JPS63100156A - 蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ基合金 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ　−ＡＡ基合金に係り、特に
その高透磁率を利用したヘッド材や磁気記録材料の下地
材料として用いられる薄膜の製造に好適な蒸着用Ｆｅ−
Ｓｉ−Ａｌ１基合金に関する。

［従来の技術］ 非磁性基板上に磁性合金薄膜を形成した磁気記録材料は
周知である。

この磁気記録材料の薄膜を製造する方法としては、スパ
ッタリングや真空蒸着、イオンブレーティング等の蒸着
法が広く用いられている。

特にスパッタリング法は、均一な内部組成で一定の合金
元素を含んだターゲツト材が得られさえすれば、スパッ
タリング装置内の圧力をコントロールしながら組成的に
均一な薄膜を得ることができる点で有利である。

磁性合金薄膜を形成する強磁性合金としては、ニッケル
合金、コバルト合金、Ｆｅ−Ｓｉ基合金などが従来より
用いられている。

しかして、ＦｅにＳｉあるいはＡｌ２を加えると磁性が
改善されることから、これら元素を同時に添加した互ｅ
−３ｉ−Ａｆｔ系合金もすぐれた磁性を示すものと予想
され、高透磁率を有するセンダストが発見されている。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金のうち、５〜１１％Ｓｔ、３〜
８％Ａｊ２の組成範囲で高い透磁率が現われる。そして
、９．５％Ｓｉ、５．５％Ａｉ合金ではＫ　Ｉ＝Ｏ１λ
ｓ＝０となり、最高の透磁率が得られることが知られて
いる。これらは、特に、近年は薄膜ヘッドとして注目さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来より用いられている磁性合金について種々検討を重
ねたところ、酸素、窒素、硫黄、炭素、その他金属酸化
物等の介在物が比較的多量に含まれており、得られる薄
膜の磁気特性に多大な悪影響をもたらすことが認められ
た。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記従来の実情に鑑み、不純物含有量の少ない
高特性磁性薄膜を安定かつ効率的に得ることができる蒸
着用Ｆｅ−３ｉ　−ＡＩｌ基合金を提供するべくなされ
たものであって、 Ｓｉ５〜１５重量％、ＡｆＬ３〜８重量％、Ｃａ及び／
又はＭＭｇ３００ｐｐ以下、０３０ｐｐｍ以下、８３０
ｐｐｍ以下を含有し、残部が実質的にＦｅであることを
特徴とする蒸着用Ｆｅ−３ｉ−Ａｌ基合金、 及び Ｓｉ５〜１５重量％、Ａ４２３〜８重量％、Ｔｉ、Ｚｒ
及びＣｒよりなる群から選ばれる１種以上３重量％以下
、Ｃａ及び／又はＭＭｇ３００ｐｐ以下、０３０ｐｐｍ
以下、８３０ｐｐｍ以下を含有し、残部が実質的にＦｅ
であることを特徴とする蒸着用Ｆｅ−５ｉ−Ａｊ２基合
金、を要旨とするものである。

即ち、本発明者は、蒸着用合金の不純物に起因する問題
を解決し、高特性磁性薄膜を得るべく、鋭意検討を重ね
た結果、蒸着用Ｆｅ−３ｉ−Ａｌ基合金中に、特定量の
Ｃａ及び／又はＭｇ、あるいは更にＴｉを含有させるこ
とにより、不純物含有量の少ない合金が得られ、しかも
Ｃａ及び／又はＭｇとＡｌ％Ｔｉとによるゲッタ作用に
より、蒸着雰囲気中のガス成分をも低減し、極めて高純
度で高特性の磁性薄膜を得ることができることを見出し
、本発明を完成させた。

以下、本発明につき詳細に説明する。

なお、本明細書において、１％」は「重量％」を表すも
のである。

本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ−ＡＩｌ基合金は、真空蒸着
あるいはスパッタリング、イオンブレーティング等の蒸
着用材料として用いられ、磁性薄膜の製造等に利用され
るものであって、その組成は、下記の通りである。

