JPS6270570A - スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法 - Google Patents

スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法

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JPS6270570A
JPS6270570A JP15493186A JP15493186A JPS6270570A JP S6270570 A JPS6270570 A JP S6270570A JP 15493186 A JP15493186 A JP 15493186A JP 15493186 A JP15493186 A JP 15493186A JP S6270570 A JPS6270570 A JP S6270570A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coating
substrate
ion plating
cathode
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP15493186A
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English (en)
Inventor
ジョセフ ポール コード
ディヴィッド スタッフォード リッカービー
フィリップ ワーリングトン
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UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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Publication date
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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、スパッタイオンメッキにより基板を被覆する
方法に係る。
従来の技術 スパッタイオンメッキは、公知の被覆技術であり、適度
な真空のチャンバ内において直流グロー放電の存在中で
カソードから基板へ材料を移送するようにして行なわれ
る。材料は、イオン衝撃、即ちスパッタリングによって
カソードから放出されて最終的に基板へと拡散し、その
上に被覆を形成する。このスパッタイオンメッキは、多
数の公知文献、例えば、1977年、CEP Con5
ultants。
Edinburgh 177のR,A、 Dugdal
eによる「イオンメッキ及び同様の技術(Ion Pl
atingand A11ied Teahnique
s) Jに関するProc、 conf、 ;  J、
 P、 Coad及びJ、E、Ra5tallによる「
メタルズテクノロジ(Metals Technolo
gy)J 1982年第9巻499真に掲載された文献
及びAcquafredda di MarateaI
taly 1984年4月、J、 P、 Coad及び
り、 S。
Rickerbyによる「ヒートエンジンのための被覆
(Coatings for Heat Engins
)Jに関するNATOアドパンストワークシ=tツブ(
Advanced Workshop)に詳細に説明さ
れている。
発明が解決しようとする問題点 スパッタイオンメッキを実施する場合、被覆される基板
に負のバイアス電圧を印加し、付着した材料を再スパツ
タリングしてイオンで光沢仕上処理することによって被
覆の密度を高めるのが便利である。然し乍ら、このよう
に負のバイアス電圧を印加すると、色々な問題が生じる
。例えば。
被覆材料にアルミニウム(これは、スパッタイオンメッ
キ技術を用いて制御するのが困難である)が含まれる場
合や、バイアス電界が集中するエツジのような部分が基
板にある場合には、これらの部分に形成された被覆中の
アルミニウム密度が著しく減少される。
問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題の改善に関するもので。
適度な真空状態において基板とその被覆材料より成るカ
ソードとの存在中で直流グロー放電を発生し、イオン衝
撃によってカソードから上記材料を放出させ、この放出
した材料を基板へ拡散してその上に被覆を形成し、この
被覆の形成中に、基板に交流のバイアス電位を印加して
、被覆の特性を制御することを特徴とするスパッタイオ
ンメッキにより基板に被覆を形成する方法を提供する。
上記バイアス電位の波形は、被覆形成を行なう時間中に
基板に負の電圧を印加できる形状のものである。例えば
、正弦波や、方形波や、その他の便利な波形でよい。又
、このバイアス電位は。
一定の周波数である必要もないし、正の振幅と負の振幅
とのバランスをとる必要もない。交流バイアスを使用す
る場合には、最大電圧(アルミニウムを最も容易にスパ
ッタリングさせる)が短時間だけ印加されるという利点
がある。例えば、240ボルトの交流電源が適当であり
、適当な入力位相を選択することにより、主スパッタリ
ング電力を供給する電源に合致するように交流バイアス
の位相を変えることができる。
本発明の方法は、もし必要ならば、反応ガス(例えば、
02やN2)の存在中で実施することもでき、このよう
な反応ガスは、上記の放出された材料と反応して、この
放出された材料とは化学的に異なる被覆を形成する。こ
れは、[反応スノ(ツタリング」として知られている。
本発明は、スパッタリングのためのスレッシュホールド
エネルギが低い元素を含む被覆の形成に適している。こ
のような元素は、例えば、上記したアルミニウムや、イ
ツトリウムである。このような元素を含む材料の特定の
例としては、高温被覆合金、例えば、CoC:rAIY
や、NiC。
CrAIYのような一般式MCrAIY内に入る合金や
、N i Cr A I T iや、NiCrAlSi
等が挙げられる。
基板材料としては、例えば、スチール(例えば、軟、炭
素又はステンレス)のような金属や。
A1や、Alをベースとする合金や、Ta、Cu、MO
及びNiや、Niをベースとする合金や、シリカ及びア
ルミナのようなセラミック等が含まれる。又、前記した
