JPS5916972A - 金属およびセラミツク薄膜の製造方法 - Google Patents

金属およびセラミツク薄膜の製造方法

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JPS5916972A
JPS5916972A JP57124832A JP12483282A JPS5916972A JP S5916972 A JPS5916972 A JP S5916972A JP 57124832 A JP57124832 A JP 57124832A JP 12483282 A JP12483282 A JP 12483282A JP S5916972 A JPS5916972 A JP S5916972A
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JP
Japan
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metal
substrate
thin film
nitride
carbide
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JP57124832A
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English (en)
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Fumiyoshi Noda
野田 文好
Shoji Yokoishi
章司 横石
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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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)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (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】 本発明は金属および窒化物、炭化物、酸化物等のセラミ
ック薄膜の製造方法に関する。
従来金、ノフルミニウム等の展延性のある金属は圧延ロ
ール等により数ミクロンないし数十ミクL1ン厚さの薄
膜が製造されている。しかし、クロl\、コバルト、鉄
等の金属やセラミックスは展延性が小さく、圧延法で薄
膜を作ることができず、それら金属、セラミックの薄膜
の製造方法が模索されていた。
本発明は、上記金属やセラミックの薄膜あるいは鱗片状
の薄膜の製造方法を提供するものCある。
本発明の製造方法で冑られる薄膜は、鱗ハ状静片とする
ことにより、メタリック塗料用顔料として使用でき、ま
た薄膜の電気的、磁気的性質あるいは電気光学的性質を
利用しlこレンザ素子としての利用が期待でさる。
すなわち、本発明の金属およびセラミック薄膜の製造り
法は、金属を減圧雰囲気中に物理的に蒸散させる工程、
蒸散した金属をそのまま、あるいは該金属を該雰囲気中
の窒素、炭素あるいは酸素と反応させるとともに、基板
表面に蒸散した金属あるいはその金属の窒化物、炭化物
、酸化物また(よそれらの混合物の薄膜として析出させ
る工程、該基板を加熱あるいは冷却し該析出物を該基板
表面にり剥離させる工程とよりなることを特徴と規るも
のである。
減圧雰囲気中に物理的に金属を蒸散さける工程としては
、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーテング等の
方法で金属を気化ざμるものである。真空蒸着は高温に
加熱された金属の気化を利用づるものである。スパッタ
リングはアルゴン等の高速ガスを衝突さけることにより
金属を飛散さけるしのである。また、イオンプレーテン
グは真空蒸着と同様、気化した金属をプラズマにより活
性化し、雰囲気カスとの反応性を高めた蒸着の一種であ
る。
蒸散した金属を基板表面に薄膜として析出さける工程は
、上記1稈で蒸散した金属の周囲に基板を配置し、基板
表面に蒸散した金属を衝突さけることにより達成される
蒸散した金属を雰囲気中の窒素、炭素、酸素と反応さU
、窒化物、炭化物、酸化物等のけラミックにづるには、
グロー放電等でプラスム状態とした雰囲気を作り、蒸散
した金属と窒素、炭素等を反応させる。そして基板表面
に蒸散した金属の窒化物、炭化物あるいは窒化物を衝突
させ、薄いフィルム状に析出させる。
基板としては、耐熱性を有し、真空下でガスを発生せず
、析出物との密着性が小さく、析出物との熱膨張係数の
差が大きいものがよい。具体的には金属Ps躾に対して
はガラス板、アルミノ−板等の酸化物系セラミック基板