Ｓｉ：５〜１５％ Ｆｅ：残部 Ａｌ　：　３〜８％ Ｔｉ、Ｚｒ及びＣｒよりなる群から選ばれる１種以上：
含有せず（第１の発明）あるいは３％以下（第２の発明
） Ｃａ及び又はＭｇ　：　３００ｐｐｍ以下０　　：３０
ｐｐｍ以下 Ｎ　　：３０ｐｐｍ 以下に本発明の合金組成の限定理由について説明する。

本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ−ＡＩｌ基合金において、Ｓ
ｉは５〜１５％とする。これは、この範囲のＳｉ含有率
にて、極めて高い透磁率が得られるためであって、特に
Ｓｔ含有率８〜１２％とすることにより、著しく高い透
磁率が得られる。Ｓｉは透磁率の増大の他、電気抵抗の
増大に作用し、交流磁場における損失を低減することが
できる。

更に圧延加工や打抜き等の加工性や熱処理性を向上させ
ることができる。

Ａｌは磁性の改善に有効に作用する。このため、Ｆｅ−
３ｉ−ＡＩｌ基合金では、高透磁率センダストが発見さ
れており、例えば５〜１１％５ｉ−３〜８％Ａｊ２−Ｆ
ｅで高い透磁率が得られ、９．５％Ｓｉ−５，５％Ａｊ
２−Ｆｅで最高の透磁率が得られる。また、Ｆｅ−３ｉ
−Ａｌ基合金は高硬度で耐摩耗性に優れるという利点も
ある。しかしながら、ＡＩｌをあまりに多く含有すると
、磁気特性や加工性に悪影響を及ぼすことから、本発明
においてはＡｌｌは３〜８％、特に５〜８％とする。

ところで、一般にＦｅ−３ｉ−ＡＩｌ基合金は、その鋳
塊に巣やピンホールが生じやすく、また加工中に欠けや
クラックなどが入りやすいという欠点があるが、Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｃｒの添加により、これを改善することができる
。Ｔｉ％Ｚｒ、Ｃｒの添加量は多過ぎると磁気特性に悪
影響を及ぼすことから、これらの添加量は、３％以下と
する。

ところで、Ａｌ２及びＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒは、また、合金
の溶製を行なう際に、Ｃａ、Ｍｇと共に合金の清浄化に
作用し、また蒸着雰囲気中にてガス成分を捕捉するゲッ
タ作用をも有する。ただし、Ａｌ２、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ
はその量があまりに多過ぎ、合金特性に影響を及ぼす量
であっては好ましくなく、このため本発明においては、
前述の如く、Ａｌ２は３〜１８％、Ｔｉ、Ｚｒ％Ｃｒは
３％以下である。なお、Ａβ又はＴｉ、Ｚｒ％Ｃｒは、
固溶Ａｆｔ又は固溶Ｔｉの形態で合金中に存在すること
により、本発明の効果を奏するものであるので、Ａλ又
はＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒの存在形態は固溶状態であることが
重要である。

Ｃａ、Ｍｇは前述の如＜Ａｌ２及び／又はＴｉと共に合
金の清浄化に作用し、またゲッタ作用を奏する。Ｃａ及
びＭｇは、その含有量があまりに多過ぎると合金特性に
影響を及ぼし、また、金属間化合物の析出により合金を
脆くすることがある。

このため、本発明においてはＣａ及び／又はＭｇの含有
量は３００ｐｐｍ以下とする。一方、Ｃａ及び／又はＭ
ｇの含有量は少な過ぎてもＣａ、Ｍｇによる十分な清浄
化作用及びゲッタ作用が現れない、このようなことから
、Ｃａ、Ｍｇ含有量は、各々、５〜１１００ｐｐの範囲
、好ましくは各々１０〜５０ｐｐｍの範囲とするのが好
ましい、なお、ＣａはＣａＯないしＣａＯ−Ａｌ１２０
ａの形態では本発明の効果は奏し得す、同様に、Ｍｇは
ＭｇＯの形態では本発明の効果を臭し得ないことから、
合金中のＣａ、Ｍｇの存在形態は金ｆｉｃａ、金属Ｍｇ
であることが重要である。

合金中の０、Ｎの量が多いと、蒸着に使用した際に、蒸
着雰囲気の真空度を悪化させたり、また良好な蒸着が行
なえず、高特性の磁性薄膜が得られない。このため、合
金中の０含有量は３０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐ
ｍ以下、Ｎ含有量は３０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐ
ｐｍ以下とする。

