse der Oberflächenrauhigkeitsmessung für die Probenoberflächen, die mit einer spanabhebenden Bearbeitung mittels Diamant verarbeitet worden sind, gezeigt.
Gemäß der Tabelle 1 zeigte jede Matrize der Beispiele 5 bis 25, bei welcher der Pt-Legierungsfilm eingesetzt worden ist, gute Formeigenschaften mit einer Stufenübertragungsrate von 95% oder mehr. Die Anzahl der verfügbaren Wiederholungen des Formvorgangs beträgt mehr als 10000, was eine hervorragende Dauerbeständigkeit zeigt. Als Ergebnis der Bruchfestigkeitsmessung mittels thermisch-mechanischer Analyse (TMA) wurde erhalten, dass die Festigkeit 300 MPa oder mehr für die Pt-Hf-Ni-Legierungen der Beispiele 9 und 10, 300 MPa oder mehr für die Pt-Hf-Zr-Ni-Legierungen der Beispiele 11 und 12 und 1000 MPa oder mehr für die Pt-Zr-Al-Legierungen von Beispiel 10 beträgt. In der Tabelle 1 sind auch die Glasübergangstemperatur und die Kristallisationstemperatur von metallischen Gläsern, die nachstehend erläutert werden, gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1
Die Bildung von Beugungsrillen wurde mit einer wärmebeständigen Hartmetalllegierung (WC/Co) durch spanabhebendes Bearbeiten mittels Diamant unter Verwendung des Verarbeitungsverfahrens von Beispiel 4 versucht. Wenn die spanabhebende Bearbeitung auf 1,2 μm der Stufentiefe von 1,565 μm vorangetrieben wurde, wurde die Schneidkante beschädigt. Folglich wurde die Bildung der Beugungsrillen nicht abgeschlossen.
Vergleichsbeispiel 2
Unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel 4, mit der Ausnahme der Verwendung von amorphem Ni-P (T_x von etwa 300°C), das durch stromloses Plattieren gebildet worden ist und als Matrizenmaterial zum Formen von Kunststofflinsen bekannt ist, wurde eine Matrize hergestellt und Beugungsrillen wurden auf der amorphen Legierung gebildet. Ein Glaslinsenformen wurde mit der erhaltenen Matrize versucht, wobei die Vorgehensweise des Herstellungsverfahrens von Beispiel 4 eingesetzt wurde. Beim ersten Linsenformen wurde eine Linse mit einer Stufentiefe von 1,487μm, die einer Übertragungsrate von mehr als 95% bezogen auf die Matrizenstufentiefe von 1,565 μm auf einem Produktniveau entsprach, erhalten. Die Matrize wurde jedoch in dem zweiten Durchgang des Formens beschädigt, so dass das Formen gestoppt wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Die Bildung des gesputterten Films, das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen und die Dauerbeständigkeitsbewertung wurden mit dem Verfahren von Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wurde eine amorphe Metalllegierung aus Co: 72 Atomprozent, B: 14 Atomprozent, Si: 9,6 Atomprozent und Nb: 4 Atomprozent ((Co_0,75B_0,15Si_0,10)₉₆Nb₄) verwendet.
Vergleichsbeispiele 4 und 5
Als Vergleichsbeispiel 4 wurden das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen, die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize und die Oberflächenrauhigkeitsmessung nach dem spanabhebenden Bearbeiten mittels Diamant mit dem Verfahren von Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wurde eine amorphe Metalllegierung aus Pt: 76 Atomprozent, Cu: 6 Atomprozent und Si: 18 Atomprozent anstelle der Bildung der amorphen Metalllegierung aus dem gesputterten Film verwendet. Als Vergleichsbeispiel 5 wurden das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen, die Dauerbeständigkeitsbewertung und die Oberflächenrauhigkeitsmessung nach dem spanabhebenden Verfahren mittels Diamant mit dem Verfahren von Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wurde eine amorphe Metalllegierung aus Pt: 60 Atomprozent, Ni: 15 Atomprozent und P: 25 Atomprozent anstelle der Bildung der Metalllegierung aus dem gesputterten Film verwendet.
Vergleichsbeispiele 6 bis 8
Als Vergleichsbeispiele 6, 7 und 8 wurden das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen, die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize und die Oberflächenrauhigkeitsmessung nach dem spanabhebenden Bearbeiten mittels Diamant mit dem Verfahren von Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wurde eine amorphe Metalllegierung aus Pt: 20 Atomprozent und Zr: 80 Atomprozent, eine amorphe Metalllegierung aus Pt: 20 Atomprozent, Zr: 70 Atomprozent und Ni: 10 Atomprozent bzw. eine amorphe Metalllegierung aus Pt: 60 Atomprozent, Cu: 20 Atomprozent und P: 20 Atomprozent anstelle der amorphen Bildung der Metalllegierung aus dem gesputterten Film verwendet. Die Ergebnisse dieser Vergleichsbeispiele 1 bis 8 sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Wie es aus der Tabelle ersichtlich ist, konnte eine Matrize mit einem Formvermögen und einer Dauerbeständigkeit gemäß der Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 nicht erhalten werden.
Beispiel 26: Bewertung der Hochtemperatur-Glasübergangstemperatur
Da die erfindungsgemäßen wärmebeständigen Legierungen eine sehr hohe Kristallisationstemperatur T_x aufweisen, kann auf diese Legierungen ein herkömmliches Messverfahren für T_g und T_x, wie z. B. eine Differentialthermoanalyse (DTA), nicht angewandt werden. Deshalb wurden die T_g und die T_x der Legierungen mit dem durch die Erfinder eingeführten Eindrucktestverfahren bewertet.
