JPS6283379A - 透明性bn系セラミツクスの製造方法 - Google Patents

透明性bn系セラミツクスの製造方法

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JPS6283379A
JPS6283379A JP61106581A JP10658186A JPS6283379A JP S6283379 A JPS6283379 A JP S6283379A JP 61106581 A JP61106581 A JP 61106581A JP 10658186 A JP10658186 A JP 10658186A JP S6283379 A JPS6283379 A JP S6283379A
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中江 博之
松波 幸男
松田 敏紹
平井 敏雄
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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B、N及びSi元素からなる透明性BN系セラ
ミックス材料の製造方法に関する。
優れた透明性を有するセラミックス材料は、今俊飛躍的
に進展すると予測されている光を媒体とする光デバイス
技術に関連する素材として待望されている。また、セラ
ミックス本来の耐熱性、耐食性、熱安定性、硬度などを
具備する透明性材料は各種の高温用窓材や高温用レンズ
などの特殊光学用途も期待される。
更に、宇宙空間において使用される各種機械装置の構成
部材としても期待される。
[従来の技術] 特開昭58−145665公報(rsi3N4−BNN
系非晶相料およびその製造方法」)において、透光性を
そなえた5i)N4−BN系非晶質材料とその製造方法
が開示されている。それは次のような材料でおる。即ち
、化学気相析出法により同時析出させて得た5ixN4
ニア0〜30重量%、8N:30〜70重量%の組成に
なる非晶質の複合材料であって、透光性をそなえ、かつ
熱安定性、耐熱衝撃性および耐薬品性に富む透光性5i
)N4−BNN系非晶相料である。その製造方法として
、減圧下に保持した反応炉内に、けい素沈積源ガス、ほ
う素沈積源ガスおよび水素ガスと窒素沈積源ガスとを個
別に導入し、1100〜1300℃の範囲における上記
反応ガスの合底温度で化学気相反応させ、該反応炉内に
設置の基体上に813N4とBNの非晶質を同時析出さ
せることを特徴とする5i3N4−BN系非晶質材料の
製造方法を開示している。
この公報でいう透光性の材料は褐色を呈する透光体であ
る。このことはその明細書中の記載により明白である。
例えば、「白色から黄色、褐色と変化するにつれて透光
性はよくなり、とくに外観が褐色を呈する場合にすぐれ
た透光性が得られる。」との記述から明らかなように、
褐色に着色した場合に透光性を示すものであり、褐色着
色と透光性は密接不可分の関係におることを示している
[発明が解決しようとする問題点コ 今後、発展する光技術をはじめとする革新的先端技術工
業分野において、多方面での応用が期待される透明性セ
ラミックス材料としては、無色透明であることが極めて
重要な要件と考えられるので、本発明者らは無色透明な
透明性セラミックスを開発すべく種々検討した。
一般に、化学気相析出(CVD)プロセスは多くの要因
を含む複雑な化学反応プロセスである。化学反応がそう
であるように、原料や条件により種々の変化を呈するた
め、CVDも極めて個別的かつ個性的である。CVDプ
ロセスのメカニズムは、少数の例外を除いて、全く未解
明でおり、反応条件と生成物の関係に関し予測・予見・
類推することは不可能な状況にある。
CVD条件として、例えば、析出温度、炉内全ガス圧、
原料ガスの種類とその流量などが変化すると、析出状態
や析出物の構造・組成が全く変化してしまうことは珍し
いことではない。
特に原料ガスの種類が多くなるとこの傾向は極めて顕著
になる。本発明の対象となる3元素系からなる場合がこ
れに相当する。
このような技術的状況のもとで、本発明者らは、実験的
検討を詳細に進めた結果無色かつ透明なBN系セラミッ
クスの製造方法を見出し本発明に至った。
[問題点を解決するための手段] 本発明は無色かつ透明性を有するBN系セラミックスの
改良された製造方法を提示するものである。即ち、ほう
素元素含有化合物、窒素元素含有化合物及びけい素元素
含有化合物を用いて化学気相析出法によって、析出温度
を1400℃以上1600℃未満の温度に保ち、減圧下
で析出させ、10〜40i量%のホウ素35〜55重四
%の窒素および3〜40重量%のケイ素を主構成元素と
する非晶質材料を形成することを特徴とする透明性BN
系セラミックス材料の製造方法でおる。
