JP2006045616A - Ａｌ−Ｓｉ膜およびその形成方法 - Google Patents
Ａｌ−Ｓｉ膜およびその形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006045616A JP2006045616A JP2004228109A JP2004228109A JP2006045616A JP 2006045616 A JP2006045616 A JP 2006045616A JP 2004228109 A JP2004228109 A JP 2004228109A JP 2004228109 A JP2004228109 A JP 2004228109A JP 2006045616 A JP2006045616 A JP 2006045616A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine particles
- film
- aluminum
- silicon
- vacuum chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000000151 deposition Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 108
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 103
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 103
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 90
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 62
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 62
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 34
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 17
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 10
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 abstract description 3
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 17
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000011825 aerospace material Substances 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000349 field-emission scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
【課題】アルミニウム系マトリクス中にシリコン相が微細に分散したＡｌ−Ｓｉ膜とその形成方法を提供する。
【解決手段】アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクスと、前記マトリクス中に分散された、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子とを有し、プラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー（成膜チャンバー３０）中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板３３上に物理蒸着させて形成した膜とする。
【選択図】図１
【解決手段】アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクスと、前記マトリクス中に分散された、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子とを有し、プラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー（成膜チャンバー３０）中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板３３上に物理蒸着させて形成した膜とする。
【選択図】図１
Description
本発明はアルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜およびその形成方法に関し、特に超音速フリージェットＰＶＤ法を用いて形成したＡｌ−Ｓｉ膜と、超音速フリージェットＰＶＤ法を用いるＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法に関する。
軽量化のため自動車，航空宇宙関連などをはじめ、幅広い分野で運動部品へ軽量金属材料であるＡｌ合金の使用が着実に増加している中、摺動を伴う運動部品への適用に際しては、Ａｌ合金の耐摩耗性（摩擦および摩耗特性）の更なる向上が不可欠とされている。そのため、Ａｌ合金の耐摩耗性向上のためＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉi合金の活用が注目されている。
Ａｌ−Ｓｉ合金の高い耐摩耗特性は、マトリクスの隅々まで分布する硬いシリコン相の存在によるためであり、この特性はマトリクス中のシリコン相の体積比に依存し、Ａｌ−Ｓｉ合金中のシリコン含有量を高めることにより耐摩耗特性が向上すると考えられている。
しかし、Ａｌ−Ｓｉ合金中のシリコン含有量の増加に伴い、合金中の初晶シリコン相は、大きく成長・肥大化する。例えば、Ａｌ−１７重量％Ｓｉ合金を通常の鋳造法で作製するとアルミニウムマトリクス中のシリコン相の粒径は数十μｍに、電磁振動（electromagnetic vibrations）を用いると５μｍ程度になると報告されている（非特許文献１参照）。
大きな初晶シリコン相はＡｌ−Ｓｉ合金の機械的特性および耐摩耗特性の深刻な悪化を引き起こす。その理由は、シリコンが脆性材料であるため、肥大したＡｌ−Ｓｉ合金中のシリコン相が破壊の起点となるためである。
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ合金では、合金中のシリコン含有量を高めつつ、マトリクス中のシリコン相を均一かつ微細に分散させることが、Ａｌ−Ｓｉ合金の機械的特性を損なわず高い耐摩耗特性を獲得する鍵となる。
大きな初晶シリコン相はＡｌ−Ｓｉ合金の機械的特性および耐摩耗特性の深刻な悪化を引き起こす。その理由は、シリコンが脆性材料であるため、肥大したＡｌ−Ｓｉ合金中のシリコン相が破壊の起点となるためである。
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ合金では、合金中のシリコン含有量を高めつつ、マトリクス中のシリコン相を均一かつ微細に分散させることが、Ａｌ−Ｓｉ合金の機械的特性を損なわず高い耐摩耗特性を獲得する鍵となる。
これまでＡｌ−Ｓｉ合金における初晶シリコン相の成長メカニズム関する研究がなされており、例えば、急速凝固鋳造法、塗布法、溶射法および粉末冶金技術などの様々な手法で、マトリクス中に分散するシリコンのサイズを制御する研究がなされた。
さらに、児島ら（非特許文献２参照）、Ｓｅｏｋら（非特許文献３参照）、および森ら（非特許文献４参照）は、溶射法によって、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金膜を作製し、マトリクス中に分散したマイクロメートル大のシリコン相の形成に成功した。
さらに、児島ら（非特許文献２参照）、Ｓｅｏｋら（非特許文献３参照）、および森ら（非特許文献４参照）は、溶射法によって、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金膜を作製し、マトリクス中に分散したマイクロメートル大のシリコン相の形成に成功した。
一方、清宮らは、遠心鋳造法でアルミニウムマトリクス中のシリコン相の分散量（Ａｌ−Ｓｉ合金中のシリコン組成）を連続的に変化させた機能傾斜Ａｌ−Ｓｉ合金を開発した（非特許文献５参照）。