Die 14 zeigt die Hochtemperatur-Eindrucktestvorrichtung, die durch eine schematische Seitenansicht veranschaulicht ist. Gemäß der 14 drücken Cr-Kugeln 144, die durch Führungen 143 positioniert sind, eine Probe 146 (wie z. B. eine Probe in einer Substanzbibliothek auf einem Aluminiumoxidsubstrat 145 oder eine gesputterte Filmprobe) unter Verwendung einer Mo-Folie 142 und einer Mo-Platte 141 als Gewicht. Der gedrückte Zustand wurde mit einer Vorrichtung 147 aufrechterhalten und die Vorrichtung wurde im Vakuum erhitzt. Mit dem Hochtemperatur-Eindrucktest wird das Vorliegen eines Fließzustands aufgrund des Glasübergangs als Ergebnis der Untersuchung der Probenoberfläche nach dem Eindruck, wie z. B. bezüglich des Vorliegens einer eingedrückten Spur und des Aussehens der Spur, bewertet.
Als erstes wurde der Hochtemperatur-Eindrucktest für ein bekanntes metallisches Glas Pd₇₇Cu₆Si₁₇ bei einer Heizbedingung von 400°C für 1 Minute durchgeführt und die Eindruckspur wurde mit einem Konfokalmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde eine ringförmige Ausbuchtung, die ein Glasfließen zeigt, festgestellt. Die T_g und die T_x dieses metallischen Glases können durch ein Differentialscanningkalorimeter (DSC) gemessen werden. Die Ergebnisse der DSC-Messung dieses metallischen Glases sind eine T_x von 400°C, eine T_g von 383°C und ein ΔT von 17°C, was das Ergebnis des Eindrucktests bestätigt. Durch die Anwendung dieses Eindrucktestverfahrens auf Filme der Substanzbibliothek ternärer amorpher Legierungen wurde durch die Verwendung des Kriteriums des Vorliegens oder Fehlens einer ringförmigen Ausbuchtung eine Klassifizierung in metallische Gläser, die ein Fließen einer unterkühlten Flüssigkeit aufgrund eines Glasübergangs zeigen, und in amorphe Legierungen, die kein Flüssigkeitsfließen zeigen, erhalten.
Ein Pt₅₇Hf₃₉Ni₄-Film wurde mittels eines Sputterverfahrens gebildet. Die 15 zeigt das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung für Pt₅₇Hf₃₉Ni₄-Filme nach der Wärmebehandlung bei der jeweiligen Temperatur im Vakuum. Wie es aus dem in der 15 gezeigten Ergebnis ersichtlich ist, fand bis 873 K keine Kristallisation statt.
Der vorstehend erläuterte Eindrucktest wurde auf den durch das Sputterverfahren auf einem Al₂O₃-Substrat hergestellten Pt₅₇Hf₃₉Ni₄-Film angewandt. Die Erwärmungsbedingung war 823 K für 1 Minute. Gemäß der 16(a) wird eine ringförmige Ausbuchtung um die Eindruckspur gefunden, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung der Probe nach dem Eindrucktest ist in der 16(b) gezeigt. Gemäß der 16(b) wurde der Beugungspeak aufgrund der Beugung einer Kristallphase nicht gefunden, was zeigt, dass die Kristallisation selbst nach dem Eindrücken bei 823 K nicht auftritt.
Der Eindrucktest bei einer Erwärmungstemperatur von 873 K für 1 Minute wurde für einen gesputterten Pt₅₇Hf₃₉Ni₄-Film auf einem Al₂O₃-Substrat durchgeführt. Gemäß der 16(c) liegt eine ringförmige Ausbuchtung um die Eindruckspur nicht vor, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für diese Probe nach dem Test ist in der 16(d) gezeigt. Gemäß der 16(d) liegen Beugungspeaks aufgrund der Beugung der Kristallphase vor, was zeigt, dass eine Kristallisation stattfand.
Diese Ergebnisse zeigen, dass diese Legierung eine T_x von etwa 870 K aufweist und Formpresseigenschaften bei einem niedrigeren Temperaturbereich von etwa 823 K zeigt.
Ein Pt₅₂Hf₃₆Ni₁₂-Film wurde mittels des Sputterverfahrens gebildet. Die 17 zeigt das Ergebnis einer Röntgenbeugungsmessung des Pt₅₂Hf₃₆Ni₁₂-Films nach der Wärmebehandlung bei der jeweiligen Temperatur. Gemäß der 17 fand bis 873 K keine Kristallisation statt. Peaks, die durch eine Kristallisation verursacht werden, beginnen bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 973 K zu erscheinen.
Der vorstehend erläuterte Eindrucktest wurde auf den durch das Sputterverfahren auf einem Al₂O₃-Substrat hergestellten Pt₅₂Hf₃₆Ni₁₂-Film angewandt. Die Erwärmungsbedingung war 773 K für 1 Minute. Gemäß der 18(a) wird eine ringförmige Ausbuchtung um die Ein druckspur gefunden, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung der Probe nach dem Test ist in der 18(b) gezeigt. Gemäß der 18(b) wurde ein Beugungspeak aufgrund der Beugung einer Kristallphase nicht gefunden, was zeigt, dass die Kristallisation nicht auftritt.
Der Eindrucktest bei einer Erwärmungstemperatur von 823 K für 1 Minute wurde für einen gesputterten Pt₅₂Hf₃₆Ni₁₂-Film auf einem Al₂O₃-Substrat durchgeführt. Gemäß der 18(c) liegt eine ringförmige Ausbuchtung um die Eindruckspur vor, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für diese Probe nach dem Test ist in der 18(d) gezeigt. Gemäß der 18(d) liegen Beugungspeaks aufgrund der Beugung der Kristallphase vor, was zeigt, dass eine geringfügige Kristallisation stattfand.
Der Eindrucktest bei einer Erwärmungstemperatur von 873 K für 1 Minute wurde für einen gesputterten Pt₅₂Hf₃₆Ni₁₂-Film auf einem Al₂O₃-Substrat durchgeführt. Gemäß der 18(e) liegt eine ringförmige Ausbuchtung um die Eindruckspur vor, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung für die Probe nach dem Test ist in der 18(f) gezeigt. Gemäß der 18(f) liegen Beugungspeaks aufgrund der Beugung der Kristallphase vor, was zeigt, dass eine geringfügige Kristallisation stattfand.
