JPS59113173A - 反応性蒸着装置 - Google Patents

反応性蒸着装置

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JPS59113173A
JPS59113173A JP22239382A JP22239382A JPS59113173A JP S59113173 A JPS59113173 A JP S59113173A JP 22239382 A JP22239382 A JP 22239382A JP 22239382 A JP22239382 A JP 22239382A JP S59113173 A JPS59113173 A JP S59113173A
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JP
Japan
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film
plated
gas supply
vapor deposition
supply device
Prior art date
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Pending
Application number
JP22239382A
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English (en)
Inventor
Yoichi Onishi
陽一 大西
Tanejiro Ikeda
池田 種次郎
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59113173A publication Critical patent/JPS59113173A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • C23C14/0021Reactive sputtering or evaporation
    • 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

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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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】 産業上の利用分野 本発明は、チタンカーバイト・やシリコンカーバイト等
の皮膜を被メツキ材表面に形成するだめの反応性蒸着装
置に関するものである。
従来例の構成とその問題点 近年、チタンカーバイト(以下TICと灯す)やシリコ
ンカーバイト(以下SiCと称す)等の材質を素材表面
上に皮膜状に形成し、素材自身の性質に、TiCやSi
Cの性質を付加した複合部品が注目されている。例えば
、素材材質が鉄または、アルミニウムである歯車のかみ
合いや接触する部分に材質がTie等の皮膜全形成する
ことにより、耐摩耗性を改善し、大l]にその寿命を向
上させた歯車が実用化されるに至った。歯車以外にも産
業界では、耐摩耗性や耐熱性を要求される部分の需要は
、年々高まっている。一方、その製造方法においては、
素材表面上に、TiCやSiCの皮膜を形成する方法と
して、Chemical Vapor Deposit
ion法(以下CVD法と称す)と Physical
 Vapor3ページ Deposition法(以下PVD法と称す)とが発
明され実施されている。
この製造方法の近年の産業界の動向は、CVO法では、
T IC14等の有害ガスを大量に使用する必要があり
、付帯設備・や安全衛生の観点から、また高真空の雰囲
気を利用し、より緻密なTieやSiO皮膜を得ること
を目的として、PVD法に移行しようとしている。この
PVD法の一つとして、反応性蒸着法が検討されている
以下、図面を参照しながら、上述した従来の反応性蒸着
法およびその装置について説明する。
第1図は、従来の反応性蒸着装置を示すものである。第
1図において、1はTiCやSiC等の皮膜が形成され
る素材となる被メッキ材である。2は皮膜組成の一成分
となり、加熱により蒸発するところの蒸発材料、3は蒸
発材料2を保持するためのるつぼ、4は蒸発材料2を加
熱し、蒸気化するだめの加熱装置である。6は減圧状態
を維持可能な真空容器、6は真空容器6を真空状態にす
るための真空ポンプ、7は蒸発材料2の蒸気粒子と反応