傾斜機能材料（ＦＧＭ；functionally graded material）は、二つ、あるいはそれ以上の異種材料間の組成を連続的に変化させた複合材料であり、それぞれの材料特性をいかしつつ、異種材料間の物理的、機械的、化学的および／あるいは電気的な物性を連続的に変化させることで異種材料間に発生する応力を緩和することを主な目的として提唱されている材料設計の一つである。ＦＧＭとする大きなメリットは、例えば金属などの軟質材料と例えばセラミックスや金属間化合物など硬質材料の複合化である。延性および靱性などに富む金属材料と、耐熱性、耐酸化性あるいは耐摩耗性に富むセラミックスのＦＧＭは、互いに不足する特性を相互補完し、かつ通常、金属材料とセラミックスの接合した場合などに見られる異種材料間の物性値の違いが起因する界面からの破壊を抑制することが可能となる。
基礎となるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の組成から始まり、連続的にシリコン組成を増加させた傾斜機能Ａｌ−Ｓｉ合金は、シリコン含有量の多いＡｌ−Ｓｉ合金にしばしば見られる低延性、低靱性の問題を基材のアルミニウムあるいはアルミニウム合金により補完し、耐衝撃性、耐疲労性など各種機械的特性を保持して、機械部品をより破損しにくくしながら、高い耐摩耗性を有する合金材料を開発できる可能性を持っている。
傾斜機能材料（ＦＧＭ；functionally graded material）は、二つ、あるいはそれ以上の異種材料間の組成を連続的に変化させた複合材料であり、それぞれの材料特性をいかしつつ、異種材料間の物理的、機械的、化学的および／あるいは電気的な物性を連続的に変化させることで異種材料間に発生する応力を緩和することを主な目的として提唱されている材料設計の一つである。ＦＧＭとする大きなメリットは、例えば金属などの軟質材料と例えばセラミックスや金属間化合物など硬質材料の複合化である。延性および靱性などに富む金属材料と、耐熱性、耐酸化性あるいは耐摩耗性に富むセラミックスのＦＧＭは、互いに不足する特性を相互補完し、かつ通常、金属材料とセラミックスの接合した場合などに見られる異種材料間の物性値の違いが起因する界面からの破壊を抑制することが可能となる。
基礎となるアルミニウムあるいはアルミニウム合金の組成から始まり、連続的にシリコン組成を増加させた傾斜機能Ａｌ−Ｓｉ合金は、シリコン含有量の多いＡｌ−Ｓｉ合金にしばしば見られる低延性、低靱性の問題を基材のアルミニウムあるいはアルミニウム合金により補完し、耐衝撃性、耐疲労性など各種機械的特性を保持して、機械部品をより破損しにくくしながら、高い耐摩耗性を有する合金材料を開発できる可能性を持っている。
このように、高い耐摩耗性を得るためシリコン含有量を高めた過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金を実用化するためには、シリコン量の増加に伴うＡｌ−Ｓｉ合金の靱性の低下を抑制する必要がある。その対策は、Ａｌ−Ｓｉ合金中のアルミニウム（あるいはアルミニウム合金）マトリクス中に分散するシリコン相の微細化すること、ならびにシリコン含有量を高めた過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金とアルミニウム（あるいはアルミニウム合金）を複合化した傾斜機能材料とすることが必要不可欠となる。
Y. Mizutani, S. Kawai, K. Miwa, K. Yasue, T. Tamura and Y. Sakaguchi: Mater. Trans. 45(2004), 1939-1943. 児島 慶亨、目幡 輝、坂本 征彦、大中 紀之：日本溶射協会誌24巻3号（1988）21-30. H. K. Seok, J. C. Lee, S. Seo, G. M. Yoon, J. D. Lim and H. I. Lee: Proc. Of the 65th World Foundry Congress (2002) 481-488 森 広行、中西 和之、太刀川 英男：日本金属学会誌第65巻第8号（2001）707-713. 清宮 義博、篠田 哲守、福井 泰好、山口 信行、齋藤 孝基、山田 卓郎、峯岸 和正：日本金属学会誌第64巻第5号（2000）315-318. 湯本 敦史、廣木 富士男、塩田 一路、丹羽 直毅：熱処理42巻(2002)83-90. A. Yumoto, F. Hiroki, I. shiota and N. Niwa: Surf. Coat. Technol., 169-170 (2003) 499-503 A. Yumoto, T. Yamamoto, F. Hiroki, I. Shiota and N.Niwa: Mater. Trans., JIM 43 (2002) 2932-2934
Y. Mizutani, S. Kawai, K. Miwa, K. Yasue, T. Tamura and Y. Sakaguchi: Mater. Trans. 45(2004), 1939-1943. 児島 慶亨、目幡 輝、坂本 征彦、大中 紀之：日本溶射協会誌24巻3号（1988）21-30. H. K. Seok, J. C. Lee, S. Seo, G. M. Yoon, J. D. Lim and H. I. Lee: Proc. Of the 65th World Foundry Congress (2002) 481-488 森 広行、中西 和之、太刀川 英男：日本金属学会誌第65巻第8号（2001）707-713. 清宮 義博、篠田 哲守、福井 泰好、山口 信行、齋藤 孝基、山田 卓郎、峯岸 和正：日本金属学会誌第64巻第5号（2000）315-318. 湯本 敦史、廣木 富士男、塩田 一路、丹羽 直毅：熱処理42巻(2002)83-90. A. Yumoto, F. Hiroki, I. shiota and N. Niwa: Surf. Coat. Technol., 169-170 (2003) 499-503 A. Yumoto, T. Yamamoto, F. Hiroki, I. Shiota and N.Niwa: Mater. Trans., JIM 43 (2002) 2932-2934
解決しようとする問題点は、アルミニウム系マトリクス中にシリコン相が微細に分散したＡｌ−Ｓｉ膜、さらには、アルミニウム系合金からシリコン含有量の高い表面などへと傾斜した組成を有するＡｌ−Ｓｉ膜を得ることが困難である点である。
本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜であって、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクスと、前記マトリクス中に分散された、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子とを有する。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクス中に、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子が分散された構成のアルミニウムとシリコンを含有する膜である。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記シリコン微粒子の粒径が１０〜２０ｎｍである。
あるいは好適には、表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである。
あるいは好適には、表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を有する。
さらに好適には、前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する。
さらに好適には、前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する。