Diese Bewertungsergebnisse der Glasübergangstemperatur und der Kristallisationstemperatur bei einer hohen Temperatur sind in der Spalte der Beispiele 10 und 11 in der Tabelle 1 gezeigt, welche die Ergebnisse der Beispiele 5 bis 25 zeigt. In der Tabelle 1 sind auch die Ergebnisse der Glasübergangstemperaturbewertung und der Kristallisationstemperaturbewertung einer Pt-Legierung, die als Beispiele 15 und 16 gezeigt ist, beschrieben.
Aufgrund dieser Ergebnisse wurde gefunden, dass diese Legierungen eine T_x von mehr als 870 K aufweisen und oberhalb dieser Temperatur Formpresseigenschaften zeigen. Erfindungsgemäße Pt-Legierungen zeigen aufgrund des Vorliegens einer metallischen Glasphase selbst dann Formpresseigenschaften, wenn die Legierungen partiell kristallisiert sind. Daher handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Legierungen um Legierungen, die koexistierende Phasen einer amorphen Phase und einer Kristallphase aufweisen.
Beispiel 27: Suche nach Ru-Legierungen mit dem kombinatorischen Verfahren
Zur Spezifizierung einer Ru-Legierungszusammensetzung, die eine amorphe Phase aufweist, wurden Proben mit vielen Zusammensetzungsverhältnissen mit der vorstehend erläuterten kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung mit kombinatorischen Materialsubstraten auf einmal hergestellt.
Herstellung eines kombinatorischen Materialsubstrats
Ein etwa 100 nm dicker Si₃N₄-Film wurde auf einem Substrat (SiO₂, 3 Zoll groß, 500 mm lang) mit dem Sputterverfahren gebildet. Ein Photolack (PMGI, von KAYAKU MICROCHEM Co., Ltd. erhältlich) wurde in einer Dicke von etwa 2 μm mit einem Schleuderbeschichtungsverfahren auf den Film aufgebracht und vorgehärtet.
Dann wurde ein Cu-Film mit einer Dicke von etwa 5 μm mit einem Sputterverfahren auf dem PMGI gebildet.
(a) Strukturierung
Ein Photolack (OFPR-800, von Tokyo Ooka Industries Co. erhältlich) wurde auf den Film aufgebracht und vorgehärtet.
Die Größe und die Form des Gittermusters ist ein Quadrat mit einer Seitenabmessung von 39,6 mm × 39,6 mm und es kann durch 33 Zeilen und 33 Spalten 1089 Proben aufnehmen. Die Gitterlinienbreite beträgt 200 μm. Das Gittermuster wurde nach dem Belichten mit dem Photolack (OFPR-800) als Photomaske und Entwickeln unter Verwendung von NMD-3 gebildet. Ferner wurde ein Ätzen des Cu-Films unter Verwendung einer 38%igen Salpetersäurelösung durchgeführt.
(b) Photolackentwicklung
Der Photolack (PMGI) unter der Cu-Ätzoberfläche wurde mittels NMD-3 und einer Einstellung der Entwicklungszeit derart, dass Strukturen des T-Oberseitenformtyps (Regenschirm-artig) gebildet wurden, entwickelt. Dann wurde die Oberfläche des Substrats mit reinem Wasser gespült und getrocknet.
Probenherstellung
Ein Ru-Zr-Fe-Legierungsfilm wurde auf dem kombinatorischen Materialsubstrat durch die Bereitstellung von Ru, Zr und Fe als die drei CAPG-Elektroden der Experimentiervorrichtung gebildet.
Die Herstellungsbedingungen waren wie folgt.

Basisdruck: 3,0 × 10^–5 Pa
Kapazität des Kondensators: 8800 μF nur für Ru, 6600 μF für Zr und Fe
Anzahl der Entladungen: Insgesamt 36400 (26000 für Ru, 7800 für Zr und 2600 für Fe)

Nach der Bildung des Legierungsfilms wurde das kombinatorische Substrat in eine Entfernerflüssigkeit (ein Produkt von KAYAKU MICROCHEM Co., Ltd.) getaucht und dann wurden der Photolack und Cu abgehoben.
Probenbewertung
Die Probenzusammensetzungsverhältnisse wurden mit einer Röntgenfluoreszenzmessung unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenspektrometers (EDX-1200, von Shimazu Co., Ltd. hergestellt) und durch eine Spektralanalyse mittels eines Fundamentalparameterverfahrens (PM-Verfahrens) mit einer Röntgenbeugungsvorrichtung mit Bildgebungsplatte (IP) (von Rint Rapid, Rigaku hergestellt) bestimmt. Sowohl die EDX- als auch die IP-Röntgenbeugungsvorrichtung kann mit automatischen Mehrpunktmessungen und Hochgeschwindigkeitsmessungen mit einem automatischen X-Y-Tisch betrieben werden.
Die Klassifizierung in eine amorphe Phase, eine Kristallphase und eine Übergangsphase zwischen einer amorphen Phase und einer Kristallphase (gemischter Abschnitt) wurde aufgrund der Ergebnisse von Röntgenbeugungsintensitätsverteilungsmessungen durchgeführt. Das Kriterium der Klassifizierung ist wie folgt.

Amorpher Phasenabschnitt: Ru-Peaklinienbreite bei etwa 40 Grad beträgt 5 Grad oder mehr und es wird kein anderer Peak gefunden, der auf eine Kristallisation zurückzuführen ist.
Übergangsabschnitt: Ru-Peaklinienbreite bei etwa 40 Grad beträgt 5 Grad oder mehr und es wird ein anderer Peak gefunden, der auf eine Kristallisation zurückzuführen ist.
Kristallphasenabschnitt: Ru-Peaklinienbreite bei etwa 40 Grad beträgt weniger als 5 Grad.

Die Ergebnisse der Probenbewertung sind in der 19 gezeigt. In dieser Figur sind die Ergebnisse der Klassifizierung in eine amorphe Phase, eine Übergangsphase (amorphe Phase und Kristallphase) und eine Kristallphase veranschaulicht.
