JPS62112781A - 化学蒸着装置及び化学蒸着方法 - Google Patents

化学蒸着装置及び化学蒸着方法

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JPS62112781A
JPS62112781A JP25203985A JP25203985A JPS62112781A JP S62112781 A JPS62112781 A JP S62112781A JP 25203985 A JP25203985 A JP 25203985A JP 25203985 A JP25203985 A JP 25203985A JP S62112781 A JPS62112781 A JP S62112781A
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chemical vapor
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常雄 山田
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、中空物品内面のアルミニウム(Al)コーデ
ィングに係り、符に化学蒸着(以下、CvDというンコ
ーティング装+1に関する。
〔発明の背景〕
At  コーティングは、例えば主要成分としてOr 
、Fθ、N1あるいはCOを含有する合雀の耐食性全改
善し、1fc特にガスタービンブレード及びノズルの様
な高温度環境において使用されるN1基及びCO基超合
台の特性を改善するものとして、この種分野においては
工く知られている。
通常のAtパンクコーティング法ではAtコーティング
されるべ@部材は、コーテイング材(At又はAt化合
物]とキャリアあるいは活性剤(通常ハロゲン化アルミ
ニウムあるいは)・ロゲン化アルカリ金属である少と、
At20.の様な不活性充てん4jと全含有するパンク
粉末内に埋込まれる。
この部材はこの様なパック粉に埋込まれ、かつ750°
〜1250℃に加熱されるが、コーティング層の厚さは
この熱処理の時間及び温度次第である。この様なAtバ
ックコーティング法においては、ハロゲン化物はAt源
から部材へのAtの移行を容易にするキャリアあるいは
活性剤として作用する。この様なパック法を開示してい
る代表的な特許公報には、特開昭55−82764号、
同55−82770号、向55−115965号、同5
8−177456号各公報がめる。
内部通路をパック法を用いてコーティングしようとじた
時には、多くの場合非常に小さい内部通路がパック粉末
にて充てんされなければならず、また処理後この様な内
部通路は残留するパック粉末を除去し、清浄化しなけれ
ばならないので、困難に直面する。更にこの様な拡散浸
透法はコーテイング面aに対するパック粉末の割合に工
っで影響を受ける。したがって、内部部材の幾何字形状
がコーティング層厚さに影響を及ぼす。
内部通路金コーティングする方法として、パンク法によ
る困難を克服しょうとし友ものにガス相被偵法(Gas
 Phase Deposition 、以下GPD法
ト略−j)がある。チューブで互いに連通接続された下
部室と上部室からなる包囲体があり、この下部室内にコ
ーテイング材例えばAl’1(NaAlFl  の形で
粉末状にし、これに触媒を加えた混合粉を充てんし、他
方コーティングされる物品の中空部分が前記チューブと
連通ずる様に上部室内でチューブ部材上に前記物品を装
着した状態で、この包囲体を炉又は他の適当な加熱装置
内に配置し、パック粉及びコーティングされる物品全加
熱し、下部室内の一端から導入されたキャリアガスが前
記チューブを経てパック粉末から気化したガスを物品中
空部内に輸送し、これにより中空物品内面を被覆する。
加熱温度は通常982°〜1204℃である。この様な
GPD ff:全開示している代表的な特許公報には、
特公昭59−19988号公報、米国特許第41482
75号明細書がある。
内部通路をGPD法でコーティングを行うとすると、処
理温度が高すぎ、基質の機械的性質を損ねたり、基質の
熱処理温度を制限することがめる。レリえばN1基超合
金では析出時効温度は850℃前後であり、エリ低い被
覆処理温度が型筒れる。破ωJ曽の厚さは処理温度及び
時間に依存しており、パンク粉末からの気化ガス濃度金
嬢<シ工うと思えば、処理温度を高くしなければならず
、基質への影響金考えて処理温度を低くすると、被覆処
理時間が長くなる。またこの方法は単に気化ガスiAr
等のキャリアガスで被覆されるべき物品中空部内に送る
方法であるので、非常に小さな内部通路を含む物品では
場所により流れが悪くなる部分を生じ、均一膜厚形成上
不利である。更にGPD法は一定温度に加熱された中空
物品の中空ガスが通過するので、FF3部通路が長くな
ると、ガスの入口側で供給ガスa度は高く、出口側に行
くに従って消耗し、逆に排ガス濃度が高くなってくる。
したがって、入口側で被覆膜厚が厚く、出口側へ向かっ
て薄くなる傾向があり、均一な膜厚を得ることが困難に
なってくる。
3価のハロゲン化アルミニウムの不均化反応(disp