また、本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、シリコンおよびアルミニウムを含有して、基板に形成されたＡｌ−Ｓｉ膜であって、プラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、不活性ガス雰囲気下でプラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させて形成したシリコンおよびアルミニウムを含有する膜である。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記シリコン微粒子を含むガスと前記アルミニウム微粒子を含むガス混合することにより、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合してから、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を前記超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記シリコン微粒子を第１の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、一方、前記アルミニウム微粒子を第２の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合しながら前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記シリコン微粒子の粒径が数〜１００ｎｍ、さらに好適には、１０〜２０ｎｍである。
あるいは好適には、表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである。
あるいは好適には、表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、好適には、前記Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を有する。
さらに好適には、前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する。
さらに好適には、前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する。
また、本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、アルミニウムの蒸発源材料からアルミニウム微粒子を生成する工程と、シリコンの蒸発源材料からシリコン微粒子を生成する工程と、前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させ、アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜を形成する工程とを有する。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、まず、アルミニウムの蒸発源材料からアルミニウム微粒子を生成し、一方、シリコンの蒸発源材料からシリコン微粒子を生成する。
次に、アルミニウム微粒子とシリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させ、アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜を形成する。
次に、アルミニウム微粒子とシリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させ、アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜を形成する。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、好適には、前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出する工程においては、前記シリコン微粒子を含むガスと前記アルミニウム微粒子を含むガス混合することにより、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合してから、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を前記超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出する。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、好適には、前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させる工程においては、前記シリコン微粒子を第１の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、一方、前記アルミニウム微粒子を第２の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合しながら前記基板上に物理蒸着させる。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、好適には、前記アルミニウム微粒子を生成する工程においては、不活性ガス雰囲気下で前記アルミニウムの蒸発源材料を入れたるつぼの加熱により前記アルミニウムの蒸発源材料を加熱して蒸発させる。
上記の本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、好適には、前記シリコン微粒子を生成する工程においては、不活性ガス雰囲気下で前記シリコンの蒸発源材料に向けて放電して得られるプラズマによって前記シリコンの蒸発源材料を加熱して蒸発させる。
本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニウム系マトリクス中に、数〜１００ｎｍ程度の粒径のシリコン微粒子（シリコン相）が分散した膜であり、このような膜は、プラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させて形成可能であり、従来方法では形成することが不可能であった膜である。
本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、プラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、同一または別々の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させて形成することにより、従来方法では形成することが不可能であったアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるアルミニウム系マトリクス中に、数〜１００ｎｍ程度の粒径のシリコン微粒子（シリコン相）が分散した膜を形成することができる。
以下に、本発明に係るＡｌ−Ｓｉ膜およびその形成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るＡｌ−Ｓｉ膜は、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクス中に、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子が分散された構成のアルミニウムとシリコンを含有する膜である。
本発明者らは、上記のような本実施形態に係るＡｌ−Ｓｉ膜を形成する方法である新しい皮膜形成方法として、皮膜が基板上へのナノ粒子の高速での堆積により形成される、超音速フリージェット（ＳＦＪ：Supersonic Free Jet）−物理蒸着（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）装置を開発した。ＳＦＪ−ＰＶＤ法は、ほとんど全ての蒸発源材料をナノ粒子として堆積し、厚い皮膜を形成することができる。