化合し、皮膜組成の一成分を少なくとも1つ含むガスを
真空容器6内へ導入するガス供給管である。8は被メッ
キ材1を加熱するためのヒータである。
以下このように構成された反応性蒸着装置の動作につい
て説明する。
まず、真空ポンプ6により、真空容器5内を所定の真空
度(10−3〜1O−7Torr )にした後、ガス供
給管7から所定Dガス(例えば、メタン)を一定流量に
制御し、真空容器6内に導入する。
この状態で、真空容器6内は、任意に設定した真空度(
1o−2〜1o−6Torr )に維持されル。一方、
ヒータ8に通電し、被メッキ材1を所定の温度(500
〜1000’C)に保持する。次に、加熱装置4から蒸
発材料2へ供給される電子ビームによって、例えば材質
がチタン(T1)であるところの蒸発材料2が溶融し、
界面より、蒸気化する。
蒸気化したチタンの粒子は、被メツキ材1方向へ進行す
る。この進行途中捷たは、被メッキ材1界面で、Ti粒
子はガス供給管7から供給されたメロページ タンガスと化学反応し、化合物粒子(例えば、Tie 
)となる。蒸気化したTi粒子とメタンガスは、被メツ
キ材1表面または、表面付近で所定の温度に保たれた被
メッキ材1からの熱によって、化学反応が促進され、最
終的に化合物皮膜の形態で被メツキ材1表面に形成され
る。また、被メツキ材1表面に形成された皮膜中のTi
eの含有率は、被メッキ材1を高温に保持するほど大き
く、低温の場合は皮膜組成の大部分がT1であった。従
がって皮膜中のTie含有率を増すためには、被メッキ
材1を高温に保持する必要があるが、被メッキ材1がア
ルミニウム等の低融点の素材では、高温に保持した場合
、変形してしまうため、T10等の皮膜を反応性蒸着に
て形成することが困難であった。
捷た薄肉形状の被メッキ材も同様に熱変形しやすいため
、加工精度の点から、化合物皮膜の形成が困難であった
。このように、従来の反応性蒸着法および装置では、比
較的被メッキ材1を高温に保持する必要があり、被メツ
キ材1表面上に化合物皮膜を形成するに当り、被メッキ
材1の形状、材6ベ ゛ 質および皮膜となる化合物組成に大きな制約を受けると
いう欠点を有i〜でいた。
発明の目的 本発明は、」二記従来例の欠点を解消するもので、被メ
ッキ材を低温度に保った状態で、被メツキ材表面上に形
成する皮膜中の化合物成分含有率を増加することが可能
な反応性蒸着装置の提供を目的とするものである。
発明の構成 上記目的を達成するために本発明の反応性蒸着装置は、
真空容器内に励起ガス供給装置を設け、化合物皮膜組成
の少なくとも1成分を構成元素として有するガスを励起
ガス供給装置内でプラズマ化し、加熱装置で蒸気化した
蒸発粒子群中に、噴出口を介し噴出さげるようにしたも
のであり、被メッキ材を比較的に低温に保持した場合で
も、被メツキ材表面上に形成した皮膜中の化合物の組成
含有率の低下を防止することが可能になるものである。
実施例の説明 7、、・ 以下本発明の一実施例を第2図から第6図にもとづいて
説明する。
第2図において、1は材質がアルミニウムからなる被メ
ッキ材、2は冷却器を備えた銅材質のるつぼ、3は材質
がチタンの蒸発材料、4は電子ビームを発生し、蒸発材
料3を加熱して蒸発させるための加熱装置、6は減圧状
態を維持可能な真空容器、6は真空容器6を真空状態に
するための真空ポンプ、7はアセチレンガスを供給する
だめのガス供給管、9はガス供給管7から供給されたア
セチレンガスを励起し、真空容器5内に励起状態のアセ
チレンがスを供給するための励起ガス供給装置、1oは
励起ガス供給装置9内の電極に正電位の電力を供給する
ための直流電源である。
第3図、第4図において11はステンレス類からなるア
ノード、12は励起ガス供給装置9に設けられた噴出口
、13は励起ガス供給装置9を構成するステンレス類の
円筒電極で、アース接地されている。14はセラミック
製の絶縁ガイシである0 第5図は励起ガス供給装置9内のアノード11への引加
電圧とバ膜硬度との関係を示し、引加電圧が高い程、硬
い皮膜が得られる。
第6図はるつぼ2と励起ガス供給装置9の噴出口12間
の水平距離と皮膜硬度の関係を示したもので、噴出口1
2をるつぼ2に近づけるほど硬い硬度が得られる。即ち
皮膜組成内のチタンカーバイト占有率を大きくすること
ができる。
以下上記構成における反応性蒸着装置の動作を説明する
。まず、真空ポンプ6により、真空容器5内を8X 1
o−”rorrの真空度になるように真空状態にした後
、アセチレンガスをガス供給管Tを通じ、励起ガス供給
装置9内へ30SCCMの割合で導入すると共に、第3
図に示す励起ガス供給装置9内に設けたアノード11に