本発明により得られるBN系材料は、ほう素(B)元素
、窒素(N>元素及びけい素(S i )元素を主たる
構成元素として含む透明性材料である。上記の3元素以
外の元素として、例えば、0、H,CI、F、C,Na
、p、y、L +。
AI、Ni、Fe、Zr、Caなどを、それらの総和と
してiowt%以下好ましくは5重量%以下1重量%以
上の割合で含むこともある。3種の主構成元素の割合は
B元素=10〜40wt%、N元素:35〜55wt%
及び3i元素:3〜40wt%の範囲にある。特にB元
素=15〜35重量%、N元素:44〜55重量%、3
i元素:10〜36重量%が好ましい。
これらの元素は、主としてB−N結合と3i−N結合を
形成しているが、全ての元素がこの結合に関与している
とは限らない。しかしB−N結合は常に存在するので、
BN系材利と称する。本発明の方法で製造された材料は
、厚さ0、7mmの板状試料について分光光度計により
その透過率を測定した場合、波長400nmにおいて5
0%以上、450nmにおいて60%以上の光透過率を
示すものである。
本発明においては、このような無色かつ透明な材料を製
造するために、析出温度を1400℃以上1600℃未
満の温度に保ち、減圧状態に保持する。その全ガス圧力
は10〜100 丁orrの範囲がよい。1400℃よ
り低い温度では、反応中間体を含むものが出来やすいた
めか、すぐれた透明体が得られない。一方1600℃以
上だと、結晶の成長などのためか、透明性の低下したも
のとなる。
好ましい温度は1400℃〜1500℃であり、歩留り
よく無色かつ透明性にすぐれた材料を製造することがで
きる。この場合、温度は二色光高温計により(基体上に
析出した)析出物表面の温度を測定した値とする。
反応装置内の気体の全ガス圧力は上記の如く10〜10
0 Torrがよいが、より優れた性質の良好な透明体
を得たいときには20〜60Torrに設定することが
望ましい。特に30丁Orr前後が最善である。
本発明の製造方法の概要は以下の通りである。
黒鉛、耐熱金属(W、MO,Taなど)や耐熱セラミッ
クス(SiC,TiB2など)などの材料からなる所望
形状の基体を真空加熱炉中に設置し、これを1400以
上1600℃未満の間の所定温度に加熱する。そして、
ほう素含有化合物、窒素含有化合物、けい素含有化合物
及び搬送もしくは希釈ガスからなる気体をこの基体上に
吹きつけることにより、B、N及び3i元素を主構成元
素とするBN系材料を基体上に析出させる。そして、基
体より析出物を分離することにより透明性BN系材料が
得られる。
本発明は、基体を使用する化学気相析出法に限定される
ものではなく、また、基体の材質が上記のものに限定さ
れるものでもない。一般の化学気相析出法ならびにその
装置において適宜適用されるものである。
ほう素元素含有化合物としては、例えば、BCI 3.
BF3などのハロゲン化合物;B 2 Hs 、B m
 Hμなどの水素化物:N元素を含むボラジン、塩素化
ボラジンなどを用いる。
本発明においては、BCl3が特に好ましい。
それは、本発明の方法によるとき特に優れた無色かつ透
明な材料が得やすいからである。
窒素元素含有化合物としては、例えば、NH3、N2、
F2素未化合物が用いられる。
NH3が好ましい。また、けい素元素含有化合物として
は、例えば、3iC14、SiH4、Si (CH3)
2CI2などが用いられる。
5iC14が好んで用いられる。搬送もしくは希釈ガス
としてN2、N2、Arなどの非反応性ガスを用いる。
N2ガスが好ましい。ほう素、窒素及びけい素元素含有
化合物の流量の総和に対し1/10〜100倍の範囲が
普通である。
本発明においては、BCl3−NH3−3iCI4−8
2ガス系のCVDからすぐれた透明性材料が容易に得ら
れるので、これらを原料とすることが最も好ましいもの
である。そしてこの場合、理由は不明であるが、BCl
3ガスの流量(FR[BCl3])と3iC14ガスの
流量(FR[5iC14])との和に対する5IC14
の流量の比率、即ち FR[5iCI*]/(FR[BCl3ガスF R[S
 + CI 4コ)をX座標とし、析出温度(Temp
、 ℃)をY座標とするとき、第2図に示す点A (0
,5,1500> 、点B (0,19,1400)、
点C(0,67、1400> 、点D (0,67、1
500>で囲まれる領域において製造するときに最も良
好な析出物が得られる。
本発明の方法を実施するにあたって、CVD装置の内部
を清浄に保つことは極めて重要である。可及的に装置内
部に存在する付着物を取り除くことが望ましい。これら
の付着物は、基体の交換や析出物の取り出しのため装置
を開放する際大気中の水分を吸収しやすく、その結果析
出中に水分が徐々に放出され良好な析出物の製造に悪影
響を与えることになりやすいからである。例えば析出の
過程で析出物中にクランクが発生したり、局部的に基体