上記の本実施形態のＡｌ−Ｓｉ膜は、シリコン微粒子の粒径が１０〜２０ｎｍであることが好ましい。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜の表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａであることが好ましい。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を好ましく有することができる。組成の傾斜に応じて、硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化するようにすることができる。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜の表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａであることが好ましい。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を好ましく有することができる。組成の傾斜に応じて、硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化するようにすることができる。
上記のＳＦＪ−ＰＶＤ法について、これを実現する装置構成を参照して以下に説明する。
図１は、上記の本実施形態に係るＡｌ−Ｓｉ膜を成膜するための超音速フリージェット（ＳＦＪ；Supersonic Free Jet）−ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置の模式構成図である。
本実施形態のＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、第１蒸発チャンバー１０、第２蒸発チャンバー２０および成膜用の真空チャンバーである成膜チャンバー３０を備える。
図１は、上記の本実施形態に係るＡｌ−Ｓｉ膜を成膜するための超音速フリージェット（ＳＦＪ；Supersonic Free Jet）−ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置の模式構成図である。
本実施形態のＳＦＪ−ＰＶＤ装置は、第１蒸発チャンバー１０、第２蒸発チャンバー２０および成膜用の真空チャンバーである成膜チャンバー３０を備える。
第１蒸発チャンバー１０には真空ポンプＶＰ１に接続した排気管１１が設けられており、真空ポンプＶＰ１の作動により第１蒸発チャンバー１０内が排気され、また、第１蒸発チャンバー１０に接続して設けられたマスフローコントローラ１２からＨｅ、ＡｒあるいはＮ2などのガスが供給され、第１蒸発チャンバー１０内が所定の圧力雰囲気とされる。
第１蒸発チャンバー１０内には、水冷された銅製のるつぼ１３が設けられ、この中にシリコンの蒸発源材料１４が入れられている。蒸発源材料１４に向けて放電するように電極１５が設けられており、例えば不活性ガスなどの所定の圧力雰囲気下での放電で得られる移行式アークプラズマ（transferred arc plasma）によって蒸発源材料１４が加熱されて蒸発し、シリコンのナノメートルオーダー（例えば数〜１００ｎｍ程度、好ましくは１０〜２０ｎｍ）の粒径の微粒子（以下ナノ粒子と称する）が得られる。
得られたシリコンのナノ粒子は第１蒸発チャンバー１０内の雰囲気ガスとともに移送管１６を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
得られたシリコンのナノ粒子は第１蒸発チャンバー１０内の雰囲気ガスとともに移送管１６を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
第２蒸発チャンバー２０には真空ポンプＶＰ２に接続した排気管２１が設けられており、真空ポンプＶＰ２の作動により第２蒸発チャンバー２０内が排気され、また、第２蒸発チャンバー２０に接続して設けられたマスフローコントローラ２２からＨｅなどのガスが供給され、第２蒸発チャンバー２０内が所定の圧力雰囲気とされる。
第２蒸発チャンバー２０内には、グラファイト製のるつぼ２３が設けられ、この中にアルミニウムなどの蒸発源材料が入れられている。るつぼ２３の周囲にはＴａリボンヒーターが設けられており、これにより例えば不活性ガス雰囲気下で蒸発源材料が加熱されて蒸発し、アルミニウムのナノ粒子が得られる。
得られたアルミニウムのナノ粒子は第２蒸発チャンバー２０内の雰囲気ガスとともに移送管２４を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
得られたアルミニウムのナノ粒子は第２蒸発チャンバー２０内の雰囲気ガスとともに移送管２４を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
成膜チャンバー３０には真空ポンプＶＰ３が設けられており、この作動により成膜チャンバー３０内が排気される。
成膜チャンバー３０内には、Ｘ−Ｙ方向に駆動するステージ３１が設けられ、このステージ３１に電気抵抗加熱システムを有する基板ホルダー３２が接続され、成膜用の基板３３が固定される。基板３３の温度は、基板３３の成膜領域に近接した点において不図示の熱電対により測定され、電気抵抗加熱システムにフィードバックされて温度制御される。
成膜チャンバー３０内には、Ｘ−Ｙ方向に駆動するステージ３１が設けられ、このステージ３１に電気抵抗加熱システムを有する基板ホルダー３２が接続され、成膜用の基板３３が固定される。基板３３の温度は、基板３３の成膜領域に近接した点において不図示の熱電対により測定され、電気抵抗加熱システムにフィードバックされて温度制御される。
第１蒸発チャンバー１０からの移送管１６の先端に設けられた超音速ノズル３４および第２蒸発チャンバー２０からの移送管２４の先端に設けられた超音速ノズル３５が、それぞれ基板３３の表面に向けて設けられている。超音速ノズル（３４，３５）の外周にはコイルヒーター３６が設けられて、加熱可能となっている。
基板としては、特に限定はないが、例えばＡ１０５０アルミニウム合金板などを用いることができる。
基板は成膜チャンバーにセットする前にアセトン中で超音波洗浄してから用いる。
また、基板の成膜領域は、例えば７ｍｍ角とする。
基板は成膜チャンバーにセットする前にアセトン中で超音波洗浄してから用いる。
また、基板の成膜領域は、例えば７ｍｍ角とする。
上記の第１蒸発チャンバー１０においてシリコンのナノ粒子が生成され、第２蒸発チャンバー２０においてアルミニウムのナノ粒子が生成されると、第１および第２蒸発チャンバー（１０，２０）と成膜チャンバー３０の間の圧力差によりガスの流れが生じ、シリコンとアルミニウムの各ナノ粒子は雰囲気ガスとともに移送管を通して成膜チャンバー３０へと移送される。
第１および第２蒸発チャンバー（１０，２０）から成膜チャンバー３０へと接続する移送管（１６，２４）の先端に取り付けられた特別にデザインされた超音速ノズル（３５，３６）によって、シリコンとアルミニウムの各ナノ粒子はマッハ３．６程度の超音速にまで加速され、各ナノ粒子が超音速フリージェットの気流に乗って成膜チャンバー３０中に噴出し、混合しながら、基板ホルダー３２にセットされた基板３３上に堆積する。
第１および第２蒸発チャンバー（１０，２０）から成膜チャンバー３０へと接続する移送管（１６，２４）の先端に取り付けられた特別にデザインされた超音速ノズル（３５，３６）によって、シリコンとアルミニウムの各ナノ粒子はマッハ３．６程度の超音速にまで加速され、各ナノ粒子が超音速フリージェットの気流に乗って成膜チャンバー３０中に噴出し、混合しながら、基板ホルダー３２にセットされた基板３３上に堆積する。
Ａｌ−Ｓｉ膜を形成するための上記の他の調製条件としては、例えば、蒸発パワーは、第１蒸発チャンバーで０〜０．４ｋＷ、第２蒸発チャンバーで３．８〜３．１ｋＷとし、Ｈｅガス流量は７．０リットル／分とし、基板としてはＡ１０５０を用い、基板温度は２５０℃とし、ノズルヒーターは９００Ｗとする。
本実施形態のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法の上記以外の成膜条件として、例えば非特許文献６〜８に記載されている成膜条件を適用することができる。
本実施形態のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法の上記以外の成膜条件として、例えば非特許文献６〜８に記載されている成膜条件を適用することができる。
図１に示すＳＦＪ−ＰＶＤ装置の２つの蒸発チャンバーは、２つの異なるナノ粒子（アルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子）をそれそれのチャンバーで形成し、各ナノ粒子の堆積速度を制御することにより、所望の組成で堆積チャンバー中の基板上で混合して堆積することを可能にする。この利点は、組成の傾斜した皮膜を形成するのに大変有益である。
