JPH02155729A

JPH02155729A - ＴｉＢ↓２厚膜の形成方法

Info

Publication number: JPH02155729A
Application number: JP63311474A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Udagawa; 悦郎宇田川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-06-14

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】〔概要］Ｔｉｅ□厚膜の形成方法に関し。

ち密でバルク焼結体と同等の特性を有するＴｉＢｚ厚膜
をセラミックスまたは金属の表面上へ形成できるように
することを目的とし。

セラミックスまたは金属の基板上に所定モル組成比のＴ
　ｉ　ｔｊｌ末とＢ粉末との混合粉末を含むグリーンシ
ートを積層する工程と、　Ｔｉ粉末とＢ粉末とを反応さ
せ発生する熱を利用し１合成されるＴｉＢｚ粉末を焼結
させ、基板上にＴｉＢｚ焼結層を形成する工程とを有し
、ＳＨＳプロセスにより焼結させるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、　Ｔｉ［１，厚膜の形成方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、電子機器の小型、軽量化に伴い、従来から用いら
れてきた金属の代わりに、多くの構造部材が樹脂やセラ
ミックスで代用されるようになってきた。

なかでも、セラミックスの利用範囲は、射出成形技術な
どの種々の成形技拗の進歩にも助けられ。

多くの構造部材に広がっている。

構造部材へのセラミックスの適用は、その軽量性にあり
、かつ強度や硬度が金属と同等以上といった特性に着目
したものである。構造部材のなかでも、特に摺動部への
セラミックスの適用は古く。

スパッタリング法や蒸着法による。Ｔｉの炭化物やＴｉ
の窒化物を金属の表面へコーティングする技術がよく知
られている。

しかしながら、Ｔｉの炭化物やＴｉの窒化物の膜は。

厚さを厚くすることがむずかしいとか、Ｔｉ：Ｃまたは
Ｔｉ　：　Ｎの組成比を正確にｔｒｉとすることがむず
かしい、という欠点がある。

また、　Ｔｉの炭化物やＴｉの窒化物よりも硬度や強度
に優れ、かつ化学的に安定したＴｉのホウ化物（ＴｉＢ
、）についても、厚膜はもちろん、　ｆｌｊｔ［を形成
する技術も確立したものはない。これは、Ｔｉの永う化
物の多くが非常に高融点であり、一般に焼結性が悪いこ
とが原因となっている。また、工業的に純度の低いもの
しか生産されておらず１品質の良いターゲツト材の入手
が困難なことも原因となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＴｉＢｚは、純度の高いものを合成することがむずかし
く、また合成された原料粉末に好ましい形状を付与し、
かつち密な焼結体として、その特性を発揮させることが
むずかしい、という問題があった。

本発明は、ち密でバルク焼結体と同等の特性を有するＴ
ｉＢｚ厚膜をセラミックスおよび金属の表面上へ形成で
きるようにした。　ＴｉＢｚ厚膜の形成方法を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために２本発明に係るＴｉＢｚ厚膜
の形成方法は、セラミックスまたは金属の基板上に所定
モル組成比のＴｉ粉末とＢ粉末との混合粉末を含むグリ
ーンシートを積層する工程と、Ｔｉ粉末とＢ粉末とを反
応させ発生する熱を利用し。

合成されるＴｉｎ□粉末を焼結させ、基板上にＴｉＢｚ
焼結層を形成する工程とを有し、ＳＨＳプロセスにより
焼結させるように構成する。

具体例としては、セラミックスまたは金属の基板上に、
　Ｔｉ：Ｂ＝３　：　２　（モル比）の組成物１００重
量部に対して０〜６０重量部のＴｉｅ、、および０〜３
０重量部のＣｕ、　Ａｕ、　Ａｇなどの低融点金属また
は０〜２０重量部のＷ、　Ｍｏなどの高融点金属を含む
第１のグリーンシート、　Ｔｉ：Ｂ＝１　：　１　　（
モル比）の組成物１００重量部に対して０〜４０重量部
のＴｉＢ、、および０〜２０重量部のＣｕ、＾Ｕ、八ｇ
へどの低融点金属または０〜１０重量部のＷ、Ｍ。

などの高融点金属を含む第２のグリーンシート。

およびＴｉ：Ｂ＝１：２（モル比）の組成物１００重量
部に対して０〜２０重量部の↑＋におよび０〜１０重量
部のＣｕ、　Ａｕ、　Ａｇなどの低融点金属または０〜
５重量部のＷ、１１ｏなどの高融点金属を含む第３のグ
リーンシートを順次積層し、ＳＨＳプロセスにより焼結
させるように構成する。

