JPS62205279A - レ−ザｃｖｄ法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は金属材の表面に被膜全形成させ′ｆｃシ、粉
末状物質を製造するレーザＣＶＤ法（ＬａｓｅｒＣｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍ
ｅｔｈｏｄ　）の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のレーザＣＶＤ法は真空にされ友密閉空間内に反応
ガス金導入し、反応ガスに外部より密閉空間内に導光さ
れたレーザビーム全照射して光化学的気相析出反応金生
じさせて反応生成物全生成する方法で、例えば金属材の
表面に被膜金コーチーディングする場合などに用いられ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザＣＶＤ法にあっては、レーザ
ビームの吸収率が低い反応ガスを使用し友場合には目的
とする反応生成物が得られない、反応速度が遅い、或い
は得られる反応生成物の純度が悪いなどのため、レーザ
ビームの吸収率が低い反応ガス金使用したレーザＣＶＤ
は行えないという問題点があった。また、レーザビーム
吸収率の大きな反応ガスを用いた場合でも反応ガスの活
性化状態が十分でなく反応性に欠けるという間Ｍがあっ
た。

この発明はかかる問題点を解決するためになされ念もの
で、レーザビームの吸収率が低い反応ガスの使用を可能
ならしめると同時に反応ガスを高活性化し得るレーザＣ
ＶＤ法を得ること全目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザＣＶＤ法は密閉空間内に反応ガス
を導入し、反応ガスに外部より密閉空間内に導光されｔ
レーザビームを照射して光化学的気相析出反応を生じさ
せて反応生成物を形成するレーザＣＶＤ法において、レ
ーザ照射前またはレーザ照射と同時に反応ガス励起手段
によシ反応ガスの活性化状態全高めることによって光化
学的気相析出反応を促進させるように構成し比ものであ
る。

〔作　用〕

この発明においては、反応ガス励起手段によジ、反応ガ
ス金励起しく以下励起とは、高エネルギ準位への励起、
ラジカル、解離、イオン化等の活性状態ヲ表す）、レー
ザビームの吸収率が小さい反応ガスを使用した場合にお
いてもレーザビームと反応ガスの相互作用全活発化なら
しめると同時に、レーザ吸収率の良好な反応ガスにおい
てもこれ金より活性化し反応性を著しく高めるものであ
る。

これは、反応ガスによって吸収できる光波長が異なり１
反応ガスがレーザ光全吸収できるか否かは反応ガスの励
起準位と波長ｅこよって決定される光ゲする場合には、
ガスはこの波長のレーザ光をよく吸収することができる
。そこで、レーザ誘起気相化学反応を行わせるには、ガ
スの吸光特性を明確にした上で適正波長を選択する必要
がある。

しかしながら種々のガスを使用して化学反応を行わせる
場合においては種々の波長のレーザを用意しなけねはな
らず、装置コストが莫大になる。

反応ガスを予しめ励起しておけば、例えば電離状態にあ
れば、レーザ光は電子と結びつき反応ガス全高活性化状
態に至らしめることが可能になる。

との几めグロー放電等によって反応ガスを励起すれば、
基底状態ではレーザと相互作用を起こさなかった反応ガ
スでもそれが可能とな夛、励起状態に至る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例に用いられる装置を示す
概略措成図である。

図において、（１）は被覆が形成される基材、（２）は
内部に基材（１）が配設された密閉容器、（３）は密閉
容器（２）に設けられたレーザビーム透過窓、（４）は
密閉容器（２）に設けられたノズル取付口、（５）は密
閉容器（２）のノズル取付口（４）に設けられ、反応ガ
スを密閉容器（２）内に導入するためのガス噴出ノズル
（電極も兼ねる）、（６）はガス排出口、（７）はガス
噴出ノズル（５）と基材（１）との間に高周波放電もし
くは直流グロー放電全発生させるための電源である。（
８ンは反応生成物である。次に、この発明方法により、
基材の表面に反応生成物を付着させる場合について説明
する。