図２は図１に示す超音速フリージェットＰＶＤ装置においてアルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子を混合してから超音速ノズルで成膜チャンバー中に噴出させる構成を示す変形例である。
成膜チャンバー３０中において、第１蒸発チャンバー１０から成膜チャンバー３０へと接続する移送管１６の先端と、第２蒸発チャンバー２０から成膜チャンバー３０へと接続する移送管２４の先端とが、流体混合装置４０の流体流入口に接続して設けられ、流体混合装置４０で混合された流体の流出口に、超音速ノズル４１が設けられた構成としてもよい。
移送管１６からのシリコンのナノ粒子を含むガスと移送管２４からのアルミニウムシリコンのナノ粒子を含むガスを混合することで、アルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子を混合し、この混合したアルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子を、超音速ノズル４１から超音速フリージェットＪの気流に乗せて成膜チャンバー３０中に噴出させることができる。
成膜チャンバー３０中において、第１蒸発チャンバー１０から成膜チャンバー３０へと接続する移送管１６の先端と、第２蒸発チャンバー２０から成膜チャンバー３０へと接続する移送管２４の先端とが、流体混合装置４０の流体流入口に接続して設けられ、流体混合装置４０で混合された流体の流出口に、超音速ノズル４１が設けられた構成としてもよい。
移送管１６からのシリコンのナノ粒子を含むガスと移送管２４からのアルミニウムシリコンのナノ粒子を含むガスを混合することで、アルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子を混合し、この混合したアルミニウムのナノ粒子とシリコンのナノ粒子を、超音速ノズル４１から超音速フリージェットＪの気流に乗せて成膜チャンバー３０中に噴出させることができる。
（実施例）
図１に示すＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いて、上記の実施形態に示すようにして、アルミニウム基板上に組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜を成膜した。
２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍのＡ１０５０アルミニウムプレートを基板として用いた。また、純Ｓｉおよび純Ａｌを蒸発源として用いた。全ての基板は、成膜チャンバー中に取り付ける前にアセトン中で超音波洗浄した。
組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜を形成するために、第２蒸発チャンバー２０でアルミニウムのみの蒸発を始め、それから徐々に第１蒸発チャンバー１０でのシリコンの蒸発の割合を増加させた。Ａｌ−Ｓｉ膜の組成は、各蒸発源に印加する加熱の電力で制御した。
図１に示すＳＦＪ−ＰＶＤ装置を用いて、上記の実施形態に示すようにして、アルミニウム基板上に組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜を成膜した。
２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍのＡ１０５０アルミニウムプレートを基板として用いた。また、純Ｓｉおよび純Ａｌを蒸発源として用いた。全ての基板は、成膜チャンバー中に取り付ける前にアセトン中で超音波洗浄した。
組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜を形成するために、第２蒸発チャンバー２０でアルミニウムのみの蒸発を始め、それから徐々に第１蒸発チャンバー１０でのシリコンの蒸発の割合を増加させた。Ａｌ−Ｓｉ膜の組成は、各蒸発源に印加する加熱の電力で制御した。
上記のようにして成膜したＡｌ−Ｓｉ膜試料の断面をＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray）アナライザーを備えたＦＥＳＥＭ（Feild Emission Scanning Electron Microscope）で測定した。
測定用のＡｌ−Ｓｉ膜試料は、ＳｉＣ紙で＃２０００まで研磨し、その後０．３μｍのＡｌ2Ｏ3で機械的に研磨した。
上記のようにして得たＡｌ−Ｓｉ膜試料の微細構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜試料の硬度をエリオニクス社（Elionix Inc.）のナノ−インデンテーション（nano-indentation）硬度計（ＥＮＴ−１０４０ａ）を用い、荷重９．８ｍＮの条件で測定した。
測定用のＡｌ−Ｓｉ膜試料は、ＳｉＣ紙で＃２０００まで研磨し、その後０．３μｍのＡｌ2Ｏ3で機械的に研磨した。
上記のようにして得たＡｌ−Ｓｉ膜試料の微細構造を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。
また、Ａｌ−Ｓｉ膜試料の硬度をエリオニクス社（Elionix Inc.）のナノ−インデンテーション（nano-indentation）硬度計（ＥＮＴ−１０４０ａ）を用い、荷重９．８ｍＮの条件で測定した。
図３（ａ）は、Ａ１０５０基板上の組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜の断面から取ったＦＥＳＥＭ画像であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、それぞれＡｌとＳｉのＸ線マッピングである。また、図４は、Ａｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜の断面のＡｌとＳｉの組成分析結果である。
図３（ａ）のＦＥＳＥＭ画像は、滑らかで緻密で欠陥のない界面とＡｌ−Ｓｉ膜が形成されたことを示す。
図３（ｂ）および図３（ｃ）のＸ線マッピングにおいて、膜中に大きなＡｌまたはＳｉ粒子は観察されなかった。また、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、Ａｌ−Ｓｉ膜が純粋なＡｌから始まり、Ｓｉ含有量が徐々に多くなっていることが判り、そのことは図４のＥＤＸによるＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜の断面組成の分析結果からも明らかである。図４ではＡｌ−Ｓｉ膜表面でＳｉ組成が５７．８原子％となることを示している。
図３（ａ）のＦＥＳＥＭ画像は、滑らかで緻密で欠陥のない界面とＡｌ−Ｓｉ膜が形成されたことを示す。
図３（ｂ）および図３（ｃ）のＸ線マッピングにおいて、膜中に大きなＡｌまたはＳｉ粒子は観察されなかった。また、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、Ａｌ−Ｓｉ膜が純粋なＡｌから始まり、Ｓｉ含有量が徐々に多くなっていることが判り、そのことは図４のＥＤＸによるＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜の断面組成の分析結果からも明らかである。図４ではＡｌ−Ｓｉ膜表面でＳｉ組成が５７．８原子％となることを示している。
図５は、組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜のＴＥＭ画像を示す。
図５からわかるように、ナノメートルサイズのＳｉ相がＡｌマトリクス中に均一に分散している。Ａｌ−Ｓｉ膜中のＳｉ相は直径が１０〜２０ｎｍのほぼ球形で、マトリクス中に均一に分散している。これらの結果は、ＳＦＪ−ＰＶＤ法が組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜の組成を制御することが可能であり、ナノメートルサイズのＳｉ相を組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜中に分散することが可能であることを示唆する。
