JPH02139032A

JPH02139032A - プラズマ窒化法

Info

Publication number: JPH02139032A
Application number: JP22666589A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1990-05-29

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、１〜５００ＭＨ２の高周波エネルギまたは
１〜４　Ｇ　Ｈ２のマイクロ波エネルギ等の誘導エネル
ギを用いて、窒素、アンモニアまたはヒドラジンより選
ばれた窒化物気体を化学的または物理的に励起または電
離させることによりプラズマ状態の活性にし、かかる雰
囲気に被窒化材である粉末を浸すことにより、この被窒
化材の表面を比較的低い温度で窒化することを目的とす
る。

本発明は磁性体またはセラミックスの粉末をこれまでそ
れらの溶融温度（Ｍ、Ｐ、　ＭＥＬＴＩＮＧ　ＰＯＩＮ
Ｔ）近くまで加熱することにより初めて可能になった窒
化を、それよりもきわめて低い温度でその表面を窒化す
ることを目的としている。

本発明は金属、酸化物金属及びフェライト、サマリュー
ム、コバルト、鉄等の反強磁性または強磁性材料、また
はセラミックス例えばアルミナ、ジルコニアまたはシリ
カ等の酸化物セラミックスまたは絶縁物を１１００〜１
３００°Ｃの高温でしか反応させることができなかった
のに対し、これを室温〜９００℃の温度特に室温〜５０
０°Ｃまたは１００〜７００’Ｃの低い温度で窒化でき
るようになったことを特徴とする。

本発明はかくの如〈従来の単なる熱窒化法に比べて３０
０〜５００’Ｃも低い温度で窒化させようとしたもので
ある。

本発明はかかる目的のため、減圧下に保たれた反応系に
おいて、誘導エネルギにより窒化物気体を活性化または
プラズマ化させる領域（ゾーン）と、この領域の後方に
被窒化物を加熱して窒化する領域とを分離設置すること
により、プラズマ化の強度と加熱温度とを分離制御する
ことを目的としている。

従来被窒化物を直接窒化するには、窒化物がきわめて安
定かつち密な材料であるため、被窒化物−を１．Ｐ、に
近い温度に加熱し、その雰囲気を窒素またはアンモニア
とすることにより、これらの表面を窒化していた。しか
しその窒化物がきわめて化学的に安定な材料であるため
、加熱温度がＭ、Ｐ、に近く、極端ではＭ、Ｐ、に等し
い程度にまで加熱しても、その表面には３０〜１００人
の厚さの窒化物しかできなかった。

本発明はかかる高温で窒化する熱窒化法の欠点を除去す
るため１、Ｍ、Ｐ、よりも４００°Ｃ以上低い可能なら
ば室温〜５００°Ｃの低温度にて被窒化材を窒化する方
法に関するもので、以下に図面に従ってその詳細を説明
する。

ｒ実施例ＩＪこの実施例は、粉末または粉末状の被窒化物をプラズマ
化された窒化物気体雰囲気に浸すことにより、窒化物の
粉末または針状の基板等に比べて形の大きな表面積を有
する粉末状の材料の表面に窒化物を作ることを目的とし
ている。

本実施例において、粉末状とは固体がボールミル等によ
り単純に微粉末化されたもの、いわゆる粉末以外に基板
に比較して大面積を有する針状形状を有するものを意味
する。

第１図は本発明に使用される装置を示した図であり、以
下に被窒化物として金属磁性粉末を用いた場合を例とし
て本発明のプラズマ窒化法を説明する。

液体窒素を（３）より導入し、またアンモニアまたはア
ンモニアと不活性ガス特にヘリュームまたはネオンとの
混合ガスを（５）より導入している。純化装置（２）　
、　（４）を通し酸素または水の含有量をＩ　ＰＰＭ以
下例えば好ましくは０．０ＩＰＰＭ以下にした後、コッ
ク（６）を経て反応管（７）に導入される。本発明にお
いて、窒化物気体をかくの如くに高純度にすることは、
窒化される被膜中に劣化の原因となる弱千の酸化物が混
入しないようにするため、きわめて重要である。

反応系はＳｉＣまたはＳｉＣコーティングをされたグラ
ファイトの容器（９）に粉末状の被窒化物０（１）がち
られている加熱窒化領域と該領域の前に、窒化物気体を
プラズマ化する領域を設けである。これにより、窒化物
気体は安定なプラズマ状態で、加熱窒化領域に導入され
、窒化速度は第２図からも判るように、誘導エネルギ量
と加熱温度によって制御することができる。誘導エネル
ギは（１）の領域にて供給された窒化物気体をプラズマ
化し、ここでプラズマ化した窒化物気体は容器（９）の
加熱およびここでの再度のく１”）によるプラズマ化に
より、被窒化物０口）は窒化される。この容器での混合
をよくするため、回転軸側にて容器（９）がゆっくり１
〜１０回／分の速度で回転されている。この系の排気は
、ニードルパルプ（ＩＩ）、ストップパルプ０り、真空
ホンプ面をへてコック０′？）より外へ排気される。ま
た混合ガスがヘリューム等の高価なガスの場合には０ω
をへて再び純化装置（４）に入り純化するいわゆる閉回
路を構成させた。