まず、密閉容器（２）内に被覆すべき基材（１）を配設
し、密閉した後に図示しない真空ポンプで密閉容器（２
）内金真空にし、しかる後に、反応ガスをガス噴出ノズ
ル（５）に供給しながら、電源（６）　Ｋよってガス噴
出ノズル（５）と基材（１）との間に反応ガス励起手段
である高周波放電もしくは直流グロー族１１１　ｋ発生
させる。この放電によって、ガス噴出ノズル（５）よシ
基材（１）の表面に向けて噴出される反応ガスが励起し
活性状態に置かれる。この活性化され友反応ガスに、外
部よりレーザビーム透過窓（３）を通過して、密閉容器
（２）内に導光され、基材（１）の表面と手打なレーザ
ビーム（９）が照射されると、活性化された反応ガスは
レーザビーム（９）全吸収して光化学的気相析出反応を
起こして反応生成物（８）ｒ形成し、その反応生成物（
８）が基材（１１の表面に付着して被膜となる。

第２図はこの発明の第２実施例に用いられる装置を示す
概略描成図である。

図において、第１実施例と同一の構成は同一符号を付し
て重複した構成の説明は省略する。Ｑυは基材（１）を
加熱するためのヒータで、密閉容器（２）内で基材（１
１の裏側に配設されている。ｅｌｌ）はヒータ員の交流
電源である。

ヒータαωによる基材（１）の加熱の狙いは被膜と基材
の密着力向上にある。即ち、基材を加熱することによっ
て被膜−基材界面において原子の相互拡散が起り、被膜
−基材の冶金的結合が強固になり、結果として密着力の
著しく高い被膜を形成できる■上記はレーザビーム（９
）を基材（１）に対し平行に照射しているが、基材（１
）にレーザビーム（９）全直接照射し被膜を形成するこ
とも可能である。−例を第３実施例として第６図に示す
。図において第１実施例と同一の構成は同一符号を付し
重複した構成の説ＢＡは省略する。反応ガスはノズルａ
３ヲ通シテレーザビーム（９）中に供給されるが、反応
ガスは放電’Ｒｆｉ２）、（１３間で励起される。励起
ガスとレーザビーム（９）との相互作用によＱ基材（１
）上に反応生成物（８）が堆桔し７被膜が形成される。

この場合、レーザビーＡ　（９１を基材（１）に直接照
射しているため、照射部の温度が高まり、被膜はレーザ
照射部にのみ形成さｉｌ、すたその成膜速度は基材（１
）に平行にレーザビーム（９）全照射する時に比べ大き
くなる。基材（１）を移動（またはレーザビーム（９）
全移動）させることによって基材（１）全面の成膜も可
能である。

上記いずれの実施例も、反応生成物（８）が基材（１）
に付着して被膜となっているが、基材（１）全使用せず
に反応ガスに均質反応を起こさせ、ガス排出口（６）よ
り粉末状として取り出すことも勿論可能であるＯ 以下、この発明方法によシ、基材の表面にに応生成物を
付着させ友具体例を示す。

〔具体例１〕 基材（１）として炭素鋼板金使用し、管内部を１×１Ｏ
−２Ｔｏｒｒの真空雰囲気とした後に、レーザビームの
吸収率が悪い反応ガスとしてＣＨ４とＨ２の混合ガスを
供給して反応容器内のガス圧が５　Ｔｏｒｒに達した時
点で、基材（１）の表面とガス噴出ノズル（５）との間
に１３．５６　ＭＨｚの高周波放電全発生させながら、
レーザ出力１０００　Ｗ　、波長１０．６μｍのＣＯ□
レーザを基材（１）に対し平行に照射して基材（１）の
表面に反応生成物（８）全付着させ友◇ この場合、反応ガスは次の反応を進行させ、Ｃ被膜が基
材表面に付着した。

ＣＨ４＋　Ｈ２ムＣ＋　５Ｈ２ この反応の際、レーザ吸収率の低い反応ガスが高周波放
電により活性化されている九め、被膜の生成速度は１．
０μｚ／ｙｒｉｓとなジ、高周波放電全併用しないレー
ザビーム照射のみの被膜生成速度ｏ、ｏｏｓμｍ／ｖｍ
と比較して飛躍的に向上した。