図５からわかるように、ナノメートルサイズのＳｉ相がＡｌマトリクス中に均一に分散している。Ａｌ−Ｓｉ膜中のＳｉ相は直径が１０〜２０ｎｍのほぼ球形で、マトリクス中に均一に分散している。これらの結果は、ＳＦＪ−ＰＶＤ法が組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜の組成を制御することが可能であり、ナノメートルサイズのＳｉ相を組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜中に分散することが可能であることを示唆する。
図６は、ナノインデンテーション硬度と純ＡｌからＡｌ−５７．８原子％Ｓｉへと組成が傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜の組成の間の関係を示す。
図６中、組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜中のＳｉ含有量の増加と共に、０．６５ＧＰａから５．９ＧＰａへと徐々に増加している。また、同じ条件で測定したＡ１０５０基板のナノインデンテーション硬度は約０．６２ＧＰａであり、基板とＡｌ−Ｓｉ膜の界面近傍での硬度０．６５ＧＰａとほぼ同じであった。Ａｌ−Ｓｉ複合膜の硬度増加は、Ａｌ−Ｓｉ膜の組成傾斜によるＳｉ含有量の増加の強化効果によると考えられる。
図６中、組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜中のＳｉ含有量の増加と共に、０．６５ＧＰａから５．９ＧＰａへと徐々に増加している。また、同じ条件で測定したＡ１０５０基板のナノインデンテーション硬度は約０．６２ＧＰａであり、基板とＡｌ−Ｓｉ膜の界面近傍での硬度０．６５ＧＰａとほぼ同じであった。Ａｌ−Ｓｉ複合膜の硬度増加は、Ａｌ−Ｓｉ膜の組成傾斜によるＳｉ含有量の増加の強化効果によると考えられる。
上記のように、ＳＦＪ−ＰＶＤ法で、ＡｌおよびＳｉのナノ粒子の堆積により、Ａ１０５０基板上の組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉナノ複合膜が形成できた。
ＳＦＪ−ＰＶＤ法によって組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉナノ複合膜を形成することにより、以下のような効果を享受することができる。
（１）蒸発源のナノ粒子の堆積は、ボイドやクラックのない緻密なＡｌ−Ｓｉ膜を形成することができる。
（２）２つの異なる蒸発チャンバー中での蒸発速度を制御することを通して、ＡｌとＳｉのナノ粒子の堆積速度をそれぞれ制御することにより、大きなＳｉ相のない、組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜を形成することができる。
（３）Ａｌ−Ｓｉ膜中のシリコン相として、粒径が１０〜２０ｎｍのほぼ球形のシリコン相をＡｌ−Ｓｉ膜中に均一に分散させることができる。
（４）ナノインデンテーション硬度としては、組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜中で、Ｓｉの増加と共に、０．６５ＧＰａから５．９ＧＰａへと序所に高くように変化させることができる。
ＳＦＪ−ＰＶＤ法によって組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉナノ複合膜を形成することにより、以下のような効果を享受することができる。
（１）蒸発源のナノ粒子の堆積は、ボイドやクラックのない緻密なＡｌ−Ｓｉ膜を形成することができる。
（２）２つの異なる蒸発チャンバー中での蒸発速度を制御することを通して、ＡｌとＳｉのナノ粒子の堆積速度をそれぞれ制御することにより、大きなＳｉ相のない、組成の傾斜したＡｌ／Ａｌ−Ｓｉ膜を形成することができる。
（３）Ａｌ−Ｓｉ膜中のシリコン相として、粒径が１０〜２０ｎｍのほぼ球形のシリコン相をＡｌ−Ｓｉ膜中に均一に分散させることができる。
（４）ナノインデンテーション硬度としては、組成の傾斜したＡｌ−Ｓｉ膜中で、Ｓｉの増加と共に、０．６５ＧＰａから５．９ＧＰａへと序所に高くように変化させることができる。
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、第１蒸発チャンバーではプラズマを用いて蒸発させ、第２蒸発チャンバーではるつぼをリボンヒーターで加熱して蒸発させているが、これに限らず、例えば第１および第２蒸発チャンバーの両方でプラズマを用いて蒸発させてもよい。また、第１および第２蒸発チャンバーの両方でるつぼをリボンヒーターなどで加熱して蒸発させてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
例えば、第１蒸発チャンバーではプラズマを用いて蒸発させ、第２蒸発チャンバーではるつぼをリボンヒーターで加熱して蒸発させているが、これに限らず、例えば第１および第２蒸発チャンバーの両方でプラズマを用いて蒸発させてもよい。また、第１および第２蒸発チャンバーの両方でるつぼをリボンヒーターなどで加熱して蒸発させてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
本発明のＡｌ−Ｓｉ膜は、自動車用材料、航空宇宙材料および切削工具などの軽量高強度、耐摩耗性の材料に適用することができる。
本発明のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法は、自動車用材料、航空宇宙材料および切削工具など軽量高強度、耐摩耗性の材料を形成する方法に適用することができる。
１０…第１蒸発チャンバー
１１，２１…排気管
１２，２２…マスフローコントロール
１３，２３…るつぼ
１４…蒸発源材料
１５…電極
１６，２４…移送管
２０…第２蒸発チャンバー
３０…成膜チャンバー
３１…ステージ
３２…基板ホルダー
３３…基板
３４，３５，４１…超音速ノズル
３６…コイルヒーター
４０…流体混合装置
ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３…真空ポンプ
１１，２１…排気管
１２，２２…マスフローコントロール
１３，２３…るつぼ
１４…蒸発源材料
１５…電極
１６，２４…移送管
２０…第２蒸発チャンバー
３０…成膜チャンバー
３１…ステージ
３２…基板ホルダー
３３…基板
３４，３５，４１…超音速ノズル
３６…コイルヒーター
４０…流体混合装置
ＶＰ１，ＶＰ２，ＶＰ３…真空ポンプ
Claims (18)
- アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜であって、
アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリクスと、
前記マトリクス中に分散された、粒径が数〜１００ｎｍであるシリコン微粒子と
を有するＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記シリコン微粒子の粒径が１０〜２０ｎｍである
請求項１に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである
請求項１に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を有する
請求項１に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する
請求項４に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - シリコンおよびアルミニウムを含有して、基板に形成されたＡｌ−Ｓｉ膜であって、
不活性ガス雰囲気下でプラズマの使用または加熱により生成されたシリコン微粒子とアルミニウム微粒子を、超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である
Ａｌ−Ｓｉ膜。 - 前記シリコン微粒子を含むガスと前記アルミニウム微粒子を含むガス混合することにより、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合してから、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を前記超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である