Entsprechend dem ternären Ru-Zr-Fe-System wurde eine Probenherstellung von ternären Ru-Zr-Co-, Ru-Zr-Mo-, Ru-Zr-Si- und Ru-Zr-Al-Systemen unter Verwendung der wie vorstehend eingesetzten kombinatorischen Materialexperimentiervorrichtung hergestellt und die Klassifizierung der Phasen in amorphe Phasen und Kristallphasen wurde durchgeführt. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass die amorphe Legierungsphase für jedes dieser ternären Legierungssysteme erhalten werden kann. Die 20 zeigt das Klassifizierungsergebnis für das ternäre Ru-Zr-Mo-Legierungssystem. Die 21 zeigt das Klassifizierungsergebnis für das ternäre Ru-Zr-Al-Legierungssystem. Ferner zeigt die 22 das Klassifizierungsergebnis für das ternäre Ru-Zr-Si-Legierungssystem.
Beispiel 28: Bildung von gesputterten Filmen und deren Bewertung
Filme mit den folgenden Zusammensetzungen wurden mit der Mehrfachquellen-Simultansputtervorrichtung gebildet und die Filme wurden bezüglich jedes Bewertungsgegenstands untersucht.
Ru-Zr-Mo-System: Ru₅₄Zr₂₄Mo₂₂
Ru-Zr-Si-System: Ru₇₆Zr₁₅Si₉, Ru₈₆Zr₅Si₉,
Ru-Zr-Si-System: Ru₇₅Zr₂₄Al₁, Ru₈₁Zr₁₈Al₁, Ru₈₄Zr₅Si₉, Ru₇₅Zr₁₇Al₈
Die Zähigkeit wurde durch die Durchführung eines 180°-Biegetests unter Verwendung von Testproben mit einer Filmdicke von 3 μm durchgeführt. Als Testergebnis wurde ein 1800 Biegen sowohl für Ru-Zr-Si- als auch für Ru-Zr-Al-Legierungssysteme erhalten, was deren hervorragende Steifigkeitseigenschaften zeigt. Für ternäre Ru-Zr-Mo-Legierungen wurde ein 180°-Biegen jedoch nicht erhalten.
Eine Zugfestigkeitsmessung wurde mittels TMA durchgeführt. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die Zugfestigkeit von Ru₈₆Zr₅Si₉ 1,25 GPa betrug und die Zugfestigkeit von Ru₇₅Zr₂₄Al₁ 1,89 GPa betrug, und dass beide Legierungen eine hervorragende mechanische Festigkeit aufweisen. Die 23 zeigt das Ergebnis der Zugfestigkeitsmessung für Ru₇₅Zr₂₄Al₁.
Der Kristallisationszustand als Ergebnis des Erwärmens auf 700°C wurde mit dem Röntgenbeugungsverfahren untersucht. Als Ergebnis wurde keine Kristallisation festgestellt. Es wurde eine Messung zum Ermitteln der unterkühlten Flüssigkeitszone mittels Hochtemperatur-DSC versucht. Für den Ru₈₆Zr₅Si₉-Film wurde ein deutlicher Glasübergang bei 629°C festgestellt, der das Vorliegen eines metallischen Glaszustands zeigte, so dass bestätigt wurde, dass es sich bei dem Film um einen metallischen Glasdünnfilm handelte. Damit wurde weltweit erstmals ein metallischer Glasdünnfilm aus einer Ru-Legierung gefunden.
Beispiel 29: Herstellung einer Ru-Zr-Fe-Matrize
Die Oberfläche des Matrizenausgangsmaterials HPM50 (vorgehärteter Stahl) wurde zu der gewünschten Form grob spanabhebend bearbeitet und ein 100 μm dicker amorpher Ru₇₀Zr₁₅Fe₁₅-Legierungsfilm wurde auf der Oberfläche mit einem Sputterverfahren gebildet.
Die Filmabscheidung wurde unter Verwendung von Ru, Zr und Fe als Target mit einer RF-Sputtervorrichtung des Karusseltyps (L-350S-C, ein Produkt von ANELVA Co.) und Drehen des Substrats derart durchgeführt, dass die Abscheidung pro Umdrehung auf den Atomdurchmesser von Ru, Zr oder Fe oder weniger eingestellt wurde.
Der Austrag von jedem Target wurde angemessen eingestellt, um das erforderliche Zusammensetzungsverhältnis zu erhalten. Die Filmzusammensetzung wurde mittels EDX bewertet und es wurde bestätigt, dass die erforderliche Zusammensetzung erhalten worden ist.
Matrizenverarbeitung
Als Form der Matrizenoberfläche zur Bildung einer optischen Oberfläche (der zu bearbeitenden Oberfläche) wurde eine optische Beugungsoberfläche einer dualen DVD/CD-Kunststofflinse gewählt. In diesem Beispiel betrug die Anzahl der Ringe 28 und der effektive Radius betrug 2,032 mm. Der maximale Normallinienwinkel betrug 52,4 Grad und die maximale Stufentiefe betrug 1,565 μm.
Das Ausgangsmaterial der Matrize wurde in eine ultragenaue Bearbeitungsmaschine mit Zweiachsensteuerung eingespannt und mit 1000 U/min gedreht. Durch Bewegen der Vorderkante eines Diamantwerkzeugs mit einer Zustellgeschwindigkeit von 0,1 mm pro Minute von der Außenseite zum Zentrum und Steuern des X-Y-Tischs durch ein Programmsteuerverfahren wurde eine spanabhebende Bearbeitung durchgeführt, um eine Form mit einer erforderlichen optischen Beugungsoberfläche zu erhalten.
Durch Anwenden des vorstehend erläuterten Bearbeitungsverfahrens konnte die erforderliche Form mit einem Intervall der Abmessungsvariation innerhalb von 200 nm ohne Beschädigung der Schneidkante eines Diamantwerkzeugs erreicht werden.