、窒化物、炭化物薄膜にバカラス板、アルミブー板等の
酸化物系セラミック基板、酸化物薄膜には金属基板がよ
い。なiJ3、密着性は表面性状で定まる。このため基
板の表面層のみを前記材料で構成してもよい。
金属およびセラミックは、基板を加熱あるいは冷Iil
] L、、基板と析出物の熱膨張係数の差による歪を大
きくして、薄膜を基板表面より剥削させる。
析出物によっては薄膜が厚くなると内部歪等により自然
と剥離する場合もある。しかし基板を加熱あるいは冷I
Iすることにより、より薄い薄膜が得られる。基板を加
熱づる方法としては、基板にヒータを埋設し、基板を加
熱してもよい。また冷却を早めるため基板に冷却水を導
入してもよい。
この方法により厚さ10μm−′−0,3μm +’1
度の7IvIBIあるいは薄片が臂られる。本発明で得
られる代表的な金属薄膜としては、クロム、鉄、=1パ
ル1へである。代表的な窒化物薄膜どして(,1窒化チ
タン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタ
ルである。代表的な炭化物薄膜としては炭化チタン、炭
化ハフニウム、炭化タンタルである。
また代表的な酸窒化物簿膜としてチタン酸窒化物、ハフ
ニウム酸窒化物、ジルコ1ニウ11酸窒化物が挙げられ
る。 本発明の金属J3よびセラミック薄膜の製造方法
に使用する装置としては、通帛゛の真空蒸着装置、スパ
ッタリング装置、イオンプレーテンク装置を用い、容器
の内壁近くに基板を設【)たものを使用することができ
る。そして基板に埋設したヒータをオン、Aノあるいは
冷却液を通すことにより基板を加熱、冷却し、基板表面
に析出した薄膜を剥離さゼ、薄膜を容器底に集めること
ができる。本発明の製造方法で得られる薄膜を用いて、
メタリック顔料を作る方法は、薄膜を機械的に粉砕し、
鱗片状の薄片どすることにより達成できる。
以下、実施例により説明する。
実施例1 本実施例では第1図に断面概略を示づ装置を用い、窒化
チタニウムの鱗片状薄膜を製造した。
この装置は、真空容器1、真空容器1内の中央に設けら
れたルツボ2、プローブ電極3、電子ビーム照射装置4
および析出装置5を主な構成要素とづる。真空容器1に
は、真空ポンプ111、弁112に連結された排気管1
1、流量11121、弁122に連結されlζアルゴン
ガス導入管12、流■泪132、弁131に連結された
窒素ガス導入管13が設りられている。プローブ電極3
は、電源31と真空容器1内に設けられた電極32とよ
りなる。電子ビーム照帽装置4はカン41と偏向走査〕
1イル/I2よりなる。析出装置5は真空容器の上部に
設りられたガラス板よりなる基板51と該基板51を加
熱する加熱装置52とよりなる。
この装置を用い、ルツボ2内に金属チタニウムTを配置
し、排気管11に連結された真空ポンプ111を作動し
、弁112を聞くことにより真空容器1内を10−4 
+n+n1−IQ程度まで真空にしlこ。
次に、アルゴンカス導入管12の流量g1121を見な
から゛弁122の開きを調節しつつアルゴンガスを導入
し、容器1内が10−’ 〜10−3mm1−19にな
るようにした。その後、プローブ電極3に約1キ]」ボ
ルトの電圧を印加した。また析出装置5の基板51を加
熱装置52で約300℃に加熱した。次に、窒素ガス導
入管13の弁131を開き流fiit132で流量を調
節しながら窒素ガスを導入し、容器1内を10−2〜1
0−3mm11gにした。なd3、窒素ガスを導入した
ぶんアルゴンガスの導入を減少さけた。そして電子ビー
ム照射装置4により電子ビームガン41で電子ビームを
発生させ、偏向コイル42で偏向さμ電子ビームをルツ
ボ2内の金属チタニウム下に照射し、金属チタニウムを
溶解蒸発さけた。そして蒸発した金属チタニウムと窒素
ガスとを反応させ基板51の表面に窒化チタニウムの薄
い被膜を形成さUた。析出した薄膜の厚さが約1ミクロ
ンになったとき、基板51を室温に冷却した。これによ
り薄膜が基板51表面より剥離し、直径0.5〜5mm
の黄金色の窒化チタニウム薄片が得られた。
なお、基板51を200″C〜700℃の間に保持して
その表面に窒化チタニウムWIH8を析出させた場合に
は、基板51を室温程度に冷に1することにより、基板
51表面より薄膜が剥離することが実験的に確かめられ
た。また室温にある基板51に薄膜を形成した場合には
、基板51を一40℃以下に冷却することにより薄膜が
剥離づることが確認された。
これら黄金色の窒化チタニウムをジェットミルて平均径
10ミクロン〜40ミクロンに1)砕し、メタリック顔
料を輌製した。この顔料を用い従来のメタリツ6り塗1
31の鱗片状アルミニウムに代えて使用した。この塗料
によりメタリック光沢をもつ黄金色の塗H9が1qられ
た。
実施例1の基板51のガラス板に代えてアルミナ板を用
いた。アルミナ板もガラス板と同様に基板として利用で