請求項６に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記シリコン微粒子を第１の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、一方、前記アルミニウム微粒子を第２の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合しながら前記基板上に物理蒸着させて形成した膜である
請求項６に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記シリコン微粒子の粒径が数〜１００ｎｍである
請求項６に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記シリコン微粒子の粒径が１０〜２０ｎｍである
請求項９に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 表面の硬度が０．６５〜５．９ＧＰａである
請求項６に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記Ａｌ−Ｓｉ膜の膜中の組成が傾斜した領域を有する
請求項６に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - 前記組成の傾斜に応じて硬度が０．６５〜５．９ＧＰａで変化する
請求項１２に記載のＡｌ−Ｓｉ膜。 - アルミニウムの蒸発源材料からアルミニウム微粒子を生成する工程と、
シリコンの蒸発源材料からシリコン微粒子を生成する工程と、
前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させ、アルミニウムとシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ膜を形成する工程と
を有するＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法。 - 前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出する工程においては、前記シリコン微粒子を含むガスと前記アルミニウム微粒子を含むガス混合することにより、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合してから、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を前記超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出する
請求項１４に記載のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法。 - 前記アルミニウム微粒子と前記シリコン微粒子を超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出して、前記真空チャンバー中に配置した基板上に物理蒸着させる工程においては、前記シリコン微粒子を第１の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、一方、前記アルミニウム微粒子を第２の超音速フリージェットの気流に乗せて真空チャンバー中に噴出し、前記シリコン微粒子と前記アルミニウム微粒子を混合しながら前記基板上に物理蒸着させる
請求項１４に記載のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法。 - 前記アルミニウム微粒子を生成する工程においては、不活性ガス雰囲気下で前記アルミニウムの蒸発源材料を入れたるつぼの加熱により前記アルミニウムの蒸発源材料を加熱して蒸発させる
請求項１４に記載のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法。 - 前記シリコン微粒子を生成する工程においては、不活性ガス雰囲気下で前記シリコンの蒸発源材料に向けて放電して得られるプラズマによって前記シリコンの蒸発源材料を加熱して蒸発させる
請求項１４に記載のＡｌ−Ｓｉ膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004228109A JP4979882B2 (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Ａｌ−Ｓｉ膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004228109A JP4979882B2 (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Ａｌ−Ｓｉ膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006045616A true JP2006045616A (ja) | 2006-02-16 |
| JP4979882B2 JP4979882B2 (ja) | 2012-07-18 |
Family
ID=36024543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004228109A Active JP4979882B2 (ja) | 2004-08-04 | 2004-08-04 | Ａｌ−Ｓｉ膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4979882B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010013305A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | タマティーエルオー株式会社 | ハイドロキシアパタイト粒子分散金属膜及びその形成方法 |
| WO2010013304A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | タマティーエルオー株式会社 | 物理蒸着装置及び物理蒸着方法 |
| JP2010141030A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Tama Tlo Ltd | 多結晶シリコン膜の形成方法、多結晶シリコン膜の形成装置及び多結晶シリコン膜が形成された基板 |
| JP2011214059A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Tama Tlo Ltd | 物理蒸着装置及び物理蒸着方法 |
| JP2011216670A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Tama Tlo Ltd | 超音速ノズルおよび切削工具 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0465061A (ja) * | 1990-07-02 | 1992-03-02 | Vacuum Metallurgical Co Ltd | リチウム電池の作製法 |
| JPH08199372A (ja) * | 1995-01-26 | 1996-08-06 | Nisshin Steel Co Ltd | 傾斜機能材料の製法および装置 |
-
2004
- 2004-08-04 JP JP2004228109A patent/JP4979882B2/ja active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0465061A (ja) * | 1990-07-02 | 1992-03-02 | Vacuum Metallurgical Co Ltd | リチウム電池の作製法 |
| JPH08199372A (ja) * | 1995-01-26 | 1996-08-06 | Nisshin Steel Co Ltd | 傾斜機能材料の製法および装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010013305A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | タマティーエルオー株式会社 | ハイドロキシアパタイト粒子分散金属膜及びその形成方法 |