Glasformen und Matrizendauerbeständigkeit
Ein Glasformtest mit der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Matrize wurde mit einem optischen Glas mit einer T_g von 400°C durchgeführt. Die Formtemperatur wurde auf 500°C eingestellt. Für die Matrizenstufentiefe von 1,565 um wurde eine Stufentiefe bei der geformten Linse von 1,491 μm erhalten. Die Übertragungsrate bei den Beugungsstufen betrug 95% oder mehr. Das Ergebnis lag auf einem Niveau für eine ausreichende Nutzung als Produkt. Nach 12000 Formvorgängen wurde keine Veränderung an dem Beugungsstufenabschnitt gefunden.
Beispiel 30: Herstellung einer Ru-Zr-Al-Matrize
Unter Verwendung des gleichen HPM50-Materials wie dasjenige, das im Beispiel 29 verwendet worden ist, wurde das Material durch grobes spanabhebendes Bearbeiten der Oberfläche zu der gewünschten Form verarbeitet und dann wurde auf der Oberfläche ein 100 μm dicker amorpher Ru₈₀Zr₁₇Al₃-Legierungsfilm gebildet.
Die Filmabscheidung wurde unter Verwendung von Ru, Zr und Al als Target einer RF-Sputtervorrichtung des Karusseltyps (L-350S-C, ein Produkt von ANELVA Co.) und Drehen des Substrats derart durchgeführt, dass die Abscheidungsrate pro Umdrehung auf eine Rate eingestellt wurde, die dem Atomdurchmesser von Ru, Zr oder Al oder weniger entsprach.
Der Austrag von jedem Target wurde angemessen eingestellt, um das erforderliche Zusammensetzungsverhältnis zu erhalten. Die Filmzusammensetzung wurde mittels EDX bewertet und es wurde bestätigt, dass die erforderliche Zusammensetzung erhalten worden ist.
Beispiel 31: Herstellung einer Ru-Zr-Co-Matrize
Mit der Ausnahme, dass die amorphe Legierungszusammensetzung durch Ru₈₀Zr₁₅Co₅ ersetzt worden ist, wurden die Sputterfilmbildung und das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen und die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 durchgeführt.
Beispiel 32: Herstellung einer Ru-Zr-Mo-Matrize
Mit der Ausnahme, dass die amorphe Legierungszusammensetzung durch Ru₅₄Zr₂₄Mo₂₂ ersetzt worden ist, wurden die Sputterfilmbildung und das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen und die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 durchgeführt.
Beispiel 33: Herstellung einer Ru-Zr-Si-Matrize
Mit der Ausnahme, dass die amorphe Legierungszusammensetzung durch Ru₈₆Zr₅Si₉ ersetzt worden ist, wurden die Sputterfilmbildung und das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen und die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 durchgeführt.
Beispiel 34: Herstellung einer Ru-Si-Fe-Matrize
Mit der Ausnahme, dass die amorphe Legierungszusammensetzung durch Ru₈₆Si₁₅Fe₅ ersetzt worden ist, wurden die Sputterfilmbildung und das spanabhebende Bearbeiten, das Glasformen und die Dauerbeständigkeitsbewertung der Matrize gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 durchgeführt.
Vergleichsbeispiel 9
Das Matrizenausgangsmaterial HPM50 (vorgehärteter Stahl) wurde durch grobes spanabhebendes Bearbeiten einer Oberfläche zu der gewünschten Form geformt und ein amorpher NiP-Legierungsfilm (T_x von etwa 300°C) wurde auf der Oberfläche durch ein stromloses Plattierungsverfahren gebildet und die Bildung einer Beugungsrille wurde gemäß dem spanabhebenden Bearbeitungsverfahren von Beispiel 29 durchgeführt.
Ein Glaslinsenformen wurde unter Verwendung der hergestellten Matrize durch Anwenden des Verfahrens der Matrizenverarbeitung gemäß Beispiel 29 versucht. Es wurde eine Linse mit einer Stufentiefe von 1,487 μm, die einer Übertragungsrate von über 95% bezogen auf die Stufentiefe von 1,565 μm entsprach, und die als Produkt verwendet werden konnte, erhalten. Die Matrize verschlechterte sich jedoch in dem zweiten Formdurchgang, so dass das Formen nicht mehr durchgeführt werden konnte.
Vergleichsbeispiel 10
Gemäß der Matrizenbearbeitung von Beispiel 29 wurde eine Beugungsrillenbildung durch spanabhebendes Bearbeiten einer wärmebeständigen Hartmetalllegierungsoberfläche (WC/Co) versucht. Wenn die spanabhebende Bearbeitung im Verlauf der Bildung der Stufentiefe von 1,565 μm auf 1,2 μm vorangetrieben wurde, wurde die Vorderkante des Diamantwerkzeugs beschädigt und die spanabhebende Bearbeitung der Beugungsrille wurde abgebrochen.
Vergleichsbeispiel 11
Eine Formmatrize mit einem durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Pt-, Cu- und Si-Targets gebildeten Pd₇₆Cu₆Si₁₈-Film wurde gemäß dem Beispiel 29 hergestellt. Dabei waren die Sputterbedingungen wie folgt. Basisdruck: 3,0 × 10^–4 Pa, Target: Pd, Cu und Si, Substratdrehung: 50 U/min, Pd-Cu-Si-Vorsputtern: Ausgangsleistung 50 W, Ar-Druck: 0,5 Pa, Zeit: 5 min; Pd-Cu-Si-Sputtern: Ausgangsleistung 102 W für Pd, 15 W für Cu, 132 W für Si, Ar-Druck: 0,5 Pa, Zeit: 480 min. Die Abscheidungsrate jedes Elements bei den vorstehend gezeigten Ausgangsleistungen beträgt 0,012 nm/Umdrehung für Cu, 0,177 nm/Umdrehung für Pd und 0,033 nm/Umdrehung für Si. Unter Verwendung der hergestellten Matrize wurde ein Glaslinsenformen gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 durchgeführt. Als Ergebnis war ein Glasformen bis zu dem 13. Formvorgang bei einer Stufenübertragungsrate von 95% oder mehr möglich, jedoch wurde die Matrize im Verlauf des 14. Formvorgangs verschlechtert und das Formen wurde unmöglich.