なお、本発明において、Ｍｎ％　Ｐ％Ｓ等の不純物が合
金中に不可避的に含有されるのは、特に問題とはならな
いが、上述したことと同様の理由から、本発明において
、合金中の他の不純物はできるだけ少なくするのが良く
、例えば、Ｍｎ含有量はｏ、ｏｏｓ％以下、Ｐ含有量は
５０ｐｐｍ以下、Ｓ含有量は１０ｐｐｍ以下とするのが
好ましい。

このような本発明の蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ１基合金は
、例えば、以下に説明する方法に従って製造することが
できる。

即ち、まず、合金化のためのＳｉ％Ｆｅ、Ａｌ場合によ
りＴｉ％Ｚｒ及びＣｒの１種以上の金属又は合金材料を
、内面がＣａＯ質耐火材で構成された容器中で、真空又
はアルゴン等の不活性ガス霊囲気等の非酸化性雰囲気に
て、常法例えば高周波あるいは低周波誘導加熱法等で加
熱して溶解することにより、所望の組成の合金溶湯を得
る。

本発明において、用いられる容器の内面を構成するＣａ
Ｏ質耐火材としては、カルシア（Ｃａｂ）、ラルナイト
（安定化２Ｃａｏ・ｓ　ｉ　Ｏ２）　、メルウィナイト
（３ＣａＯ・Ｍｇ０・２Ｓｉ０２）、アノルサイト（Ｃ
ａＯ・ＡＪＺ２０３　・２Ｓ　ｉ　０２　）ならびにＣ
ａＯを富化したドロマイト等が挙げられるが、特に、電
融カルシアが好適である。

このようなカルシア質炉材は、そのＣａＯ含有率が４０
％以上、特に６０％以上のものが好ましい。

ＣａＯは高融点であると共に、高温で極めて安定であり
、溶製にあたり、金属酸化物を生成して溶湯を不純物に
より汚染することがなく、高清浄な溶湯を得ることが可
能とされる。

特に、ＣａＯ含有量の高いＣａＯ質耐火材で内面が構成
された容器を用いた場合には、脱０、脱Ｓ、脱介在物等
の精錬作用も奏され、極めて有利である。

しかも、溶湯中にＡｆＬあるいはＡｆｌ及びＴ１１Ｚｒ
、Ｃｒが存在するため、溶湯中の脱０、脱Ｓが行なわれ
、これに伴フて脱Ｎも起こる。また、炉壁材のＣａＯと
Ａｌとの反応により溶湯中へのＣａの溶出もおこる。即
ち、Ａｌは溶湯中の０及び炉壁のＣａＯと溶湯中のＳと
反応してＣａＯ＋５−Ｃａ５＋０ となって生じた０と反応して、 ２Ａｆｔ＋３０＝Ａｉ２０ｓ となり、Ａｕ２０３を生じる。また溶湯中のＡｌは炉壁
のＣａＯと反応して ２Ａｊ２＋３ＣａＯ−Ａｌ１２０ｘ　＋３Ｃａ　（ｇ）
となり、これによってもＡｕ２２０３が生じる。

（この場合、生じたＣａは、ガスとなって系外に抜ける
が、一部が合金中に残留して、本発明の合金のＣａ含有
量を溝足させる。） ＡｆＬｚ　Ｏｓは次式の如く炉壁のＣａＯと反応して、
３ＣａＯ・Ａｌ１２０ｘ又は１２ＣａＯ・７　Ａ　Ｊｌ
　２０　ｓの活性な層が炉壁表面に形成される。

Ａｕ２２０３　＋３ＣａＯｍ３ＣａＯ−ＡｆＬ２０ｓフ
Ａｊ！２０ｓ　＋１２ＣａＯ−＋ １２ＣａＯＩ　７Ａｊ！２０ｓ この１２Ｃａ０　・７ＡｆＬ２０３及び３Ｃａｏ・Ａｌ
１２０ｘ　、特に３ＣａＯ・Ａｌ２２０ｘは溶湯の脱Ｓ
能が高く、脱Ｓが良好に進行する。