〔具体例２〕 反応ガスとして、ＴｉＣｌ４とＣＨ４の混合ガスを使用
し、容器内圧力に２Ｔｏｒｒに設定した。その他の条件
は具体例１と同じ条件の下で基材（１）の表面に反応生
成物（８）全付着させ九〇 上記反応ガスはレーザビーム（９）のみを照射したとき
には、ガス温度が上昇せず、反応は進行しなかったが、
高周波放電もしくはグロー放電全発生させることにより
、反応ガスを励起し、レーザビーム（９）全照射するこ
とによって反応が容易に進行した。

この場合、反応ガスは次の反応全行いＴＩＣ被膜が形成
される。

’ｒｉｃｚ４＋　ＣＨ４→ＴｉＣ＋　４ＨＣ１この反応
によフ、基板表面に８μｍの被膜全形成したう 〔具体例６〕 反応ガスとしてＣＨ４と１（２の混合ガスを２　ｔｏｒ
ｒで供給し、更に基材（１）？ヒータａυで５００度に
加熱し、その他の条件は具体例１と同じ条件の下で基板
（１）の表面に反応生成物を付着させた。

上記反応ガスはレーザビームのみを照射したときにはガ
ス温度が上昇せず、反応は進行しなかったが、高周波放
電もしくＬグロー放電全発生させることにより、反応ガ
スを励起し、レーザビームを照射することによって反応
が容易に進行した。

この場合、反応ガスは次の反応を行い、Ｃ被膜が形成さ
れる。

ｈν ＣＨ，＋　Ｈ２←Ｃ＋　３ｆ（２ この反応により、基板表面に４０１１ｍの被ｆｆ１ｋ形
成し友。なお、基材を加熱しない場合には４０μｍ厚の
被膜全安定に形成させることは容易でないが、本具体例
では容易にこれが達成できた。

〔具体例４〕 上記具体例とは異なり、レーザビーム（９）を基材（１
）に対し凧直に照射した。反応ガスにはＴｉＣ４４とＣ
Ｈ４の混合ガスを用い、高周波プラズマ放電部（周波数
１３．５６　ＭＨｚ　）　ｋ通して励起した状態でレー
ザビーム中に供給した。

容器内の圧力は５ＴｏｒｒｌＣ設定した。レーザパワー
は１　ｋｗである。基材（１）には炭素鋼板を用いた０ 以上の条件で被膜形成を行ったが、ＴＩＣの被膜が形成
さ名、た。被膜の大なさはほぼ基材表面上でのレーザビ
ーム径の大きさに相当し九〇得られた成膜速度は２５μ
ｍｒＬ／ｒｔｉｎに達し、基材に平行にレーザ金照射す
る場合に比し著しく向上し友。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、反応ガス励起手段によ
ジ、反応ガスを励起して活性化するようにしたので、レ
ーザビームの吸収率が悪く、レー−・フ′ビームのみで
は光化学的気相析出反応を生じないか戊いは生じても反
応速度が遅い反応ガスを用いても良好乃：反応生成物を
形成することができる他、活性状態を昼ぬることによっ
で反応全署１−＜促進できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例に用いられる装置金示ず
概冷描成図、第２図はこの発明の第２実施例に用いられ
る装置を示す概略構成図、第６商（ａ）　、　（ｂ）は
この発明の第６実施例に用いられる装置をそＪＬぞれ示
す概略構成図で４）る。 図においで、（８）は反応生成物、（９）はレーザビー
ムである。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第　３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）密閉空間内に反応ガスを導入し、反応ガスに外部
   より密閉空間内に導光されたレーザビームを照射して光
   化学的気相析出反応を生じさせて反応生成物を形成する
   レーザＣＶＤ法において、反応ガス励起手段により活性
   化された状態にある反応ガスにレーザビームを照射する
   ことによつて光化学的気相析出反応を促進させるように
   したことを特徴とするレーザＣＶＤ法。
2. （２）反応ガス励起手段は密閉空間内に発生させられる
   高周波放電、直流グロー放電あるいはマイクロ波である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザＣ
   ＶＤ法。