roportionation )  f利用したCV
D法は公知の方法であり、この方法を開示した代表的な
特許公報にはオーストIJア国特許第182024号明
細書がある。この特許に工ればワイヤー等の表面にAt
M &する実施例に基づき、不均化反応全利用したOV
D方法を中心に開示されたものである。そのほか上述の
OVD @を電気材料用配線材料の薄膜形成方法として
、低温度範囲に限定して開示した特許公報があり、その
代表例は特公昭59−48952号公報である。いずれ
にしても例えば主要成分として、cr%Fe%Niある
いはCOを含有する合金等の中空物品内面に、不均化反
応を利用したCVD法で、低温で、均一膜厚分布で、迅
速被覆する装置t全開示した特許公報はなく、この様な
装置の開発が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的はハロゲン化合物の不均化反応を利用しf
cOVDコーティング法にエフ、複雑な内部通路含有す
る中空物品の内面を、低温で、均一な膜厚で迅速に被覆
する装置を提供することにある。
〔発明の1a費〕 本発明を1a説すれば、本発明はCVD装置に関する発
明であって、常圧以下の圧力下、3価のハロゲン化アル
ミニウムと金属Atとの反応で1価ノハロゲン化アルミ
ニウムを生成させるガス変成室と、該1価のハロゲン化
アルミニウムを3価のハロゲン化アルミニウムと金属A
tに分解し、該金属Atを1000℃以下の温度領域に
保持した中空物品の内面に析出させ、同FRfに拡散浸
透させるCVD反応室とを包含するCVD装置において
、該両室は独立していて、該物品の中空部分が該ガス変
成室とチューブ部材にエフ連通するように配置されてお
り、かつ両室には、各々独立し′fi一温度調節設備が
設けられていることt−特徴とする。
下記(1)式にハロゲン化合物の不均化反応における反
応式金示す。
AtX、 + 2At  #5AtX     ”@f
il(ここでAlX3  は3価のハロゲン化アルミニ
ウム、Atxは1価の)・ロゲン化アルミニウムである
) 以下上記X =CZcl場今について説明する。例えば
中空物品の内面コーティングの原料として塩化アルミニ
ウム(AtCts )及び金属Atヲ用いたとすると、
AtとAt0t、の反応において、111式に示される
不均化反応の右方向への進行は吸熱反応である友め、高
温・減圧化にてAzcz を盛んに生成する。
一方、低温領域では反応は左辺へ進行し、Al0tがA
tを放出し、Al−Cl3の安定な状態となるため、該
放出Atが中空物品内面に被膜全形成する。
ここで右方向の反応でできたAtXと左方向の反応でで
きたAtM、全混在させず、能率工く被膜形成を行うた
めに、ソースガスAtX3と金属Atを反応させるガス
変成室を、+11式の逆反応によジAtct 2>; 
p、t 2放1tlL、安定I AActs ト! ル
CVD反応室から隔離・密閉した。
(1)式で右方向の反応は高温で行われ、左方向の反応
は低温で行われるので、AtXが形成されるガス変成室
Vこは、CVD反応室とは別系統の専用加熱源を用いた
。以上が本発明装置の主要点である。
そして、本発明装置においては、下記の1うな各設備を
設けることが好適である。
At析出反応は低温で行われることと、比較的長い内部
通路を有する中空物品の内面被徨では、入口側でAtX
が濃く、出口側では逆にAtXが少なく、排ガスのAt
X、が多くなること故に、この中空物品の通路に沿って
、長手方向に温度勾配をつける構造にし、かつ中空物品
内のガス出口側に接近した部分にガス捕集口を設け、ポ
ンプにエフ排気する構造にし、通路内のガスの流れを制
御し、内部通路内の膜厚分布を均一にする。
次にこの様なハロゲン化合物の不均化反応を用いたOV
D″′Cはガス変成室とAt析出を行うCVD反応室の
間を連通ずるチューブが長すぎては、高温で形成された
AtXが途中のチューブ内でAtX、に戻ってしまうこ
とがある故に、両室全上下の位置関係で接近して配置し
、1次ガス変成室は室容積音大きくと9、AtX生厄量
金大量化し、生灰したAtX i CVD反応室へ均一
に、短いチューブ長さで、速かに輸送するために、中空
物品及び/又は同物品の支持台と同−法線上にリング状
の室からなる構造にする。
本発明装置はどちらかというと中空物品が直線的なもの
に対しては、均一コーテイング膜厚分布を得ることは容
易であるが、中空物品がリターンフロー型になってくる
と、内部通路に沿った温度勾配をつけるために、少々の
工夫が会費である。例えば (1)甲窒物品自体に電気を流し、通電加熱方式にすれ
ば、電極の数を増やしたり、中空物品の断面肉厚を制御
したシすることにより、望ましい@度勾配をつけること
ができる。例えば管全長で容易に温度検出ができれば、
ハ二コン等で通電上流の制御も可能になる。
叩 そのほかコーティングされるべ@物品が多数ろれば
その形状に合った専用加熱体をつくることも可能でるる
。(1)、(11)いずれにせ工・内S通路に沿ってm
度勾配をつけることに必ずしも技術的に難しくない。
以下、本発明装置を図面に基づいて具体的に説明する。
第1図は、本発明装置の1例の断面図である。