ように、本発明は、比較的鋭いエツジを有する物体の被
覆に特に有用である。というのは、このようなエツジに
おける被覆材料の損失が回避されるからであるにのよう
な物体としては、例えば、ガスタービンエンジンにおけ
るエアロフォイル部品が挙げられる。このような用途に
対して特に重要なことは、本発明の方法によって形成さ
れたNiCrAlSi被覆が優れた耐腐食性を有してい
ることである。
実施例 以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明
する。
添付図面を参照すると、アースされた円筒状の被覆チャ
ンバ1には、冷却ジャケット3を有する抵抗ヒータ2が
外部に取付けられている。この被覆チャンバ1は、ガス
人口4及びそれに関連したバッフル5と、ガス出口6及
びそれに関連したバッフル7とを有している。入口4は
、導入コンジット9が設けられたゲッタチャンバ8に通
じており、出口6は、ボンピングボート11が設けられ
たポンピングチャンバ10に通じている。
基板12は、被覆チャンバ1内に取付けられ。
導体13によってバイアス電源(図示せず)に電気的に
接続されている。導体13は、ポンピングチャンバ1o
の壁に配置された絶縁体14及び15に取付けられる。
一連のターゲットプレート(そのうちの2つのプレート
16及び17のみが示されている)の形態のカソードも
被覆チャンバ1内に取付けられて示されている。このカ
ソード(例えば、16及び17)は、導体18によって
カソード電源(図示せず)に電気的に接続され、導体1
8は、ポンピングチャンバ10の壁に配置された絶縁体
19.20及び21に取付けられる。
第1図に示した装置の動作中には、作用ガスが導入コン
ジット9に供給され、ポンピングポート11に設けられ
たポンプ(図示せず)を作動することにより、矢印aで
示されたようにゲッタチャンバ8へ導入され、ここから
入口4を経て被覆チャンバ1へ送り込まれる。被覆チャ
ンバ1は、基板12及びカソード(例えば、16.17
)からガスを放出すると共に有機材料を蒸発させるため
にヒータ2によって加熱される。これらの不所望なガス
や蒸気は、出口6を経て被覆チャンバ1から送り出され
てポンピングチャンバ10に入り、矢印すで示されたよ
うにポンピングポート11から放出される。カソード電
源(図示せず)によりターゲットプレート(例えば、1
6及び17)へ高い負の電圧が印加されて、グロー放電
を発生し、カソードからカソード材料が正味移送されて
基板12にスパッタリングされ、被覆を形成する。この
段階では、外部の加熱が必要とされない、というのは、
作用温度を維持するに充分な出力がプロセス自体によっ
て発生されるからである。被覆された基板12にはバイ
アス手段を用いて交流バイアスが印加され、付着した材
料の再スパツタリング及びイオンによる光沢処理によっ
て被覆の密度が高められる。
■ 二1■し4毛月。
添付図面に示した装置を使用した。被覆チャンバ1は、
新たに付着したチタンの上を通すことによって純化した
高純度のアルゴン雰囲気を流して10−100 mto
rrの圧力に減圧した。被覆チャンバ1は、基体12並
びにカソード例えば16及び17のガス抜きをすると共
に有機材料を蒸発させるために約300℃の温度に加熱
した。次いで、高い負の電圧(典型的に、400Vない
し1500V)をカソード例えば16及び17に印加し
てグロー放電を発生し、カソードから基体12に材料を
正味移送させ、被覆を行なった。240Vの交流電源か
らの交流バイアス(実効値で10ないし100V)を被
覆された基体に印加し、被覆の密度を高めた。反応スパ
ッタリングが要求される場合には、被覆プロセス中に反
応ガスを小さな分圧(1ないし100 mtorr)で
被覆チャンバ1に導入した。
■定玖孤 上記の手順を使用し、耐高温酸化特性及び耐腐食特性を
与えるように鋭いエツジを有する基板をCoCrAIY
合金で被覆した。カソードは、Co Cr A I Y
合金であった。又、この手順を用いて、lN600テス
トクーポンの形態の基板サンプルをイツトリウムで被覆
すると共に、鋭い半径状エツジを有するタービンブレー
ドの形態の基板サンプルをアルミニウムで被覆した。こ
れらのサンプルに印加した交流バイアスは、50Vであ
った。前者の場合には、被覆されたサンプルのイツリウ
ム密度を平らな表面上で測定し、後者の場合には、被覆
されたサンプルのアルミニウム密度をそのエツジにおい
て測定した。
比較のため、正のバイアス電圧(+50V直流)と負の
バイアス電圧(−50V直流)とを用いて上記の例の手
順を繰り返した。その結果を以下の表に示す。
+sov cc       o、st      9
.4−50V DCO,060,7 50V ACO,289,4 上記の表から明らかなように、交流バイアスの使用によ
り鋭いエツジからのアルミニウムの除去が防止され、ス
パッタイオンメッキにより形成された被覆からのイツト
リウムの損失が減少されたことが明らかであろう、充分
な耐高温腐食性や酸化性を与えるためには、アルミニウ
ム及びイツトリウムのレベルを保持することが重要であ
る。
上記の一般的な手順を用いた別の例においては、基板サ
ンプルをタングステンで被覆し、その他については一般
の負のサンプルバイアスの場合と同じ条件のもとで上記
例の手順を繰り返した。
交流バイアスの使用により、負のバイアスを使用した場
合と比較して被覆に残留する内部ストレスのレベルが減
少したことが分かった。
上記の手順を用いた更に別の例では、ニッケル、クロム
、アルミニウム及びシリコンをベースとした合金(Ni
CrAISi合金)でタービンブレードを被覆し、被覆
したブレードを海中ガスタービンエンジン内の過酷な腐
食条件のもとて数百時間テストした。このテストの結果
、この被覆は、一般に利用できるPt−Al被覆や成る
種の適当な電子ビーム蒸着されたC o Cr A I
 Y被覆よりも相当に優れた性能を有していることが分
かった。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、スパッタイオンメッキによって被覆を行な
うための装置を示す図である。 1・・・被覆チャンバ  2・・・ヒータ3・・・冷却
ジャケット 4・・・入口5.7・・・バッフル  6
・・・出口8・・・ゲッタチャンバ 9・・・導入コンジット 10・・・ポンピングチャンバ 11・・・ポンピングポート 12・・・基板 16.17・・・カソード

