JPH03126865A - 電子ビーム蒸発装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的Ｊ （産業上の利用分野） 本発明は、金属の真空溶解や蒸着に用いられる電子ビー
ム蒸発装置に関する。

（従来の技術） イオンブレーティング等の表面改質や同位体分離におい
ては、生産効率を上げるために単位時間当たりの蒸気発
生量を増加させる工夫が種々なされている。例えば、電
子銃を用いたタイプのものにおいては、電子ビーム径を
絞り、入力密度を向上させる方法、または、るつぼ内で
溶融した金属の対流熱損失を低減するため、溶融金属中
に高融点材料（例えばタングステン）の粒を混入する方
法などがある。

また、多孔質の高融点材料に被蒸発金属を含浸させて、
電子ビームにより加熱し、蒸発量を増加させる工夫が行
われ、第６図はこれを説明するための公知の電子ビーム
蒸発装置の一例である。

これは、多孔質非蒸発部材３例えば多孔質タングステン
に被蒸発金属４例えば銅を含浸させたものをターゲット
５として電子銃で加熱する事により、蒸発量の増加を図
ったものである。即ち、水冷の銅るつぼ１内に、るつぼ
ライナ２を設け、このるつぼライナ２内に、多孔質非蒸
発部材３に被蒸発金属４を含浸させたターゲット５を設
け、この所定の位置すなわちビーム照射部６に図示しな
い電子銃からの電子ビーム７を照射させるようにしたも
のである。

（発明が解決しようとする課題） 以上述べた従来例のうち、前者の各側のいずれも、るつ
ぼが化学的に非常に活性な溶融状態の蒸発金属（例えば
Ｔｉ、Ｃｒ）と、接しているため、るつぼが溶融金属に
より浸食されるという問題がある。該るつぼの浸食は、
蒸発効率を上げるため、蒸発金属の加熱温度を高くする
ほど顕著になる傾向があり、従来の方法では蒸発効率を
上げることができず、金属蒸気を長時間、安定に供給す
ることは不可能である。

又、前述した後者の場合は、前者の電子銃で加熱する場
合より被蒸発金属蒸気の蒸着速度が１桁以上向上するこ
とが現象的に確認されているものの、次のような問題が
ある。即ち、電子ビーム７によって被蒸発金属４ととも
に、高融点材料である多孔質非蒸着部材５を加熱するこ
とになり、この加熱によって多孔質の孔口が溶けたり、
あるいは焼結が進むために多孔質の孔口が閉じるといっ
た現象が、電子ビーム７の出力を上げると生じ、これに
より、蒸気量が低減することがある。しかも、蒸気中に
は、被蒸発金属粒子のみならず、多孔質タングステン３
の粒子も含まれる場合が生じ、高エネルギー密度におい
ては、不純物の混入が避けられない等の問題がある。

本発明は、電子ビーム照射部の溶融、焼結による蒸気量
低下、あるいは不純物の混入が防止でき、蒸気量を増加
できると共に、安定に長時間蒸気発生可能な電子ビーム
蒸発装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は前記目的を達成するため、上部が開いている形
状のるつぼ内に、多孔質非蒸発部材内に電子ビームの照
射により蒸発する被蒸発金属を含浸したターゲットを収
納し、このターゲットの前記電子ビームが照射される照
射部に、この照射部の面積より大きな開口部を有し、か
つ前記被蒸発金属を溜る被蒸発金属溜を形成したもので
ある。

また本発明は、以上の構成に被蒸発金属溜に対流低減手
段を講じたものである。

（作用） 本発明によれば、電子ビームにより加熱している領域は
、被蒸発金属であり、蒸発した金属は多孔質部材を通っ
た蒸発源に吸い上げられることから、常に被蒸発金属の
みを蒸発させることとなり、不純物の混入は十分に防止
できる。

また、直接に多孔質部材を電子ビームで加熱する場合に
比べて、多孔質部材自体の溶融、あるいは焼結は生じに
くいことから、蒸気量の増加と、安定に長時間蒸気発生
が可能となる。また、前記被蒸発金属溜に対流低減手段
を講じであるので、被蒸発金属溜での溶融金属の対流に
よる熱損失を低減でき、これにより長時間の蒸発が可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明の第１の実施例を示すもので、水冷の
銅るつぼ１内に、カップ状のるつぼライナ２を設け、こ
のるつぼライナ２内に、多孔質非蒸着部材３に被蒸着金
属４を含浸させたターゲット５を設けである。このター
ゲット５の所定の位置のビーム照射部６に対して図示し
ない電子銃からの電子ビーム７を照射させ、これにより
ターゲット５内の被蒸発金属４を蒸発させる構成となっ
ている。そして、前記ターゲット５のビーム照射部６に
、略半球状の被蒸発金属４の溶融金属が溜る被蒸発金属
溜８を形成しである。