〔作用〕

本発明に係るＴｉＢｚ厚膜の形成方法は、ＳＨＳプロセ
ス（Ｓｅｌｆ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　　ｈｉｇｈ−
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｙｎｔｈｅｓｉｓ　、　自己
燃焼合成法）を利用することにより、　ＴｉＢｇを合成
すると同時にち密な焼結体とし。

Ｔｉ８２本来の特性を発揮することができるようにする
ものである。

また９本発明のＳＨＳプロセスは９合成されるＴｉＢ、
の濃度を厚さ方向で傾斜させることにより。

セラミックスまたは金属の基板との界面近傍での発熱量
を少な（している。これにより、熱応力を小さくするこ
とにより、セラミックスまたは金属の基板との密着性を
改善し、また熱膨張の差によるクラックの発生を防止し
ている。

合成されるＴｉＢ、の濃度を厚さ方向で傾斜させるため
の具体的な方法として１本発明では、セラミソクスまた
は金属の基板の上に、Ｔｉ：Ｂ＝３＝２（モル比）の第
１のグリーンシート、Ｔｉ：Ｂ＝１：ｌ　（モル比）の
第２のグリーンシートおよびＴｉ：Ｂ＝１：２（モル比
）の第３のグリーンシートを順次積層する方法を採って
いる。

さらに１本発明では、ＴｉおよびＢのほかに、ＴｌＢ２
の粉末、およびＣｕ、＾ｕ、　Ａｇなどの低融点金属ま
たはＷ、Ｎｏなどの高融点金属を各グリーンシートに添
加することにより９発熱反応による発熱量をきめこまや
かに制御することが可能となり、　ＴｉＢ。

厚膜とセラミックスまたは金属の基板との熱応力を緩和
することが可能となる。

以上のように１本発明のＳＯＳプロセスは、基本的には
２合成されるＴｉＪの濃度を厚さ方向で傾斜させること
により、セラミックスまたは金属の基板との界面近傍で
の発熱量を少なりシ、熱応力を小さくすることにより、
セラミックスまたは金属の基板との密着性を改善し、ま
た熱膨張の差によるクランクの発生を防止する。

また２本発明では１発熱反応による発熱量をきめこまや
かに制御するために、　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ａｇなどの低
融点金属またはＷ、Ｍｏなどの高融点金属を各グリーン
シートに添加している。

Ｔｉ粉末とＢ粉末との混合粉末に添加するＴｉ８ｇ粉末
、　Ｃｕ、　Ａｕ、　Ａｇなどの低融点金属およびＷ、
Ｍｏなどの高融点金属の添加量の例を示すと１次のよう
になる。

■Ｔｉ：Ｂ＝３：２（モル比）の組成物１００重量部に
対して０〜６０重量部のＴｉＢｚのところ。

好ましくは、５０〜６０重量部、０〜３０重鼠部のＣｕ
、　Ａｕ、　Ａｇなどの低融点金属のところ、好ましく
は、２５〜３０重量部、０〜２０重量部のＷ。

Ｍｏなどの高融点金属のところ、好ましくは、１８〜２
０重量部である。

■Ｔｉ：Ｂ＝１：１（モル比）の組成物１００重量部に
対して０〜４０重量部のＴｉ［１ｇのところ、好ましく
は、３０〜４０重量部、０〜２０重量部のＣｕ、　Ａｕ
、　Ａｇなどの低融点金属のところ、好ましくは、１５
〜２０重量部、０〜１０重量部のＷ、−〇などの高融点
金属のところ、好ましくは、８〜１０重量部である。

■Ｔｉ：Ｂ＝１：２（モル比）の組成物１００重量部に
対して０〜２０重量部のＴｉＢｚのところ、好ましくは
、１０〜２０重量部、０〜１０重量部のＣｕ、　Ａｕ、
　Ａｇなどの低融点金属のところ、好ましくは、５〜１
０重量部、０〜５重量部のＷ、Ｎｏなどの高融点金属の
ところ、好ましくは、３〜５重量部である。

Ｃｕ、　Ａｕ、　Ａｇ等の低融点金属は、　ＴｉＢｚと
の間でホウ化物をつくりに＜＜１合金を形成しないが１
反応温度で蒸発ベーパライズするおそれがある。

一方、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属は、蒸発ベーパライズの
おそれはないが、Ｂと反応してＷＢ、ＭｏＢ等のホウ化
物を生成しやす（、ＴｉＢｚの本来の特性を劣化させる
。

したがって、これらの点を勘案して、意図する所定の特
性を有するＴｉ［ｌｔ厚膜がセラミックスまたは金属の
基板上に得られるように組成比を制御する必要がある。

出発原料の粒度は、　Ｔｉ粉末としては、市販されてい
る粒径５〜Ｉ　Ｑ　７７　ｒｎの゛ｒｊＴｉ粉末いるこ
とができ、Ｂ粉末としては、市販されている粒径２〜５
μｍのＢ粉末を用いることができる。