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)適度な真空状態のもとで、基板と、その被覆材料
    より成るカソードとの存在中においてグロー放電を形成
    し、イオン衝撃によってカソードから上記材料を放出さ
    せ、この放出した材料を基板へ拡散して基板上に被覆を
    形成することより成るスパッタイオンメッキにより基板
    上に被覆を形成する方法において、上記被覆の形成中に
    、基板に交流のバイアス電位を印加して、被覆の特性を
    制御するようにしたことを特徴とする方法。
  2. (2)上記バイアス電位の波形は正弦波である特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)上記バイアス電位は、20ないし200ボルトの
    範囲である特許請求の範囲の前記各項いずれかに記載の
    方法。
JP15493186A 1985-07-01 1986-07-01 スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法 Pending JPS6270570A (ja)

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GB858516580A GB8516580D0 (en) 1985-07-01 1985-07-01 Coating improvements
GB8516580 1985-07-01
GB8526948 1985-11-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6270570A true JPS6270570A (ja) 1987-04-01

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JP15493186A Pending JPS6270570A (ja) 1985-07-01 1986-07-01 スパツタイオンメツキにより基板上に被覆を形成する方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8711697D0 (en) * 1987-05-18 1987-06-24 Secr Defence Brit Coated titanium articles(ii)
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JPS59167017A (ja) * 1983-03-11 1984-09-20 Fujitsu Ltd アルミニウムあるいはアルミニウム合金のスパツタ方法

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JPS6270571A (ja) 1987-04-01
GB8516580D0 (en) 1985-08-07
GB8526947D0 (en) 1985-12-04
GB8526948D0 (en) 1985-12-04

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