前記るつぼライナ２は、Ｗの粉末を１８００℃、１２特
間、水素炉中で還元焼結したものであり、２０００℃、
２０００　ｋｇ　ｆ　／　ｃｄ、３時間の熱間等方圧加
圧処理を施して相対密度９９％以上に緻密化を図ったも
のである。

また、多孔質非蒸発部材３は、８〜１０μｍ程度のＷの
粉末を、１０００　ｋｇ　ｆ　／　ｃｊで冷間等方圧加
圧処理を行った後に、１８００℃、１２時間水素炉中で
焼結し、これをるつぼライナ２の内形状に合う様に機械
加工し、さらに略半球状の被蒸発金属溜８を機械加工し
たものである。そして、この様にして得られた多孔質非
蒸発部材３をるつぼライナ２に収納するのに先立って、
多孔質非蒸発部材３の上面に被蒸発金属４をおいて電子
銃で低い出力により電子ビームを照射することにより、
被蒸発金属４は溶融し、多孔質非蒸発部材３の気孔中に
含浸する。この後、るつぼライナ２の内形形に合わせて
機械加工することで、多孔質非蒸発部材３の気孔が機械
加工により塞がることを防止する。同様にして、被蒸発
金属溜８の機械加工を行なう。

この様にすることにより、被蒸発金属４が充分に含浸さ
れた多孔質非蒸発部材３に形成されている被蒸発金属溜
８を、電子ビーム７により照射することで、被蒸発金属
４の蒸発を行なうことができる。すなわち、電子ビーム
７の照射により被蒸発金属溜８に被蒸発金属４の溶融金
属層が形成され、これが蒸発すると、多孔質非蒸発部材
３に含浸されている被蒸発金属４が内部からしみ出し、
新たな被蒸発金属４の液層が被蒸発金属溜８に形成され
、この轡にして被蒸発金属溜８に被蒸発金属４の溶融金
属層が常に形成され、このため被蒸発金属４の枯渇が無
いため、高出力での被蒸発金属４の蒸発が、長期間可能
となる。この場合、電子ビーム７が被蒸発金属ｄ８内に
あるビーム照射部６にのみに照射されるので、不純物の
混入を十分防止できる。また、従来例のように多孔質非
蒸発部材３を直接電子ビーム７により加熱する場合に比
べて、多孔質非蒸発部材３自体の溶融あるいは焼結は生
じにくいことから、蒸気量の増加と、安定に長期間蒸気
を発生可能となる。

前記被蒸発金属溜８の開口部の大きさが大きすぎる場合
には、溶融金属の対流が大きくなって対流損失が増大す
るため、できるだけ該開口部の大きさが小さい方が望ま
しいが、余り小さすぎる場合には、多孔質非蒸発部材３
の温度が上り過ぎ、多孔質非蒸発部材３の溶融が生じる
ことから、被蒸発金属溜８の開口部の直径が、電子ビー
ム７の照射部６の直径の２〜１０倍程度が望ましい。

さらに、被蒸発金属４をベレット状で外部から供給する
場合には、被蒸発金属溜８に落とし込むことができ、こ
れにより正確に被蒸発金属４を供給することができる。

前記るつぼライナ２と、多孔質非蒸発部材３とは同一材
料である必要はなく、また固着しているしている必要も
ない。すなわち、被蒸発金属４に対して十分耐食性があ
れば良い。例えば、多孔質非蒸発部材３、るつぼライナ
２の材料は、いずれちＷ（タングステン）の他に、Ｔａ
（タンタル）、Ｎｂにオブ）、Ｍｏ（モリブデン）Ｒｅ
（レニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、■（バナジウム）
および、これらを主成分とする合金であれば問題がない
。

第２図は、Ｗのるつぼライナ２の中に、多孔質Ｗを設置
し、この多孔質Ｗの気孔に被蒸発金属４として、Ｃｕ（
銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガド
リニウム）の被蒸発金属４をそれぞれ溶融、含浸させて
、蒸発試験をおこなった結果を示すものである。第２図
の縦軸は蒸着速度比を示し、この蒸着速度比は、蒸着速
度がるつぼ上部に設けた蒸着基板に付着した月料の！Ｔ
ｆｍ増加をａｐｌ定し、るつぼライナ２内に被蒸発金属
のみを入れて蒸発試験を実施した場合に得られる溶融蒸
発量に対する比をとったものである。また、第２図の横
軸は電子ビーム人力を示し、これは蒸着速度比と電子銃
から発射した電子ビー！４７の各人力段階での測定値で
ある。第２図から明らかなように、この実施例によって
も多量の蒸気を得ることが可能であることが分かる。ま
た、蒸発金属中への不純物の混入に関しても、多孔質Ｗ
を直接電子ビームで加熱することがないため、１１００
ｐｐ以下に抑えられることが明かである。

第３図および第４図は、本発明の第２の実施例を示すも
ので、電子銃入力に対する蒸発量、すなわち効率を向上
するために、被蒸発金属溜りの形状を、この開口部の直
径寸法に比べてその深さが浅い寸法となるようにし、略
臼状としたものである。この点以外は前述の第１の実施
例と同一である。