Vergleichsbeispiel 12
Ein Legierungstarget zur Bildung eines (C_0,75B_0,15Si_0,10)₉₆Nb₄-Films wurde mit einem Gießverfahren des Kupfergießtyps hergestellt. Unter Verwendung dieses Targets wurde der Legierungsfilm auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials mit einem Sputterverfahren gemäß dem Verfahren von Beispiel 29 gebildet und eine Sputterfilmbildung und ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren wurden durchgeführt. Dann wurde eine Bewertung des Glasformens und der Dauerbeständigkeit der hergestellten Matrize durchgeführt.
Die Ergebnisse der Beispiele 29 bis 34 und der Vergleichsbeispiele 9 bis 12 sind in der Tabelle 3 zusammen mit den Bewertungsergebnissen der T_x und der T_g gezeigt, die mit einem Verfahren, das in dem nachstehenden Beispiel 35 erläutert ist, erhalten worden sind. In den Vergleichsbeispielen 9 bis 12 konnten keine Matrizen erhalten werden, die sowohl gute Formeigenschaften als auch eine gute Dauerbeständigkeit aufwiesen.
Gemäß der Tabelle 3 wurden unter Verwendung von Matrizen mit Ru-Legierungen gemäß den Beispielen 29 bis 34 hervorragende Formeigenschaften einer Stufenübertragungsrate von mehr als 95% erhalten. Darüber hinaus wurde eine hervorragende Dauerbeständigkeit der möglichen Anzahl der Wiederholungen des Formvorgangs von mehr als 10000 bestätigt. Andererseits wurden Matrizen, die sowohl hervorragende Formeigenschaften als auch eine hervorragende Dauerbeständigkeit aufweisen, von den Vergleichsbeispielen 9 bis 12 nicht erhalten.
Beispiel 35: Bewertung des Glasübergangs bei einer hohen Temperatur
Da die erfindungsgemäßen wärmebeständigen Legierungen eine sehr hohe Kristallisationstemperatur aufweisen, sind herkömmliche Bewertungsverfahren, wie z. B. mit einem Differentialscanningkalorimeter, zur Bewertung von T_g und T_x der Legierungen ungeeignet. Daher wurde das Eindrucktestverfahren, das in der 14 gezeigt ist, zur Bewertung der T_g und der T_x der erfindungsgemäßen Legierungen verwendet.
Wie es in der 14 gezeigt ist, drückt eine Cr-Kugel 144, die durch die Führung 143 positioniert ist und auf die das Gewicht einer Mo-Platte 141 mittels der Mo-Folie 142 ausgeübt wird, eine Probe (wie z. B. eine Probe in einer Substanzbibliothek auf einem Aluminiumoxidsubstrat 145 oder eine gesputterte Filmprobe) 146. Die durch die Cr-Kugeln gedrückte Probe wurde durch eine Haltevorrichtung 147 gehalten, die den gedrückten Zustand aufrechterhält, und im Vakuum erhitzt. Durch die Untersuchung der Spuren durch die Cr-Kugeln oder der Form der Spur wurde eine Bewertung als Hochtemperaturtest durchgeführt, um das Fließen zu erfassen, das durch den Glasübergang verursacht wird.
Zunächst wurde der Hochtemperatur-Eindrucktest für das bekannte metallische Glas Pd₇₇Cu₆Si₁₇ bei einer Heizbedingung von 400°C für 1 Minute durchgeführt und die Untersuchung der Eindruckspur wurde unter Verwendung eines Konfokalmikroskops durchgeführt. Als Ergebnis wurde eine ringförmige Ausbuchtung festgestellt, die ein Glasfließen zeigt. Die T_g und die T_x dieses metallischen Glases können mit einem Differentialscanningkalorimeter (DSC) gemessen werden. Die Ergebnisse der DSC-Messung dieses metallischen Glases waren eine T_x von 400°C, eine T_g von 383°C und ein δ T von 17°C, was das Ergebnis bestätigt, das durch den Eindrucktest erhalten worden ist. Durch die Anwendung dieses Eindrucktestverfahrens auf Substanzbibliothekfilme von ternären amorphen Legierungen konnte eine Klassifizierung in metallische Gläser, die ein Fließen einer unterkühlten Flüssigkeit aufgrund eines Glasübergangs zeigen, und in amorphe Legierungen, die kein Flüssigkeitsfließen zei gen, mit dem Kriterium eines Vorliegens oder Fehlens einer ringförmigen Ausbuchtung erhalten werden, was den Nutzen des Testverfahrens zeigt.
Ru-Legierungsfilme mit der Zusammensetzung Ru₈₆Zr₅Si₉ wurden auf einem HPM50-Ausgangsmaterial mit dem Sputterverfahren, das in den Beispielen 29 bis 34 verwendet worden ist, gebildet. Die 24 zeigt Röntgenbeugungsmessergebnisse für die Filme nach einer Wärmebehandlung im Vakuum. Gemäß der 24 findet eine Kristallisation nicht statt, wenn die Erwärmungstemperatur 650°C betrug. Wenn die Erwärmungstemperatur 700°C betrug, erschienen Beugungspeaks aufgrund einer Kristallisation, die durch umgedrehte Delta-Markierungen gezeigt sind. Daher wurde gefunden, dass die T_x der Legierung etwa 700°C betrug.
Der vorstehend erläuterte Eindrucktest wurde auf einen Ru₈₆Zr₅Si₉-Film angewandt, der unter Verwendung eines Sputterverfahrens auf einem Al₂O₃-Substrat ausgebildet worden ist. Die Erwärmungsbedingung war 1 Minute bei 650°C. Gemäß der 25(a) wird eine ringförmige Ausbuchtung um die Eindruckspur gefunden, was zeigt, dass die Legierung etwa bei dieser Temperatur formgepresst werden kann.