Ｔｉ粉末の粒径があまり小さい場合には、　Ｔｉ粉末の
表面がＴｉＯアに変化している割合が多くなり、　Ｔｉ
とＢとの反応が遅くなったり２反応性が悪くなったりす
る。

なお、上記したＴｉとＢとのモル比は、その近傍の組成
比を含むことを意図するものであることはいうまでもな
い。

〔実施例〕

（実施例１．Ｔｉ−Ｂの系）粒径５μｍのＴｉ粉末と粒径３μｍのＢ粉末とをモル比
で、３：２，１：１．およびｌ：２となるように、それ
ぞれ秤量した。

それぞれの混合粉末４００ｇに対して、ＰＭＭＡ（ポリ
メチルアクリレート）２４ｇとアセトン２５０ｇとを加
え、樹脂をコーチイブした鋼球を用いて、４８時間のミ
リングを行った。

ＴｉとＢとのモル比が３＝２．ｌ：１．およびｌ：２か
らなるスラリーをドクターブレード法により、それぞれ
３００μｍ、３００μｍ、および５００μｍのグリーン
シートに成形した。

次に、これらのグリーンシートをＭｇ基Ｆｉｌ上に。

Ｔｉ：Ｂ＝３＝２　（モル比）のグリーンシート２゜Ｔ
ｉ：Ｂ＝ｌ：Ｌ（モル比）のグリーンシート３゜および
Ｔｉ：Ｂ−１：２（モル比）のグリーンシート４の順に
積層し、プレス圧４００ｋｇ／ｃｄで圧着した。そして
、大気中２６００℃で有機成分を除去した。

こうして得られたものを２図の（ａ）として示す。

この積層体の最上層４に１着火装置の出力を４０Ｗ・ｓ
ｅｃとして着火した。ＳＨＳプロセスにより、　ＴｉＢ
ｚの合成は、−瞬で終了し、同時にち密な焼結体となっ
た。

この状態を１図の（ｂ）として示す。

最上層９は、ＴｉＪが３００μｍの厚さで形成されてお
り、第２層８は、ＴｉＪ：Ｔｉ＝３　：　２の割合で、
第３層７は、　ＴｉＢｚ　：Ｔｉ＝　１　：　１の割合
で形成されていた。また、第３層の最下部６は、厚さ３
０μｍのＴｉとなっており、　Ｍｇ基板５との界面に隙
間やクランクは見られなかった。

合成されたＴｉＢｚの粒径は、ＴｉおよびＢの原料粉末
より微細で、きめの細かい組織であった。

本実施例の結果を次の第１表に示す。

本実施例では、　Ｔｉ粉末およびＢ粉末を秤量して３層
の積層体を形成したが、２元同時蒸着法または２元スパ
ンタリング法を用いて９本実施例と同じ積層体を形成し
てもよい。

（実施例２　、　Ｔｉ　−Ｂ　−ＴｉＢｇの系）粒径５
μｍのＴｉ粉末と粒径３μｍのＢ粉末をモル比で１．２
：２に秤量し、この混合粉１００重量部にＴｉＢｚ粉末
とＣｕ粉末をそれぞれ２０重量部添加した。引き続き、
上記の混合粉４００ｇに対して。

ＰＭＭＡ　（ポリメチルアクリレート）２４ｇとアセト
ン２５０ｇを加え、樹脂をコーティングした鋼球を用い
て、４８時間のミリングを行った。

得られたスラリーを射出成形用に粘度調整を行い。

射出成形によってリング状に成形した。次いで。

計雰囲気中、６００℃で有機成分を除去した。この時、
成形体のボア密度は、３０％であった。

リング状の成形体の一端に２着火装置を用いて。

出力４０Ｗ−ｓｅｃで着火した。合成反応と同時に焼結
による収縮が起こり、収縮率２０％で均一に収縮した。

得られたｒｔＢｇ質焼結体のボア密度は、０，２％であ
った。

Ｔｉ−Ｂ−ＴｉＢの（ＴｉＢｚを添加した場合）（実施例３．Ｔｉ−Ｂ−Ｃｕの系）粒径５μｍのＴｉ粉末と粒径３μｍのＢ粉末をモル比で
１：２，１：１および３：２となるようにそれぞれ秤量
した。さらに、上記の組成比をもつ混合粉末にＣｕ粉末
を１０．２０および３０重１部添加した。すなわち、Ｔ
ｊ：Ｂ＝１：２の混合粉末１００重量部にＣｕ粉末１０
重量部添加した混合粉末、Ｔｉ：Ｂ＝ｌ：１の混合粉末
１００重量部にＣｕ粉末２０重量部添加した混合粉末お
よびＴｉ：Ｂ＝３＝２の混合粉末１００重量部にＣｕ粉
末３０重量部添加した混合粉末を形成した。