このように、Ａｌ２により脱０が、またＡｕ２の還元作
用により生じた活性な３ＣａＯ・Ａｕ２０ａ、１２Ｃａ
Ｏ＊　７ＡＪ！２０ｓやＣａＯにより脱Ｓが行なわれる
。

また、耐火材がＣａＯ−ＭｇＯ系の容器を用いて溶製を
行なった場合、Ｃａと共にＭｇの溶出も見られ、溶湯中
に金属態Ｍｇが残留し、Ｃａと同様に蒸着時にゲッタ作
用を奥し、その効果を補完し、更に強力なものとする。

即ち、炉壁のＭｇＯは ３Ｍｇ０＋ＣａＯ＋２Ａ　Ｊｌ− ＣａＯ・　ＡｆＬ２０ｓ　　＋３Ｍｇ　　Ｃｇ）となり
、生じたＭｇの一部が合金中に残留する。

また溶湯中のＮは前述のＡｆｌとＣａＯとの反応により
生じたＣａ等の蒸発（沸騰）等に伴って溶湯中から離脱
し、溶湯中のＮ量も低減される。

Ｔｉが加わった場合、Ａｎの作用を補完し、更にＡｕ２
と同様の作用により脱０、脱Ｓ１脱Ｎを行なう。

従って、内面がＣａｌ′Ｊ（耐火材で構成された容器中
で溶製を行なうことにより、本発明の低ｏ１低Ｎ含有量
のＦｅ−Ｓｉ−Ａｆｔ基合金を容易に得ることができる
。

ところで、本発明においては、内面がＣａＯ買耐火材で
構成された容器中にて溶製する際に、ＡｆｔあるいはＡ
ｌｌ及びＴｉ、Ｚｒ５Ｃｒの内の元素を冷却固化後のＡ
ｉ、Ｔｉ残留量が本発明の範囲、即ち、Ａｕ３〜８％あ
るいはＡｕ３〜８％及びＴｉ％Ｚｒ、Ｃｒ３％以下とな
るように添加するのであるが、溶製に用いる容器の内面
を、特にＣａＯ及びＭｇＯ（ＭｇＯ含有率６０〜１５％
）のカルシア系耐火物よりなるものとすることにより、
ＡｉあるいはＡｌ及びＴｉ、Ｚｒの添加により、溶湯中
へＣａだけでなくＭｇの溶出も認められ、得られる合金
中のＣａ、Ｍｇ含有量を容易に本発明の範囲即ち３００
ｐｐｍ以下とすることができる。

このようにして得られた合金溶湯を、常法に従って非酸
化性雰囲気下で鋳造する。

このような方法によれば、Ｓｉ５〜１５％、Ａ４２３〜
８％、場合によりＴｉ、Ｚｒ及びＣｒの１種以上３％以
下、Ｃａ及び／又はＭＭｇ１００ｐｐ以下、０３０ｐｐ
ｍ以下、ＮＮ３０ｐｐ以下を含有し、残部が実質的にＦ
ｅである本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ−Ａｌ基合金を極め
て容易に製造することができる。

［作用］ 本発明の蒸着用Ｆｅ−５ｉ−Ａｆ１基合金は、０、Ｎ含
有量が少ないため、高特性の磁性薄膜を得ることができ
る。

また、本発明の蒸着用Ｆｅ−５ｉ−Ａｌ基合金に含有さ
れるＡｌ１及びＴｉ％Ｃａ％Ｍｇは、真空蒸着又はスパ
ッタリング等の蒸着雰囲気中にて、４ＡＪ！＋３０２→
２Ａｆ１２０３ ２　Ａ　ＪＺ＋　Ｎ　２→２ＡｆＬＮ ２　Ｃａ　＋　０２　＝　２　Ｃａ　０３Ｃａ＋Ｎ２−
＊Ｃａ３　Ｎ２ のように反応して、雰囲気中のガス成分を低下させる、
いわゆるゲッタ作用を奏する。

Ｔｉ％Ｍｇについても同様にそれぞれＡｌ。

Ｃａの作用を下式のように補完して良好なゲッタ作用を
奏する。

Ｔ　ｉ　＋０２→Ｔｉ０２ Ｔ　ｉ　＋０２→Ｔｉ０２ ２　Ｍ　ｇ　＋　０２→２ＭｇＯ ３Ｍ　ｇ　Ｏ＋　Ｎ　２−　Ｍ　ｇ　３Ｎ　２また、Ｚ
ｒ％Ｃｒについても同様なゲッター作用が期待される。