から剥離するなどのトラブルが生じやすい。
[実施例] 実施例1〜4 基板を通電加熱する方式のCVD装置を使って、黒鉛基
板上に試料を析出させた。源料ガスとして、NH3、B
CI 3.5iCI4を用い搬送ガスとしてN2を用い
た。基板温度は二色光高温計を用いて測定した。
まず、基板をセットしてCVD装置を真空排気した俊、
基板を所定の温度まで加熱し、次に、反応ガス及び搬送
ガスを導入して所定の圧力において析出を行なう。析出
終了接基板から析出物を剥離させ、アルキメデス法で密
度を測定し、ざらに試料を切断して読みとり顕微鏡で厚
さを測定した。そして化学分析によって、3i含有量を
測定した。ざらに、透明性を定量化するために分光光度
計を用いて200止から2200止の範囲で全透過率を
測定した。
その結果1350℃より低い温度では、優れた透明体は
得られず、1600℃で実験を行なうと褐色となり不透
明であった。一方、10Torrより低い圧力では白濁
して透明性が低下し、100 Torrより高い圧力で
は、反応炉内の副生成物が多すぎて、優れた透明体を得
ることが妨げられた。
表1及び表2に、優れた透明性セラミックスを得ること
のできた実施例の実験条件と結果を示す。実施例1.2
.4では200nlllから600nmにかけて、透過
率は0%から15%に上昇し、その後2200nmまで
80%〜85%Wであった。波長400nmでは70%
、450nmでは76%であった。第1図にその結果を
示した。実施例3では他の例より少し低い透過率を示し
た。これも第1図に示す。
表 1  実験条件 表2 結果 実施例5 先の実施例と同様に、基板を通電加熱する方式のCVD
装置を用いて、黒鉛基板上に試料を析出させた。析出温
度は1400.1500および1600℃、析出圧力は
30Torrとした。原料ガスとして、BCI 3、N
H3,5iC14及びH2を用いた。NH3およびH2
の流量は、それぞれ、90および670SCC)fとし
、BCl3と5iCI4の流」はそれらの合計で140
SCCMとした。
BClxと3iC14の流量の和に対する5iCI4の
流量の比率を変化させた。原料ガスをCVD装置に導く
ガス導入管には同芯二重管を用い、内管にNH:l、外
管にBCl3.5IC14及びH2を流した。
析出時間は2〜5時間とした。基板より析出物を剥がし
その透明性を肉眼判定した。第2図に結果を示した。こ
の図で、O印は無色透明な析出物、X印は不透明な析出
物、Δ印は耐湿性に劣る析出物を示している。少くとも
、点A(0,5,1500> 、点B (0,19,1
400> 、点C(0,67、1400>および点D 
(0,67、1500>で囲まれる四角形の範囲では優
れた無色透明性を有するBN形セラミックス材料が得ら
れることが明らかである。
[発明の効果] 本発明は無色の透明性を有するセラミックス材料を容易
に得る方法で、かかる材料は耐熱性にすぐれたもので、
光を媒体とする光デバイス技術に関連する素材として有
用なものであり、また各種高温用窓材や高温用レンズな
どとしても有用なものである。そして、単体としてのみ
でなく、金属、セラミックスおよびポリマーとの複合材
料の形で種々の用途に適用可能な新規な材料である。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で得られた材料の透過率を示すグラフ、 第2図は最も良好な析出物の得られる範囲を示したグラ
フである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ほう素元素含有化合物、窒素元素含有化合物及び
    けい素元素含有化合物を用いて化学気相析出法によって
    、析出温度を1400℃以上1600℃未満の温度に保
    ち、減圧下で析出させ、10〜40重量%のホウ素、3
    5〜55重量%の窒素および3〜40重量%のケイ素を
    主構成元素とする非晶質材料を形成することを特徴とす
    る透明なBN系セラミックス材料の製造方法。
JP61106581A 1986-05-12 1986-05-12 透明性bn系セラミツクスの製造方法 Granted JPS6283379A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58145665A (ja) * 1982-02-24 1983-08-30 平井 敏雄 透光性Si―N―B系非晶質材料およびその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58145665A (ja) * 1982-02-24 1983-08-30 平井 敏雄 透光性Si―N―B系非晶質材料およびその製造方法

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