JPS58136775A - 蒸着方法及び装置 - Google Patents

蒸着方法及び装置

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JPS58136775A
JPS58136775A JP1751282A JP1751282A JPS58136775A JP S58136775 A JPS58136775 A JP S58136775A JP 1751282 A JP1751282 A JP 1751282A JP 1751282 A JP1751282 A JP 1751282A JP S58136775 A JPS58136775 A JP S58136775A
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plasma
arc
vapor deposition
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Masayasu Nihei
二瓶 正恭
Eiji Ashida
栄次 芦田
Fumio Taguchi
田口 文夫
Satoshi Ogura
小倉 慧
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

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】 本発明は1蒸着する金属に大電流を流してアークを発生
させて蒸気化し、蒸着を行う蒸着方法及び蒸着装置に関
する。
蒸着技術は、半導体工業やセラミック工業等において広
く利用されており、重要性を増している。
例えば、金属とセラミックとを接合する場合に。
セラミックに金Wi?f#着し、金属とセラミックとの
接合を容易にしている。そして、従来一般に用いられて
いる蒸着方法は、真空蒸着法である。
その概要を第1図に従って説明する。真空チャンバ10
内は+ 10−’ 〜I Q−1lTorrに減圧して
あり、蒸気化する金属である蒸着物質12金入れたるつ
ぼ14を内設している。そして、電子ビーム又は加熱ヒ
ータ16等によシ蒸着物質12は。
加熱されて金属蒸気18となり、金@蒸気18が試料2
0に凝着する、。
しかし、このに仝蒸着法は、蒸着物質の融点が商いと高
温に加熱されたるっぽ14から蒸着物質12中に不純物
が溶出する等のため、蒸着物質12が比較的低融点のも
のに限られている。′また。
真空チャンバ10内は高真空に保持する必要があるため
、蒸着に適した真空度にするためにかなりの時間がかか
つて能率的でなく、装置も非常に冒価なものとなってい
る。
他方、被溶接物と溶加材との間にアークを発生させて溶
加材を溶かして溶接する。いわゆるMIG溶接方法にお
いては、溶接電流密度が大きくなると、溶加材の溶滴が
微釧化する現象が知られている。即ち、MIG溶接方法
においては1溶接醒流が小さいときは、第2図(→に示
すように溶加材であるワイヤ22からの溶滴24は非常
に大きく。
わずかの全開微粒子26を伴って被溶接物28上に溶着
する。そして、ワイヤ22が直径1.2 trarの鋼
である場合に、溶接電流が270A前後において第2図
(b)に示すように溶滴24の直径がワイヤ溶接に適し
た状態y□なる。また、さらに溶接電流が大きくなると
、第2図(C)に示すようにf#滴は一層微細化するが
、被溶接物28への溶着−″が増大して制で卸が困難と
なるため、溶接用として実用化されていない。
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、安価に蒸着することができる蒸着方法及び蒸
着装置1.ケ提供すること全目的とする。
本発明は、前記したアーク11L流の゛直流密度を高め
ると、溶滴が微細化する現象に着目してなされたもので
、本発明の第1は、蒸着金属に大きなアーク電流を流し
て前記蒸着金属を蒸気化するようにしたものであり、さ
らに、本発明の第2は、大電流アークにより蒸着金属を
蒸気化し、この金属蒸気をプラズマ気流によって被蒸着
物に吹き付けるように構成したものである。
さらに1本発明の第3は、蒸着金属により構成した一対
の電極を有し、制御装置によりアーク電流が制御されて
いるアーク発生装置により、前記電極間に大電流による
アークを発生させて前記蒸着金属を蒸気化し、この金嬬
蒸気を前記制偶l装置によりプラズマ″ltt流が制御
されているプラズマ発生装置により発生させたプラズマ
にょっ−C被蒸着金金属吹き付け、安価に被蒸着物の蒸