きることが確認された。
実施例2 実施例1で用いたのと同じ装置を用いて酸化コバル1−
系の薄膜を製造した。この実施例では実施例1の金属で
あるチタニウムに代えてコバル1〜を用いた。また窒素
ガスに代えて酸素ガスを用いた。
また基板51として実施例1と同じガラス板を用いガラ
ス板を2.00℃に保って、その表面に酸化コバルトの
ii[IIRを形成した。厚さが0.5ミクロンの時に
基板51を室温に冷却した。これにより直径0.5mm
〜5mn+の青緑色の鱗片状薄片が基板51表面より剥
離した。
実施例3 本実施例では、第2図に断面概略を示づ直流反応スパッ
タリング法により、窒化チタニウムの鱗片状簿膜をTM
造した。
この装置は真空容器1、この容器1内上部に配置された
チタニウム金属板よりなるターゲット6、容器1内の下
部に配置された析出装置5、およびターゲット6と析出
装置5を両電極とづるグロー放電電源7を主な構成要素
とする。真空容器1には真空ポンプ111、弁112に
連結された排気管11、アルゴンガスボンベ〈図示せず
)、弁121、流量計122に連結されたアルゴンガス
導入管12、窒素ガスボンベ(図示せず)、弁131、
流mε1に連結された窒素ガス導入管13が設けられて
いる。
析出装置5は金属製の台53、この台53土に載置され
たガラス板よりなる基板51およびヒータ52とよりな
る。グロー放電電源7は、ターグツ)−6および台53
に結線され、両者を電極とづる。
この装置では、まず真空ポンプ111を作動し弁112
で調節して真空容器1内を10 ”’ 5 +nm1−
19の真空とした。次に、アルゴンガスを流1 fft
 122で弁121を調節しつつアルゴンカス導入筒に
より真空容器1内に導入し、真空容器1内を10−2〜
10−10−3mml−1!度に保った。そして窒素ガ
ス導入管13より流ffigt132で弁131を調節
しつつ窒素ガスを真空容器1内に導入した。
この時の真空度はアルゴンガスの供給をへらし1Q−2
〜10−3 mm1−1(]とした。その状態てヒータ
52により基板51を450℃に加熱し、ターゲット6
と台53の間に電源7より3キロポルj〜の電圧を印加
し、ターゲット6と台の間にグ1コー放電を発生さけた
。このようにして基板51の表面に厚さ約1,5ミクロ
ンの窒化チタニウム薄膜を析出させた。この基板51を
室温に冷ムII すると簿膜が剥離し実施例1と若干色
調の異なった黄金色のRハ状薄膜が剥離した。
実施例4 実施例3の装置を用い、ターゲット6をチタニウム金属
に代えてPLZT (チタン酸ジル−,1ン酸ランタン
塩)のホラ1〜プレス焼結体を用いた。また基板51を
600℃に加熱し、グロー敢電電圧を3キロボルト、1
3.56メガヘルツとして、高周波スパッタリングで基
板51表面に厚さ約0゜5ミクロンのPLZT薄膜を析
出させた。そして基板51を室温に冷却して薄膜を剥蘭
ざけ、1〕シフ王の鱗片状薄膜を得た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に用いた装置の概略図、第
2図は本発明の第3実施例に用いた直流反応スパッタリ
ング装置の概略断面図である。 1・・・・・・真空容器   2・・・・・・ルツボ3
・・・・・・プローブ電極 4・・・・・・電子ビーム
照射装置5・・・・・・析出装置   6・・・・・・
ターゲット7・・・・・・グロー放電電極 特許出願人  1へヨタ自動車株式会社代理人  弁理
上  大 川  広

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)金属を減圧雰囲気中に物理的に蒸散させる工程、 蒸散した金属をそのまま、あるいは該金属を該雰囲気中
    の窒素、炭素あるいは酸素と反応させるとともに、基板
    表面に蒸散した金属あるいはその金属の窒化物、炭化物
    、酸化物またはそれらの混合物の薄膜として析出させる
    工程、 該基板を加熱あるいは冷却し該析出物を該基板表面より
    剥離さUる工程とよりなることを特徴とする薄片状の該
    金属あるいは該金属の窒化物、炭化物、酸化物またはそ
    れらの混合物よりなる金属およびセラミック簿膜の製造
    方法。 〈2)金属は真空蒸着により蒸敗さUる特許請求の範囲
    第1項記載の製造方法。 (3)金属はスパッタリングにより蒸散さける特許請求
    の範囲第1項記載の製造方法。 (4)金属はイAンブレーデングにより蒸散さU−る特
    許請求の範囲第1項記載の製造り法。
JP57124832A 1982-07-16 1982-07-16 金属およびセラミツク薄膜の製造方法 Pending JPS5916972A (ja)

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