Das Ergebnis der Röntgenbeugungsmessung der Probe nach dem Test ist in der 25(b) gezeigt. Gemäß der 25(b) wurde ein Beugungspeak aufgrund der Beugung der Kristallphase nach dem Erwärmen auf 650°C nicht gefunden, was zeigt, dass keine Kristallisation stattfand.
Mit dem Sputterverfahren wurden Ru₅₄Zr₂₄Mo₂₂-Filme gebildet. Die 26 zeigt die Ergebnisse der Röntgenbeugungsmessung nach dem Erwärmen der Ru₅₄Zr₂₄Mo₂₂-Filme im Vakuum. Gemäß der 26 findet eine Kristallisation nicht statt, wenn die Erwärmungstemperatur 600°C beträgt. Wenn die Erwärmungstemperatur 700°C beträgt, wurden Peaks aufgrund einer Kristallisation an Positionen gefunden, die durch umgedrehte Dreiecke markiert sind. Daher wurde gefunden, dass die T_x der Legierung etwa 700°C beträgt.
Mit dem Sputterverfahren wurden Ru₇₅Zr₂₄Al₁-Filme gebildet. Die 27 zeigt die Ergebnisse der Röntgenbeugungsmessung nach dem Erwärmen der Ru₇₅Zr₂₄Al₁-Filme im Vakuum. Gemäß der 27 findet eine Kristallisation nicht statt, wenn die Erwärmungstemperatur bis zu 600°C beträgt. Wenn die Erwärmungstemperatur 700°C beträgt, wurden Peaks aufgrund einer Kristallisation an Positionen gefunden, die durch umgedrehte Dreiecke markiert sind. Daher wurde gefunden, dass die T_x der Legierung in einem Bereich von 600 bis 700°C liegt.
Aufgrund des Ergebnisses für den Ru₈₀Zr₁₇Al₃-Film von Beispiel 29 mittels des gleichen Tests wurde gefunden, dass die T_x der Legierung in einem Bereich von 600 bis 700°C liegt.
Beispiel 36: Matrizenherstellung mit einer Pt-(Hf, Zr)-Ni-Legierung
Die Herstellung einer Matrize mit einem amorphen Legierungsfilm mit der Zusammensetzung Pt₄₈Hf₂₂Zr₁₅Ni₁₅ als Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen aus Glas wird erläutert.
Mit einer blanken Hartmetallmatrize mit einem Durchmesser von 5 mm und einer asphärischen optischen Oberfläche wurde eine Filmbildung mittels RF-Magnetronsputtern unter Verwendung des Legierungstargets und Ar mit einem Gasdruck von 0,5 Pa als Sputtergas durchgeführt. Die Photographie in der 28 zeigt das Aussehen der Matrize, die eine Beugungsrillen-Übertragungsoberfläche aufweist, die durch Abscheiden eines Pt₄₈Hf₂₂Zr₁₅Ni₁₅-Films auf diese Weise und spanabhebendes Bearbeiten durch ein Diamantwerkzeug gebildet worden ist. Eine sehr glatte Oberfläche nach dem spanabhebenden Bearbeiten mit einer Oberflächenrauhigkeit (R_max) von 5 nm wurde durch spanabhebendes Bearbeiten unter den Schnittbedingungen einer Werkzeugzustellgeschwindigkeit von 0,2 mm/min und einem Schnittausmaß von 1 μm erhalten. Nach dem spanabhebenden Bearbeiten wurde eine rasterelektronenmikroskopische Untersuchung der Schnittkante des Diamantwerkzeugs durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass der Verschleiß der Schnittkante sehr gering war und dass der Film hervorragende Eigenschaften für eine spanabhebende Bearbeitung aufweist.
Die 29 zeigt Lichtmikroskopphotographien (Vergrößerungen etwa 500-fach) einer Beugungsrillen-übertragenden Oberfläche. Die 29(a) ist eine Lichtmikroskopphotographie von dessen zentralem Abschnitt und die 29(b) ist eine Lichtmikroskopphotographie von dessen peripherem Abschnitt bzw. Außenbereichabschnitt. Aus den Photographien ergab sich, dass die Beugungsrillen regelmäßig ausgebildet waren und dass die Matrize zum Formen optischer Vorrichtungen aus Glas erfolgreich hergestellt worden ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung stellt Legierungen mit hervorragenden Eigenschaften einer spanabhebenden Bearbeitung, Wärmebeständigkeitseigenschaften und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften und einer hervorragenden Haftbeständigkeit bereit. Matrizen, mit denen optische Vorrichtungen aus Glas, wie z. B. optische Vorrichtungen aus Glas, die Rillen aufweisen, geformt werden können, konnten unter Verwendung der Legierung verwirklicht werden. Als Ergebnis wurde ein Massenherstellungsverfahren für optische Vorrichtungen aus Glas, die Rillen aufweisen, bereitgestellt, die auf ein optisches Blue-ray-Plattenlaufwerk mit hoher Aufzeichnungsdichte angewandt werden können.