着ができるように構成し/ヒものである。
本発明に係る蒸着方法及び蒸着装置の好ましい実施例を
添付図面に従って詳説する、 第3図は1本発明に係る蒸着方法及び蒸着装置の一実施
例の説明図であり、第4図は本実施例におけるアークパ
ルス電流及びプラズマ電流?C模式的に示した図である
第3図において、略漏斗状に形成されたノベル30は、
下端が開口し、仕切部32によって中央部ガス流路34
と周縁部ガス流路36が形成された略二重管構造をなす
。そして、ガス流路34゜36の上端には、それぞれ入
口ノズル38.40が取り付けられている。ま/こ、ノ
ズル301d、中央上端部に挿入したタングステン等の
非消耗性の′It極42を絶縁物44を介して保持して
いる。さらに1周縁部ガス流路36には、一対の接触子
46.48が挿入され、これら接触子46.48はそれ
ぞれ絶縁物44によりノズル3oと絶縁されていると共
に、アーク発生用の電極となる蒸着金属である溶加棒5
0,52を挿通させている。
そして、溶加棒50.52とはアーク用電源に接続され
、溶加棒50.52間に発生するアークにより蒸気化す
る。また、電極42とノズル30とはプラズマ用[極で
あって、プラズマ用電源に接続されてプラズマを発生し
、前記溶加棒50゜52が蒸気化して生じた全開蒸気を
被蒸着物である母材54に吹き付ける。
即ち、母材54全所定の位置にセットし、入口ノズル3
8゜40よりガス流路34.36にアルゴンガス等の不
活性ガスを導き、制御装置56に蒸着指令を与えると、
制御装置56は、所定の初期プラズマ電流を供給するよ
うに設定しである初期プラズマ用ボデンシオメータ58
のアナログスイッチ60をONにすると共に、TIG溶
接等に用いられている一般的構造を有するスタータ用高
周波発振器62のスイッチ64eONにし、初期プラズ
マ電流を発生させる。アナログスイッチ60がONする
と、ポテンシオメータ58からの電流は、プラズマ電流
を検出する第2の検出器である′邂流検出CT66を介
してノズル30に達し。
また、差動増幅器68を介してトランジスタ70を作動
し1図示しない′電源からの整流された電流を電極42
とノズル30との間に供給しプラズマガス72を発生さ
せる、そして、プラズマ電流eよ。
電流検出CT66により検出され、差動増幅器68にお
いて設定値と比較増幅され、その偏差信号により制御装
置56がアナログスイッチ60會介してトランジスタ7
0を所定のプラズマ電流を供給するように制御する。
制御装置56は、第4図に示すように所定の初期プラズ
マ電流によりプラズマガス72が発生したことを確認す
ると、モータ74.76を介して溶加棒50.52間の
放電距離りを所定の値に制御する。即ち、電極42と接
触子46とは、定電圧′電源78.電流検出CT80及
び抵抗82を介して電気的に接続されているので、モー
タ74によって溶加棒50が送り出され、先端がプラズ
マガス72に近つくに従い抵抗82に電流がながれる。
この抵抗82け、IA以下の微弱な電流を流すための制
限抵抗であって、この抵抗82を流れる′ilI流が電
流検出CT80により検出され、制御装置t56に入力
される。そして、制御装置56は。
抵抗82を流れる電流が予め定めた所定の値となるよう
にモータ74により溶加棒50を送給し。
溶加棒50の先端が一定位置になるようにする。
溶加棒52は、定峨圧電源84から抵抗86に流れる電
流を電流検出CT 88において検出し、制御装置11
56に入力することにより、前記と同様に制御される。
上記の如くして蒸着膜を安定して得るのに重要な因子と
なる溶加棒50.52間のアーク放電距゛ 離りが所定
の値に設定されると、制御装置56は。
パルスプラズマ電流設定用ポテンシオメータ90のアナ
ログスイッチ92をONにし、第4図に示すように初期
プラズマ電流にパルスプラズマ電流を加算する。それと
同時に、制御装置56は、第4図に示すように溶加棒5
0.52間にパルスアーク電流を供給する。このアーク
電流は1図示しく9) ない電源から変圧器94の二次側に誘導され、ゲート信
号発生器96の信号により、171f、器98において
常時周ル」的に整流されており、 tlill呻榛1−
56がGTOlooをONにすることにより重力11棒
50.52間に供給され、また、第1の検出器である電
流検出CTlO2により検出されて制斜装]t56に入
力され、電流密度が制御される。溶加棒50,52間に
アーク電流が供給されると、溶加棒50.52間にプラ
ズマガス72が存在しているため自動的にアーク放電が
発生し、溶加棒50.52は蒸気化する。溶加棒50.
