JP2738629B2 - 複合部材 - Google Patents

複合部材

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JP2738629B2 JP4347503A JP34750392A JP2738629B2 JP 2738629 B2 JP2738629 B2 JP 2738629B2 JP 4347503 A JP4347503 A JP 4347503A JP 34750392 A JP34750392 A JP 34750392A JP 2738629 B2 JP2738629 B2 JP 2738629B2
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5057Carbides
    • C04B41/5059Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線反射鏡の構成部材
やガラス光学素子の成形型等に好適なセラミック母材の
表面に炭化珪素を化学蒸着して成る複合部材に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来よりX線反射鏡としては、銅等の金
属母材を鏡面研磨し、その表面に金を蒸着させたもの等
が良く知られているが、X線は短波長域の高密度エネル
ギー光であるため使用中に前記鏡面の蒸着膜が剥離した
り、鏡面が歪んだり、金属母材が溶解する等の熱損を受
けやすいという問題があった。
【0003】また、ガラス光学素子の成形型としては、
ガラスが成形型に融着するのを防止し、かつ高精度に研
磨加工された成形型表面を保護するために、各種離型膜
が被着形成されているが、例えば、鉛を含有したガラス
材料を成形する際、前記硬質カーボンやダイヤモンドか
ら成る離型膜は、該カーボン膜やダイヤモンド膜の炭素
がガラス材料中に含有する鉛を還元し、ガラス成形体の
表面に極めて小量だが鉛を析出して表面が白濁するとと
もに、表面粗さが低下してしまい、その上、析出した鉛
によって前記離型膜には成形中に微小なスクラッチが多
発し、離型膜の耐久性を著しく劣化させるという問題が
あった。
【0004】そこで係る問題を解消せんとして、炭化珪
素等のセラミックスあるいは黒鉛の焼結体等の表面に、
耐熱性や熱伝導性等の物理的特性に優れ、光学的にも短
波長域で高い反射率を有し、化学的にも安定な特性を有
する炭化珪素を、化学蒸着法等により蒸着した複合材と
することが種々研究されている。
【0005】しかしながら、前記炭化珪素の蒸着膜は、
結晶面の方位によって硬さが異なり、X線反射鏡やガラ
ス光学素子の成形型等に要求される、例えば表面粗さが
粗さ曲線の中心線からの凹凸の標準偏差RMSで1.0
nm程度の超平滑面を得ようとすると、結晶の配向が充
分に得られない場合、前記方位により研磨速度が異なる
ことから該方位による段差を生じ易く、極めて長時間の
研磨と高度で特殊な研磨技術を必要とし、製造コストが
かかり過ぎ、前述のような超平滑面が簡単に得られない
という問題があった。
【0006】そこで係る問題を解消するために、蒸着し
た炭化珪素膜の結晶面を研磨加工し易い方位であるミラ
ー指数表示(以下、ミラー指数と記す)の(220)面
に配向するようにしたり、あるいは比較的高い硬度を示
す方位である(111)面に配向するようにした複合部
材が特開平4−114971号公報等に提案されてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように炭化珪素蒸着膜の結晶面をミラー指数の(22
0)面に配向させた場合、(111)面に比べて研磨し
易く、非球面研磨をはじめ曲面を有する形状の研磨も比
較的容易にでき、良好な表面粗さが得られるものの、
(220)面に配向した蒸着膜は該膜自体の内部応力が
高いため、炭化珪素質焼結体や黒鉛等を母材にすると、
残留応力が高くなる傾向があった。
【0008】その結果、母材との熱膨張率の差から常温
に冷却した時、あるいは研削や研磨加工する時に、前記
残留応力が増長されて炭化珪素膜にクラックが発生し易
く、実用的でなかった。
【0009】また、前記結晶面を比較的硬度が高い(1
11)面に配向させた場合、母材が炭化珪素質焼結体で
は蒸着膜への残留応力も低く前述のようなクラックは発
生し難いものの、硬度が高く研磨加工が困難であり、と
りわけ球面研磨や非球面研磨をはじめ、曲面を有する形
状の研磨においては、平面研磨の表面粗さと同程度に研
磨仕上げすることが極めて困難であり、例えば、前記
(111)面に配向した蒸着膜を平面研磨すると表面粗
さは最大高さRmax.で約9nm、RMSで約1nm
程度の超平滑面が得られるのに対し、非球面研磨すると
せいぜいRmax.で約30nm、RMSで4nm程度
の表面粗さしか実現できないという課題があった。
【0010】
【発明の目的】本発明は前記課題に鑑み開発されたもの
で、その目的は蒸着した炭化珪素膜にクラックが発生せ
ず、研磨加工し易く、平面研磨は勿論、非球面研磨等を
はじめ曲面を有する形状の研磨においても超平滑面が得