Zusammenfassung
Es wurde gefunden, dass Legierungen, die eine amorphe Phase und mindestens ein erstes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Pt und Ru, ausgewählt ist, mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist, umfassen, hervorragende Bearbeitungseigenschaften, Wärmebeständigkeitseigenschaften, eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und eine hervorragende Haftbeständigkeit aufweisen. Durch die Verwendung der Legierungen als Formoberfläche einer Matrize konnte eine wärmebeständige Formmatrize zum Formen einer optischen Vorrichtung aus Glas mit einer feinen Struktur zur Ausführung von sehr genau festgelegten Funktionen mit hervorragenden Bearbeitungseigenschaften hergestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2005-209321 A [0018]
- JP 2003-154529 A [0018]
- JP 2003-160343 A [0018]
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- JP 2005-131915 A [0102]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Journal of Non-crystalline Solids: Band 18, Seite 157 (1975) [0018]
- 644th Materials Research Symposium Proceedings L.1.1, Seite 1 (2001) [0018]
- Seite 92 von „Introduction to Optical Devices" [0091]

Claims

Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung, die eine amorphe Phase umfasst, umfassend: mindestens ein erstes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Pt und Ru, ausgewählt ist, mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 50 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 25 Atomprozent Si umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Fe umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Co umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Al umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Si und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Hf und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent insgesamt von Hf und Zr, wobei die Elemente von mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent insgesamt von Hf und Zr mehr als 1 Atomprozent und weniger als 30 Atomprozent Zr umfassen, und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Hf und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ir und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 10 Atomprozent und weniger als 83 Atomprozent Ru, mehr als 4 Atomprozent und weniger als 67 Atomprozent Zr und mehr als 7 Atomprozent und weniger als 64 Atomprozent Fe umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 10 Atomprozent und weniger als 83 Atomprozent Ru, mehr als 4 Atomprozent und weniger als 67 Atomprozent Zr und mehr als 7 Atomprozent und weniger als 64 Atomprozent Co umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 3 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 75 Atomprozent Zr und mehr als 15 Atomprozent und weniger als 55 Atomprozent Mo umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 50 Atomprozent und weniger als 100 Atomprozent Ru, mehr als 0 Atomprozent und weniger als 80 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 50 Atomprozent Si umfasst.
Korrosionsbeständige und wärmebeständige Formmatrizenlegierung nach Anspruch 1, wobei die Legierung mehr als 10 Atomprozent und weniger als 45 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 75 Atomprozent Zr und mehr als 15 Atomprozent und weniger als 55 Atomprozent Al umfasst, oder mehr als 55 Atomprozent und weniger als 90 Atomprozent Ru, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 40 Atomprozent Zr und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 15 Atomprozent Al umfasst.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen, die eine korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung, die eine amorphe Phase umfasst, auf mindestens einem Oberflächenabschnitt der Matrize umfasst, wobei die Legierung umfasst: mindestens ein erstes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Pt und Ru, ausgewählt ist, mindestens ein zweites Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr, Hf, Si, Ir, Ru, Pd und Ni, ausgewählt ist, und mindestens ein drittes Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Si, Cu, Cr, Fe, Mo, Co, Al, Zr, Hf, Ni und Ru, ausgewählt ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung, die eine amorphe Phase umfasst, mehr als 50 Atomprozent und weniger als 100 Atomprozent Pt und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 50 Atomprozent von mindestens einem Element, das aus der Gruppe, bestehend aus Zr und Hf, ausgewählt ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung, die eine amorphe Phase umfasst, mehr als 34 Atomprozent und weniger als 93 Atomprozent Pt, mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent insgesamt von Hf und Zr, wobei die mehr als 5 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent insgesamt von Hf und Zr mehr als 1 Atomprozent und weniger als 30 Atomprozent Zr umfassen, und mehr als 0 Atomprozent und weniger als 60 Atomprozent Ni umfasst.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung an einer Basis angebracht ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 20, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung mittels physikalischer Dampfabscheidung an der Basis angebracht worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 20, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung mittels Sputterabscheidung an der Basis angebracht worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 20, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung mittels Ionenplattieren an der Basis angebracht worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 20, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung mittels chemischer Dampfabscheidung an der Basis angebracht worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der eine Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche zum Formen einer optischen Oberfläche einer optischen Vorrichtung auf der korrosionsbeständigen und wärmebeständigen Legierung ausgebildet ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 25, bei der die Oberfläche zum Wiedergeben der optischen Oberfläche durch spanabhebendes Bearbeiten der korrosionsbeständigen und wärmebeständigen Legierung ausgebildet worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 25, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung in einer Dicke von 10 nm oder mehr und 1 mm oder weniger an einer Basis angebracht worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 25, bei der die korrosionsbeständige und wärmebeständige Legierung ein metallisches Glas mit einer Glasübergangstemperatur ist und die Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche durch Erwärmen und Formpressen bei einer Temperatur gebildet wird, bei der zwischen der Glasübergangstemperatur und der Kristallisationstemperatur ein unterkühlter Flüssigkeitszustand vorliegt.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 25, bei der die Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche durch spanabhebendes Bearbeiten und Formpressen der korrosionsbeständigen und wärmebeständigen Legierung unter Wärmeeinwirkung ausgebildet worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der eine Oberfläche zum Wiedergeben eines Basisniveaus einer geometrischen Größe zum Formen einer Oberfläche eines Basisniveaus der geometrischen Größe der optischen Vorrichtung auf der korrosionsbeständigen und wärmebeständigen Legierung ausgebildet worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, bei der eine Mehrzahl von Vertiefungen oder eine Mehrzahl von Vorwölbungen, die einer Mehrzahl von Vorwölbungen oder einer Mehrzahl von Vertiefungen entspricht, auf der Oberfläche zum Wiedergeben einer optischen Oberfläche derart ausgebildet ist, dass die Mehrzahl von Vertiefungen oder die Mehrzahl von Vorwölbungen auf der optischen Oberfläche der geformten optischen Vorrichtung ausgebildet wird.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 31, bei der eine Mehrzahl von Vertiefungen oder eine Mehrzahl von Vorwölbungen, die auf der optischen Oberfläche der geformten optischen Vorrichtung ausgebildet ist, Beugungsringe sind.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 32, wobei die Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen aus Glas hergestellt worden ist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, wobei die Matrize eine Dauerbeständigkeit von mehr als 1000 Formvorgängen zum Formen von optischen Vorrichtungen aus Glas bei einer Formtemperatur von 300 bis 1500°C aufweist.
Matrize zum Formen von optischen Vorrichtungen nach Anspruch 17, wobei die Matrize eine durch spanabhebende Bearbeitung mit einem Diamanten ausgebildete Oberfläche mit einer arithmetischen Oberflächenrauhigkeit Ra von 10 nm oder weniger aufweist.