反応炉内は０．０１〜７６０　Ｌｏｒｒ、特に０．１〜
３０ｔｏｒｒとした。プラズマ化は７６０ｔｏｒｒの常
圧においても起こすことができた。

まず純化装置（２）　（４）を経た窒化物気体をコック
（６）を介して反応管（７）に供給する。反応管内の圧
力は０．０１〜７６０ｔｏｒｒ　、特に０．１〜３０ｔ
ｏｒｒとした。プラズマ化は７５Ｑｔｏｒｒの常圧にお
いても起こすことができた。

次に、誘導エネルギ（１）として例えば２．４５０１１
□電力１００〜５００Ｗのマイクロ波を発振させ、反応
管内に導入された前記窒化物気体をプラズマ化させた。

そして生じたプラズマは容器（９）に設けである導入口
から容器に入り、ここで再び誘導エネルギ（１°）によ
りプラズマ化され、このプラズマが容器（９）の中の被
窒化物である粉体（１０）と接触して、粉体を窒化する
。このとき容器（９）を回転させ粉体がよく混合するよ
うにして粉体に対して均一にかつ効率よ（窒化処理を行
なうようにした。

被窒化物が金属磁性粉末の場合の結果を第２図に示す。

これは１００ｇの金属磁性粉末で粒径が０．５μ（０，
０５〜０．５μ）の材料を用いた。プラズマ窒化温度は
室温が曲線（４０）とほとんど平であるが、被窒化物を
３００〜５００’Ｃに加熱すると曲線（４１）をプラズ
マ電力が１００Ｗにおいて得た。これを５００Ｗにする
と（４２）のように約３０分でほとんど窒化反応は終了
した。

本発明の応用として、かかる窒化物粉末例えば金属磁性
粉末を再度焼結して成形してもよい。

この被窒化物は鉄、ニッケル、コバルトばかりでなく、
フェライト等の酸化物磁性材料等のすべてに適用できる
ことはいうまでもない。

さらに本発明は、フェライト、サマリューム、コバルト
、ニッケル、鉄等の磁性材料、反強磁性材料にも応用で
き、る。その結果これまでの酸化物磁性体ではなく、窒
化物磁性体または酸化、窒化物磁性体を作ることができ
る。

また本発明は、アルミナ、ジルコニア、シリカ等のセラ
ミックスまたは絶縁物に対してもその構成物の一部また
は未反応物の窒化をこれらをプラズマ化した窒化物気体
中に浸すことにより可能となった。

以上の説明より明らかな如く、本発明はこれまで不可能
とされていた粉末または粉末状の物質をプラズマ化され
た化学的に活性化した窒化物気体中で加熱窒化すること
により、その窒化温度を単なる熱窒化に比べて３００〜
５００°Ｃも低い温度にて作ることができた。

さらにこの窒化物は窒素のみであってもよいが、アンモ
ニアまたはヒドラジンを不活性ガスに混入させる方法ま
たは窒素とアンモニアとの混合ガスをプラズマ化した方
法によるＮ　ｘ　ＩＩ　ｙなる気体、即ち活性窒素と活
性水素との混合気体に浸すことにより、さらに容易に均
一に作ることができた。

この活性窒素、水素の混合ガスプラズマ法はその気体中
の酸素、水の量を０．ＯＩＰＰＭ以内の超高純度にする
ことができ、きわめて重要であった。

また金属磁性体においては、この金属を選択的にその表
面のみを窒化して、金属の一部を窒化物保護膜または窒
化物抵抗体とすることができるようになった。さらに粉
末または粉末状の物質においては、そのバルクまで窒化
の際の温度を制御することにより、実質的に窒化でき、
いわゆる窒化物をこれまでの熱窒化物に比べて３００〜
５００°Ｃも低く作ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉末または粉末状物質を窒化するため
の装置を示す。第２図は金属例えば金属磁性体を窒化した時の体積増加
率を示す。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

１、反応容器に反応性気体を供給する手段と、粉末また
は粉末状材料を収容する容器と、前記粉末状材料を混合
させる手段と、反応性気体に誘導エネルギを供給する手
段とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。