直流電源1oから3〜5 KVの直流正電位を印加し、
励起ガス供給装置9内にアセチレンの励起ガスを生成す
る。
励起ガスは、励起ガス供給装置9の噴出口12から真空
容器6内へ噴出する。次に加熱装置6から発生する電子
ビームにより、蒸発材料3を溶融さ9ベーダ せ、さらに加熱して溶融表面よりチタンを粒子状態で蒸
発させる。チタン粒子の蒸発速度は、3゜A/secに
なるように電子ビームの強度を制御している。
このような本実施例の反応性蒸着装置で形成した膜厚1
.3μmの皮膜の硬度をマイクロビッカース硬度計で測
定したところ700〜1000の硬度を得た。比較のた
め、従来の反応性蒸着装置で被メッキ材1を加熱せずに
膜厚1.3μmの皮膜を作成したところ、その硬度は、
600程度であった。
また、前述の皮膜の表面分析をしたところ、従来の反応
性蒸着装置で被メッキ材1を加熱しないで作成した皮膜
中には、はとんどチタンカーバイトがなくその組成の大
半がチタンであった。これはすなわち、熱エネルギーの
反応によるところが大きいことを意味している。一方、
本実施例の皮膜組成として、チタンカーバイトが存在す
るのは、励起されたアセチレンガスのエネルギーが高く
、このエネルギーがチタン粒子との反応に寄与するため
と考える。
10べ−1 なお、本実施例では、アノードへ直流電圧を引加したが
、交流電力、高周波電力でも良く、要は励起ガス供給装
置内で、反応に寄与するガスが励起状態にすることが可
能な電力であれば良い。
発明の効果 以上のように本発明の反応性蒸着装置によれば、被メッ
キ材を加熱保持しなくても被メッキ材の表面上に形成す
る皮膜中の化合物の含有率を高め、硬度の高い皮膜をつ
くることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来である反応性蒸着装置の構成図、第2図は
本発明の一実施例である反応性蒸着装置の構成図、第3
図は同第2図の励起ガス供給装置を示す平断面図、第4
図は同側面断面図、第6図は同励起ガス供給装置のアノ
ードの引加電圧と皮膜硬度の関係を示す特性図、第6図
は同るつぼと励起ガス供給装置の噴出口との間の距離と
皮膜硬度との関係を示す特性図である。 1・・・・・被メッキ材、3・・・・・・蒸発材料、4
・・・・・・加11、−ジ 熱装置、!・・・・・・真空容器、9・・・・・・励起
ガス供給装置、12・・・・・・励起ガス噴出口。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
2 図 第3図 第4図 第 5 図 アノード51フ■繋圧(KV) 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)化合物の皮膜が形成される被メッキ材と、化合物
    皮膜組成の少なくとも一成分である蒸発材料と、前記蒸
    発材料を蒸気粒子にするための加熱装置と、減圧状態を
    維持可能な真空容器と、化合物皮膜組成の少なくとも一
    成分を構成元素として有する励起状態のガスを前記蒸気
    粒子と混合する前記真空容器内に設けた励起ガス供給装
    置とを備えた反応性蒸着装置。 し)励起ガス供給装置を構成するステンレス製の円筒電
    極を蒸発材料の近傍に設け、かつ円筒電極の側壁に励起
    ガスの噴出口を設けた特許請求の範囲第1項記載の反応
    性蒸着装置。 (3)励起ガスの噴出口が、蒸発材料の蒸気粒子群に最
    も近くなるよう励起ガス供給装置を真空容器中に配置す
    る構成とした特許請求の範囲第1項記載の反応性蒸着装
    置。 26.5・
JP22239382A 1982-12-17 1982-12-17 反応性蒸着装置 Pending JPS59113173A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51115288A (en) * 1975-04-03 1976-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of preparing compound film

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51115288A (en) * 1975-04-03 1976-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method of preparing compound film

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