次いで、それぞれの混合粉末４００ｇに対して。

その後、　ＴｉとＢがｌ：２，１：１および３：２から
なるスラリーをドクターブレード法により、それぞれ５
００μｍ、３００μｍおよび３００μｍにテープ成形し
た。

次に、これらのシートをＭｇ上に組成比が３：２１：Ｉ
および１：２の順に重ね、プレス圧４００ｋｇ／ｃｄで
圧着した。そして、　Ａｒ中、６００℃で有機成分を除
去した。

最後に１着火装置の出力を４０Ｗ−ｓｅｃとし。

最上層に着火した。自己燃焼により、　ＴｉＢ、の合成
反応は一瞬で終了し、同時にち密な焼結体となった。

最上層は、　Ｃｕを含み、　Ｔｉｅ、が３０θμｍの厚
さで形成されており、第２Ｎは、　Ｃｕを約１６ｈｔ％
含み、　ＴｉＢｚ：Ｔｉ＝３　：　２の割合で、第３層
は、　Ｃｕを約２３ｗｔ％含み、　Ｔｉ［ｌｚ　：Ｔｉ
＝　１　：　１の割合で形成されていた。また、第３層
の最下部は、　Ｃｕを約２３ｗｔ％含む厚さ３０μｍの
Ｔｉとなっており、　Ｍｇとの界面に隙間やクランクは
見られなかった。

また２合成されたＴｉＢｚの粒径は、ＴｉおよびＢの原
料粉末より微細で、きめの細かいＭｉ織であった。

（以下余白）３３Ｔｉ−Ｂ−Ｃｕの（Ｃｕを添加した場合）得られたスラリーを射出成形用に粘度調整を行い。

射出成形によりリング状に成形した。次いで、　Ａｒ雰
囲気中、６００℃で有機成分を除去した。この時、成形
体のボア密度は、３０％であった。　その後、リング状
の成形体の一端に２着火装置を用いて、出力４０Ｗ・ｓ
ｅｃで着火した。合成反応と同時に焼結による収縮が起
こり、収縮率２０％で均一に収縮した。

得られたＴｉＢ２質焼結体のボア密度は、０．２％であ
った。

（以下余白）（実施例４　、１ｉ−１３−ＴｉＢｚ−ＣｕＯ系）粒径
５μｍのＴｉ粉末と粒径３μｍのＢ粉末をモル比で１．
２：２に秤量し、この混合粉１００重量部にＴｉｅ、粉
末とＣｕ粉末をそれぞれ２０重量部添加した。引き続き
、上記の混合粉４００ｇに対して。

Ｔｉ−Ｂ　−ＴｉＢ−Ｃｕの（ＴｉＢｇおよび低融点金属を添加した場合）〔発明の
効果〕本発明によれば、ち密でバルク焼結体と同等の特性を有
するＴｉＢｚ厚膜をセラミックスおよび金属の表面上へ
形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

図（ａ）および（ｂ）は本発明の１実施例を示す図であ
る。手続主甫正書（方式）補正の内容１、事件の表示　　昭和６３年特許願第３１１４７４号
２、発明の名称　　ＴｉＢｚ厚膜の形成方法３、補正を
する者事件との関係　　特許出廓人住所　　神奈川県用崎市中原区上小田中１０１５番地名
称　（５２２）富士通株式会社代表者　山本卓眞４、復代理人住所　東京都荒川区西日暮里４丁目１７番１号１、明細
書第１１頁第１２行の１図」を「第１図ｊと補正する。２、明細書第１１頁第１８行のｒ図Ｊをｒ第１図」と補
正する。３、明細書第１９頁第１４〜１５行の１図（ａ）および
（ｂ）は本発明の１実施例を示す図である。ｊをｒ第１図は本発明の１実施例を示す図である。Ｊと補正する。４、図面を別添図面に補正する。以上平成　１年　３月２８日６、補正の対象発明の詳細な説明の欄１図面の簡単な説明の欄および図
面７、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックスまたは金属の基板上に所定モル組成
比のＴｉ粉末とＢ粉末との混合粉末を含むグリーンシー
トを積層する工程と，Ｔｉ粉末とＢ粉末とを反応させ発生する熱を利用し，合
成されるＴｉＢ＿２粉末を焼結させ，基板上にＴｉＢ＿
２焼結層を形成する工程とを有することを特徴とするＴｉＢ＿２厚膜の形成方法
。
（２）グリーンシートを積層する工程が，複数のグリー
ンシートを基板上に積層する工程を有し，Ｔｉ粉末とＢ
粉末との反応により発生する熱量が小のグリーンシート
を基板に近接させ，発生する熱量が大のグリーンシート
を基板から遠接するように積層することを特徴とする請
求項１記載のＴｉＢ＿２厚膜の形成方法