このため、蒸着時の薄膜形成安定性及び形成速度を向上
させると共に、得られる薄膜は高純度で磁気特性が大幅
に改善され、高特性薄膜を高生産効率で製造することを
可能とする。

［実施例］ 以下、実施例について説明する。

実施例１ 第１表に示す組成のＦｅ−３ｉ基合金を蒸着用材料とし
て用い、下記仕様のスパッタリング装置にて、直径１０
ｃｍのガラス基盤上に薄膜を形成した。なお、基盤加熱
温度は１５０℃とした。

スパッタリング装置イ様 マグネトロンタイプ高周波スパッタリング装置最大比カ
ニＩＫＷ 到達真空度：　１０−７ｔｏｒｒ タ一ゲツト寸法：１００ｍｍ（φ）ｘ、３ｍｍ（ｔ）第
　１　表（Ｃａ、　Ｏ，Ｎはｐｐｍ５他は％）アルゴン
ガス圧、スパッタ時間を変えて、各蒸着用材料により形
成された薄膜の膜厚及び膜厚のばらつきを調べた結果を
、それぞれ第２表、第３表に示す。

第　　２　　表 第　　３　　表 ＊　一部剥離 第２表、第３表より、本発明の蒸着用Ｆｅ−５１−Ａｌ
基合金は、剥離もなく、また膜形成効率が高いことのみ
ならず、形成時の安定性が向上し、ばらつきが少ないこ
とが判明した。

実施例２ 実施例１で用いたスパッタリング装置及び基盤を用い、
第１表の歯、１〜８の蒸着用合金にて、Ａｒ圧又は基板
加熱温度を変えて、それぞれ３μｍ厚さの薄膜を形成し
て高透磁率薄膜を作成した。なお、スパッタ電圧は３０
０Ｗで行なった。

得られた高透磁率材料薄膜の保磁力Ｈａ（Ｏｅ）を調べ
、基盤加熱温度との関係を第４表に示す。

第４表（Ａｒ圧：　４　ｘ　１Ｏ−２ｔｏｒｒ）第４表
より、本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ−Ａｌｌ基合金によれ
ば、極めて保磁率の低い高透磁率な磁性材料が得られる
ことが認められる。また、基盤加熱等の生産上手数がか
かる工程も省略することができ、工業上極めて有利とな
る。

実施例３ 実施例２において、動、１及び５の合金材料より基盤加
熱温度２００℃、Ａｒ電圧　Ｘ　１０−２ｔｏｒｒにて
得られた磁気記録材料について、その磁気特性を調べた
結果を第５表に示す。

第　　５　　表 第５表より、本発明の蒸着用Ｆｅ−３Ｌ−Ａｌ１基合金
により得られる磁気ヘッド材料はヒステリシス特性に優
れ、極めて高特性のものであることが認められる。

［発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明の蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ基
合金は、０、Ｎ含有量が少ない上に、Ａｌ２．あるいは
Ａｌ及びＴｉとＣａ、Ｍｇによるゲッタ作用により、蒸
着雰囲気中のガス成分が大幅に低減される。

このため、蒸着による膜形成安定性及び膜形成速度が向
上されるとともに、得られる薄膜は高純度で極めて磁気
特性に優れたものとなる。

従って、本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ−ＡｆＬ基合金によ
れば、高特性薄膜を高効率で得ることができ、本発明の
蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ基合金は、高透磁率材料の薄膜
製造用蒸着材料として極めて有用である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ５〜１５重量％、Ａｌ３〜８重量％、Ｃａ及
   び／又はＭｇ３００ｐｐｍ以下、Ｏ３０ｐｐｍ以下、Ｎ
   ３０ｐｐｍ以下を含有し、残部が実質的にＦｅであるこ
   とを特徴とする蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ基合金。
2. （２）Ｓｉ５〜１５重量％、Ａｌ３〜８重量％、Ｔｉ、
   Ｚｒ及びＣｒよりなる群から選ばれる１種以上３重量％
   以下、Ｃａ及び／又はＭｇ３００ｐｐｍ以下、Ｏ３０ｐ
   ｐｍ以下、Ｎ３０ｐｐｍ以下を含有し、残部が実質的に
   Ｆｅであることを特徴とする蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ基
   合金。