このような形状とすることにより、第４図に示すように
被蒸発金属溜９の開口部の半径寸法とその深さを略同−
にする場合に比べて、対流を低減できる。すなわち、第
４図の場合には、被蒸発金属溜８の底面部側（下層）お
よび該開口部側（表面層）にそれぞれ対流１１．１０を
生ずるが、第３図の場合には底面部側の対流１１の発生
が妨げられ、開口部側の対流１０のみとなり、蒸発に寄
与する熱が溶融金属の対流によって散逸することが防げ
る。

第５図は本発明の第３の実施例を示すもので、前述の第
２の実施例の被蒸発金属溜りの開口部の周辺に、例えば
円筒状の対流防止部材１２を配設したものである。この
ようにすることにより、被蒸発金属４が極めて活性で多
孔質非蒸発部材３と反応し、比較的合金化し易い組み合
わせの場合、例えば多孔質Ｗに、Ｔｉ、Ｃｒのいずれか
を含浸させて蒸発させる場合に有効である。

前記対流防上部材１２としては、被蒸発金属４の種類に
もよるが、一般に被蒸発金属４の溶融金属との濯れ性の
悪いＹ２０３　、Ｔｈ０２、ＨｆＯ２、Ｂｅ０％ＨＯ２
０３、Ｔ　ｉＢ２、ＺｒＮＳＣａＯｌＴｍ２０３　、Ｅ
　ｒ０３、Ｌｕ２０３　、Ｎｄ２０３などのセラミック
から選択されたものであれば問題がない。この様にする
ことによって、多孔質非蒸発部材３が浸食されることが
なく、定常的に活性金属の蒸発が可能となる。

なお、前記対流防止部材１２は、被蒸発金属溜９の開口
部の周辺にのみ配設しであるのは、基本的には対流によ
る浸食は、第５図に示す被蒸発金属溜９の内の下部では
顕著で無いことから十分であるからである。

前述の実施例では、被蒸発金属溜８，９の形状として半
球状および略臼状のものをあげたが、こので形状に限ら
ずどんな形状でもよく、また、電子ビームの断面形状も
円形に限らずなんでも良い。この場合には、対流低減す
るための条件は、開口部の最大寸法に比べて深さ寸法を
浅くしたり、あるいは開口部の最大寸法は電子ビーム７
の照Ｑ・１部６の２〜１０倍程度が最適になる。また、
前述の実施例の被蒸発金属４は、活性金属、銅などの非
活性金属のいずれであってもよい。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば、多孔質非蒸発部４イの電子
ビーム照射部に被蒸発金属溜を形成しであるので、蒸気
中への不純物の混入を防止でき、また多孔質非蒸発部材
の溶融あるいは焼結が進むことによる蒸気量の低下を防
止でき、蒸気を安定に長時間蒸発させることが可能な電
子ビーム蒸発装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子ビーム蒸発装置の第１の実施
例のるつぼのみを示す断面図、第２図は第１図の作用効
果を説明するための蒸気発生量を示す特製図、第３図は
本発明による電子ビーム蒸発装置の第１の実施例のるつ
ぼのみを示す断面図、第４図は第３図の実施例の作用効
果を説明するための図、第５図は本発明による電子ビー
ム蒸発装置の第３の実施例のるつぼのみを示す断面図、
第６図は従来の電子ビーム蒸発装置の例のるつぼのみを
示す断面図である。 １・・・水冷銅るつぼ、２・・・るつぼライナ、３・・
・多孔質非蒸発部材、４・・・被蒸発金属、５・・・タ
ーゲット、６・・・ビーム照射部、７・・・電子ビーム
、８゜９・・・被蒸発金属溜、１０．１１・・・対流、
１２・・・対流防止部材。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部が開いている形状のるつぼ内に、多孔質非蒸
   発部材内に電子ビームの照射により蒸発する被蒸発金属
   を含浸したターゲットを収納し、このターゲットの前記
   電子ビームが照射される照射部に、この照射部の面積よ
   り大きな開口部を有し、かつ前記被蒸発金属を溜る被蒸
   発金属溜を形成した電子ビーム蒸発装置。
2. （２）上部が開いている形状のるつぼ内に、多孔質非蒸
   発部材内に電子ビームの照射により蒸発する被蒸発金属
   を含浸したターゲットを収納し、このターゲットの前記
   電子ビームが照射される照射部に、この照射部の面積よ
   り大きな開口部を有し、かつ前記被蒸発金属を溜る被蒸
   発金属溜を形成し、 この被蒸発金属溜に対流低減手段を講じた電子ビーム蒸
   発装置。
3. （３）対流低減手段は、被蒸発金属溜の深さを、該開口
   部の最大寸法より浅く形成してなる請求項２記載の電子
   ビーム蒸発装置。
4. （４）対流低減手段は、被蒸発金属溜の内面の少なくと
   も開口部側に、対流防止部材を配設してなる請求項２記
   載の電子ビーム蒸発装置。