52が蒸気化した全極蒸気は、ガス通路34.36を流
れる不活性ガスの流れに乗ったプラズマガス72により
母材54上に吹き付けられ凝着する。ぞしで、開側1装
置56は、予め設定した所定時間溶加棒50.52間に
1パルスのアーク電流を供給(、て放電を行うと、GT
Oloo及びアナログスイッチ92をOFF’にし、蒸
着を終了する。
上記のように不活性ガスの雰囲気中において蒸aを行う
ことにより、A空装m?に必砦とぜず安価(10) に蒸着をすることができる。塘だ、アーク電流がパルス
であるため、このパルス幅を変えることにより蒸着前を
適正な餉に自由に制御することができる。さらに、プラ
ズマガス72は、プラズマ電流のパルス幅を任意にとる
ことにより、母材54の予熱あるいは後熱作用をし、よ
り強固な蒸着膜を得ることが1丁能となる。
次に1上記実施例により実施した蒸着の一例を示ず。母
材は、A40.系セラミックを用い、溶加棒には直径1
簡のMOケ使用した。蒸着条件は。
パルスアーク′を流がピーク値15000 A、パルス
幅0.5m就、パルスプラズマ電流がピーク11i30
0A、パルスl1m 20 m sec 、アルゴンガ
スの流量力1000 t / wである。これらの蒸着
条件において、1 /<ルスのアーク放電において蒸着
した結果。
1600 rtm ”の被蒸着物に20μmの蒸着膜を
得ることができた。しかも、顕微鏡観察の結果、蒸着膜
は緻密であって、非常に強固に母材に活着していること
が明らかになった。これは、アークまたはプラズマガス
により、母材が加熱されるため、(11) A4U3の酸素とMOの金Th&気との化合全促訪させ
ることができるためである。
第5図は2本発明に係る他の実施例を示すものである。
本実施例は、母材が全域である場合に適しており、母材
54自体がプラズマ用′醒極となっていて、プラズマガ
ス72が電極42と1σ材54との間において発生する
。そのため、溶加棒50゜52の全域蒸気は、一部が母
材と合金化して強固な蒸着膜を得ることができる。なお
、母材54を負極にして電極42を正極にすると、アル
ゴンイオンが母材の酸化膜を破壊し、クリーニングする
ためより効果的である。
以上説明したように本発明によれば、蒸着金属を大電流
アーク放電によって蒸気化することにより、安価に蒸着
全行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は真空蒸着法の概要の説明図、第2図(a)。 (b) 、 (C)はM I Gi@接におけるアーク
電流と溶加材の浴温との関係を示す説明図、第3図は本
発明に係る蒸着方法及び#宥装置の実施例の説明図、第
(12) 4図は哨3図の実施例におけるアーク直流とプラズマ1
1f、流の一実施例全模式的に示した図、第5図は本発
明に係る他の実施例の説明図である。 30・・・ノズル、42・・・電極、50.52・・・
溶加棒。 54・・・母材、56・・・制御装置、58.90・・
・ポテンシオメータ、62・・・スタータ用高周波発振
器、66.80.88.102・・・電流検出CT、7
2・・・プラズマガス、74.76・・・モータ、94
・・・変(13) Z l 図 (1)          t?ノ         
   (1)冨4 図 χ 5 図 379−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 16  金属を蒸気化して被蒸N?lに凝着させる蒸着
    方法において、前記金属に大電流を流してアークを発生
    させ、前記金属を蒸気化することを特徴とする蒸着方法
    。 λ 前記金属に流す大電流が1ピークパルス電流である
    ことを特徴とする特許 項記載の蒸着方法。 3、 釡礪を蒸気化して被蒸着物に・凝着させる蒸着方
    法において、前記金属に犬芝流で流してアークを発生さ
    せて前記金属を蒸気化し.この発生した金属蒸気をプラ
    ズマ気流により前記被蒸着物に吹き付けることを特徴と
    する蒸着方法。 4、前記金属に流す大電流が1ピークパルス醒流であり
    、前記被蒸着物がプラズマの発生電極であることを特徴
    とする前記特許請求の範囲第3項記載の蒸着方法。 5、金属を蒸気化して被蒸着物に凝着させる蒸着装置に
    おいて、前記金属により構成した一対の′電極を有し、
    この電極間に大電流を流してアークを発生させることに
    より前i己金Jllf.蒸気化するアーク発生装置と,
    前記金属の#気を前ml破蒸刹物に吹き付けるプラズマ
    を発生させるプラズマ発生装(綻と,前記アーク発生装
    置のアーク′邂流ケ慣出する第1の検出器と,前記プラ
    ズマ発生装置のプラズマ電流を検出する第2の検出器と
    .前6己第1の検出器と前記第2の検出器との検出信号
    により前記アーク電流と前dピプラズマt&1流とを制
    御する制n装置とからなること全特徴とする蒸荷伎IL
    6、 前記アーク発生装置が前記成極と前i己プラズマ
    発生装置のプラズマ電極とに電気的に接続した定電圧゛
    成源と,前記電極と前記プラズマ電極との間に流れる′
    直流を検出する電流検出器と,この直流検出器の検出信
    号を介して前記制呻装1dにより制御され、前記一対の
    電極間隔金一定にするよう前記金属を送る駆動装itを
    有し,前記アーク電流が1ピークパルスー流であること
    を特徴とする前記特許請求の範囲第5項記載の蒸着装置
JP1751282A 1982-02-08 1982-02-08 蒸着方法及び装置 Granted JPS58136775A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987002072A1 (en) * 1985-09-30 1987-04-09 Union Carbide Corporation Apparatus and process for arc vapor depositing a coating in an evacuated chamber
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