られ、耐久性に優れた複合部材を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の複合部材は、セ
ラミック母材の表面に化学蒸着した炭化珪素膜の結晶面
が、ミラー指数で表示した(111)面と(220)面
の両方に配向して混在し、かつX線回折におけるピーク
強度でその強度比が(220)面で20〜95%であ
り、(111)面が5〜80%であることを特徴とする
ものであり、とりわけ前記強度比が(220)面で50
〜70%、(111)面で30〜50%であることが望
ましい。
【0012】
【作用】本発明の複合部材は、セラミック母材の表面に
残留応力が低い(111)面に配向した結晶面と、非球
面研磨等をはじめ曲面を有する形状の研磨においても超
平滑面が得やすい(220)面に配向した結晶面の両方
を混在させ、かつX線回折におけるピーク強度でその強
度比が(220)面で20〜95%、(111)面で5
〜80%の範囲としたことから、該蒸着膜にクラックの
発生がなく、曲面を有する形状の研磨を容易にする。
【0013】
【実施例】以下、本発明の複合部材を実施例に基づき詳
細に説明する。
【0014】先ず、炭化珪素(SiC)を主成分とし、
焼結助剤としてホウ素(B)、炭素(C)を含有する炭
化珪素質焼結体、窒化アルミニウム(AlN)を主成分
とし、周期律表第3a族元素の酸化物等の焼結助剤を含
有する窒化アルミニウム質焼結体及び黒鉛(C)から成
る3種類の円柱体の平面を、RMSで0.5μm程度の
表面粗さにまで平面研磨した後、アセトン等の溶剤中で
超音波洗浄して蒸着用母材試料とした。
【0015】次に前記蒸着用母材試料を用い、反応ガス
としてメチルトリクロロシラン(CH3 SiCl4 )と
水素(H2 )を使用し、50Torrの減圧下のCVD
反応炉中、1400℃の温度で200〜300μmの膜
厚を目標に、炭化珪素を蒸着した。尚、前記炭化珪素の
成膜速度は毎時10μm以上と早い方が望ましい。
【0016】かくして得られた研磨仕上げ前の評価用試
料をX線回折装置により前記炭化珪素膜の結晶配向面を
同定し、その結晶配向面のピーク強度の総和を100と
して各結晶配向面の強度比を算出した。
【0017】また、前記炭化珪素膜を被着形成した試料
は、先ずダイヤモンド砥石を使用して該炭化珪素膜をそ
の表面から約30〜50μm程度の深さまで平面研削盤
により粗研磨した後、微粒のダイヤモンド砥粒を用いて
更に膜厚で約10μm程度、平面ラップ盤で超平滑面と
なるまで研磨仕上げするとともに、一方で平面研磨仕上
げした試料を再度、非球面ラップ盤で曲面形状に超平滑
面となるまで研磨仕上げしてそれぞれ評価用試料とし
た。
【0018】次いで前記研磨仕上げした評価用試料を、
光の干渉を利用した非接触の表面粗さ計を使用して該評
価用試料の研磨仕上げ面を計測し、最大高さRma
x.、平均粗さRa及び粗さ曲線の中心線からの凹凸の
標準偏差RMSを求めた。
【0019】以上の結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1の結果より明らかなように、炭化珪素
膜の結晶配向面が(111)面だけである試料番号1
2、20、27では非球面研磨面の表面粗さがRma
x.で31.4nm以上と極めて悪く、それに比べて
(220)面だけの試料番号11、19、26では平面
研磨面も非球面研磨面もその表面粗さは非常に良好であ
るが、蒸着した炭化珪素膜にクラックが発生している。
【0022】また、(111)面と(220)面が混在
していても、本発明の範囲外の強度比である試料番号
1、13、21では、非球面研磨面の表面粗さがRma
x.で22.0nm以上と悪く、試料番号10、18、
25では炭化珪素膜にクラックが認められる。
【0023】それに対して、本発明の複合部材では非球
面研磨面の表面粗さがRmax.で19.3nm以下、
RMSで2.95nm以下と優れており、蒸着した炭化
珪素膜にも全くクラックが認められなかった。
【0024】
【発明の効果】叙上の如く、本発明の複合部材は、セラ
ミック母材の表面に化学蒸着した炭化珪素膜の結晶面
が、ミラー指数で表示した(111)面と(220)面
の両方に配向して混在し、かつX線回折におけるピーク
強度でその強度比が(220)面で20〜95%であ
り、(111)面が5〜80%であることから、蒸着膜
にクラックがなく、平面は勿論、曲面を有する形状であ
っても容易に超平滑面を有し、表面硬度が高い耐久性に
優れた複合部材を得ることができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック母材の表面に炭化珪素を化学蒸
    着して成る複合部材において、前記化学蒸着した炭化珪
    素の結晶面がミラー指数表示の(220)面と(11
    1)面の両面に配向し、かつX線回折強度比がそのピー
    ク強度で(220)面が20〜95%、(111)面が
    5〜80%であることを特徴とする複合部材。
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