第1図に示し次装置はキャリアガスAr又はH2itt
−コントロールするガスコントローラ1、Al0Is 
tl−ガス化する容器2、溶融At5、AtCl5とA
tを反応させてAtCt  を作成するガス変成室4、
コーティングされるべき中空物品5、中空物品を支える
支持台6、排ガス捕集ロア、真空ポンプ8、ガスKWt
室用電気炉9、多段式電気炉10、マツフル11、CV
D反応室12、ガス変成室と中空物品内面とを連通ずる
チューブ15とから構成される。
従来横型の石英管などの173iK高温部(ロ)に溶融
Atを、低温部CL)Kコーティングされるべきサンプ
ルをおいて、石英管のH側の一端からキャリアガスに工
っで、ソースガスAlC15k輸送してきて、高温部で
浴融Atと反応させAt0t  全形成し、このガス金
低県部のサンプル上に導き、At  を析出させていた
。この方法ではソース及び排ガスのAt0IsとCVD
反応ガスガスct が混ざってしまい、効率よいCVD
かで@なかった。本発明ではガス変成室をCVD反応室
から分離、密閉することにLりこの欠点全改善した。ガ
ス変成室′ff:CvD反応室と別系統の温度制御をす
ると共に、CVD反応室を多段式電気炉で加熱制御し、
被惜されるべき物品の長手方向に@度勾配をつけた。ま
た中空物品の排ガス出口に接近してガス捕集口を設け、
真空ポンプで排気し、中空物品内のガスの流れを制御し
た。これに↓クコーティング膜厚分布が均一化した。
〔発明の実施例〕
以下、本発明全実施例により爽に具体的に説明するが、
本発明はこれに駆足されるものではない。
実施例1 第2図に、前記第1図Vこ示した装置音用いてコーティ
ングしfc場合の膜厚分布の1例を示す。
すなわち第2図は、中空物品の管長約905150mで
の管断面Atコーティング膜厚(蒸着プラス拡散NI)
の分布を、ガス入口からの距離(■、横軸)と、膜厚(
μm)及び管内温度(C)(縦軸)との関係で示したグ
ラフである。
内径約5wIφのNi−0r合金管円面にキャリアガス
Arを用い、ガス化されたAzcz、を1000℃に加
熱されたガス変成室に送り、試料温度を840〜950
℃に変化させて管内面にAtを0VDL、、同時に拡散
浸透させた。排気はロータリボ/プで行い、CvD反応
室内で10数トルに保った。その結果、コーティング膜
厚(蒸着プラス拡散層)は、管長60m+において、1
0±1μmの範囲にあった。温度勾配はガス上流で低く
、下流で高い場合である。
〔発明の効果〕
以上説明した工うに、本発明によれば、比較的長い内部
通路に対しても均一な膜厚分布が得られる。そして、ガ
ス変成室全拡張し、ガス変成室と中空物品とを連通する
チューブの数全増加することにより、一度に多数の中見
物品の内面を、均一な膜厚分布を損うことなく、被覆す
ることができる。しかも、CvD反応ガスであるAtX
の利用効率が高まり、CVD速度が早くなるという顕著
な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】 第1因は本発明装置の1例の断面図、第2図に中空物品
の管長約90〜150m+の内面に第1図に示した装置
にエフCvDを行ったときの管断面Atコーティング膜
厚の分布を、反応ガスの流れ方向と管の温度勾配との関
係で示したグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、常圧以下の圧力下、3価のハロゲン化アルミニウム
    と金属アルミニウムとの反応で1価のハロゲン化アルミ
    ニウムを生成させるガス変成室と、該1価のハロゲン化
    アルミニウムを3価のハロゲン化アルミニウムと金属ア
    ルミニウムに分解し、該金属アルミニウムを 1000℃以下の温度領域に保持した中空物品の内面に
    析出させ、同時に拡散浸透させる化学蒸着反応室とを包
    含する化学蒸着装置において、該両室は独立していて、
    該物品の中空部分が該ガス変成室とチューブ部材により
    連通するように配置されており、かつ両室には、各々独
    立した温度調節設備が設けられていることを特徴とする
    化学蒸着装置。 2、該化学蒸着反応室における温度調節設備は、該物品
    の長手方向に沿つて微細な温度調節が可能な設備である
    特許請求の範囲第1項記載の化学蒸着装置。 3、該化学蒸着反応室には、減圧排ガス捕集設備が設け
    られている特許請求の範囲第1項又は第2項記載の化学
    蒸着装置。 4、該両室は上下の位置関係にある特許請求の範囲第1
    項〜第3項のいずれかに記載の化学蒸着装置。 5、該中空物品は該ガス変成室の上方にある特許請求の
    範囲第4項記載の化学蒸着装置。 6、該中空物品は該ガス変成室の下方にある特許請求の
    範囲第4項記載の化学蒸着装置。 7、該ガス変成室は、該中空物品及び/又は該中空物品
    支持台と同一法線上に配置されたリング状の構造を持つ
    室である特許請求の範囲第5項又は第6項記載の化学蒸
    着装置。
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