| WO2010013304A1 (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-04 | タマティーエルオー株式会社 | 物理蒸着装置及び物理蒸着方法 |
| CN102131951A (zh) * | 2008-07-28 | 2011-07-20 | 多摩-技术转让机关株式会社 | 物理气相沉积装置及物理气相沉积方法 |
| US8889223B2 (en) | 2008-07-28 | 2014-11-18 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Physical vapor deposition apparatus and physical vapor deposition method |
| US9447494B2 (en) | 2008-07-28 | 2016-09-20 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Physical vapor deposition apparatus and physical vapor deposition method |
| JP2010141030A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Tama Tlo Ltd | 多結晶シリコン膜の形成方法、多結晶シリコン膜の形成装置及び多結晶シリコン膜が形成された基板 |
| JP2011214059A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Tama Tlo Ltd | 物理蒸着装置及び物理蒸着方法 |
| JP2011216670A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Tama Tlo Ltd | 超音速ノズルおよび切削工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4979882B2 (ja) | 2012-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kang et al. | Tungsten/copper composite deposits produced by a cold spray | |
| Gärtner et al. | The cold spray process and its potential for industrial applications | |
| KR100802329B1 (ko) | 금속기지 복합체 형성방법 및 이를 이용하여 제조된 코팅층및 벌크 | |
| Li et al. | SiC nanowires toughed HfC ablative coating for C/C composites | |
| Ren et al. | UHTC coating reinforced by HfC nanowires against ablation for C/C composites | |
| Sun et al. | A MoSi2-based composite coating by supersonic atmospheric plasma spraying to protect Nb alloy against oxidation at 1500° C | |
| US6861164B2 (en) | Environmental and thermal barrier coating for ceramic components | |
| JPS60103170A (ja) | 耐摩耗コーテイング及びその製造方法 | |
| Cavaliere et al. | Mechanical and microstructural behavior of nanocomposites produced via cold spray | |
| JP4979882B2 (ja) | Ａｌ−Ｓｉ膜の形成方法 | |
| CN112639155B (zh) | 热喷涂皮膜的形成方法 | |
| CN105908047A (zh) | 一种钛铝硅钽合金材料及其制备方法 | |
| CA2355695C (fr) | Procede pour produire une poudre d'alliage metallique de type mcraly et revetements obtenus avec cette poudre | |
| Shahien et al. | Challenges upon reactive plasma spray nitriding: Al powders and fabrication of AlN coatings as a case study | |
| JP2009102713A (ja) | 金属酸化膜の形成方法及び物理蒸着装置 | |
| CN107287547A (zh) | 硼化钽复合涂层的制备方法 | |
| Zhang et al. | Synthesis of Cu doped TiN composite films deposited by pulsed bias arc ion plating | |
| WO2001068936A1 (fr) | Matiere composite et son procede de production | |
| JP2009191327A (ja) | アルミニウム合金基材の強化方法 | |
| JP4947358B2 (ja) | 物理蒸着装置および物理蒸着方法 | |
| JP6651438B2 (ja) | 銅−ガリウムスパッタリングターゲット | |
| RU2674050C1 (ru) | Материал покрытия | |
| CN112941454A (zh) | 一种超音速火焰热喷涂制备抗高温氧化腐蚀MCrAlY涂层的激光重熔后处理方法 | |
| Li et al. | Influence of annealing on the microstructure and wear performance of diamond/NiCrAl composite coating deposited through cold spraying | |
| Cavaliere et al. | Mechanical and microstructural behavior of cold-sprayed titanium-and nickel-based coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070801 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070913 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20091015 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091020 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091221 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100706 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100903 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101228 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110325 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110406 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20110513 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120418 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4979882 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |