JPS63206466A - 蒸着用Ｆｅ−Ｓｉ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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は蒸着用Ｆｅ−Ｓｔ基合金に係り、特に磁気記録
材料として用いられる薄膜の製造に好適な蒸着用Ｆｅ−
５ｉ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ｌ１ｆ１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、コバルト合金のほか、鉄基合金などが従来より用
いられている。

しかして、近年、Ｆｅに数パーセントのＳｔを加えると
、容易に磁気特性が改善され、しかも経時変化による特
性の劣化が少なくなることが発見され、それ以来、Ｆｅ
−Ｓｔ合金は電気機器の磁心材料等として広く用いられ
てきた。Ｆａ−Ｓｔ合金板（帯）は飽和磁束密度が高く
、不断の研究により特性も非常に向上している上、多量
かつ安価に製造できるので、回転機や変圧器などのいわ
ゆる電力用機器の磁心材料として欠くことのできない材
料であり、磁性材料としては最も多量に使°われている
。

現在、市販されているＦｅ−ＳＬ合金板（帯）のＳｉ含
有量は０．２５〜５％である。Ｆｅ−Ｓｉ合金は、Ｓｉ
含有量が多いほど抵抗率が増し、同一の製法で作ったも
のなら透磁率も高く鉄損も低くなる。しかしながら、飽
和磁束密度が低くなり、圧延がむずかしくなる上、製品
も脆く、剪断や打抜きなどの加工も困難になる。

Ｆｅ−Ｓｉ合金のうち、特にＦｅ−６，５Ｓｉ合金は、
高周波用トランスヘッド材等として高い特性を有し、今
後その活用が注目されている。現在において、Ｆｅ−６
，５Ｓｉ合金の圧延は困難であるため、蒸看法による薄
帯の作製が有望視されている。

［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−Ｓｉ基合金を提供するべくなされたものであ
って、 Ｓｉ２．５〜１０重量％、ＡｆＬｔ、５重量％以下及び
／又はＴｉ０．５重量％以下、Ｃａ１Ｏ〜１１００ｐｐ
以下、０５０ｐｐｍ以下、３２０ｐｐｍ以下、ＮＮ３０
ｐｐ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−Ｓｉ基合金中に、特定量のＣａと
Ａ１及び／又はＴｉと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とＡ１及び／
又は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ｆｆ
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、本発明につぎ詳細に説明する。

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−３ｔ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：２．５〜１０ Ｆｅ：残部 Ａｊ！：０．５％以下及び／又はＴｉ：０．５％以下 Ｃａ：１０〜１ｏｏｐｐｍ以下 ０　　：５０ｐｐｍ以下 Ｓ　　：２０ｐｐｍ以下 Ｎ　　：３０ｐｐｍ以下 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−３ｔ基介今においてＳＬは２．５
〜１０％とする。これは、前述の如く、Ｆｅ−Ｓｉ基合
金においてＳｉ含有量が多い程抵抗率が増し、透磁率も
高くなるものの、あまりにＳｉ含有量が多いと飽和磁束
密度が低くなり加工性が低下するためであって、Ｓｉ含
有量は２．５〜１０％とすることにより、最も優れた特
性が得られる。

ＡＪ２及び／又はＴｉは、合金の溶製を行なう際に、Ｃ
ａ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有する。ただし、Ａｆ
Ｌ及び／又はＴｉ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、Ａｆｔ、５％以下、Ｔｉ０．５％以下
とする。

当然のことながら、Ａｎ及び／又はＴｉは、その量があ
まりに少な過ぎると上記清浄化作用及びゲッタ作用によ
る十分な効果が得られない。

本発明においては、Ａ１及び／又はＴｉは、Ａ４２０．
００５〜Ｏ，，５％及び／又はＴｉ０．５％以下、より
好ましくはＡＪ２０．０５〜０．２％及び／又はＴｉ０
．２％以下含有させるのが望ましい。なお、Ａｕ２又は
Ｔｉは、固−５ＡＡ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
、ＡＪＬ又はＴｉの存在形態は固溶状態であることが重
要である。

なお、本発明のＦｅ−５ｉ基合金において、八β、Ｔｉ
の添加は磁性の向上にも有効である。

Ｃａは前述の如＜Ａｎ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含
有量は１１００ｐｐ以下とする。一方、Ｃａ含有量は少
な過ぎてもＣａ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含有量は１０〜１１００ｐｐ
の範囲とする。なお、ＣａはＣａＯないしＣａ０−Ａｌ
２Ｏ２の形態では本発明の効果は臭し得ないことから、
合金中のＣａの存在形態は金属Ｃａであることが重要で
ある。

合金中のＯ，Ｓ％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００含有量は５０ｐｐｍ以下、好ましくは２０
ｐｐｍ以下、Ｓ含有量は２０ｐｐｍ以下、好ましくは１
０ｐｐｍ以下、Ｎ含有量は３０ｐｐｍ以下、好ましくは
１０ｐｐｍ以下とする。

なお、本発明において、Ｍｎ、Ｐ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０．００５％以下、Ｐ含有量は５０ｐ
ｐｍ以下とするのが好ましい。

このような本発明の蒸着用Ｆａ−５ｔ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、量化のためのＦｅ％　Ｓｔ、ＡｆＬ及
び／又はＴｉ等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
活性ガス雰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　１０２　）　、メルウィナイト
（３ＣａＯ・Ｍｇ０・２　Ｓ　１０２　）　ｓ　アノル
サイト（ＣａＯ−ＡＪ１２０ｇ　・２ＳｉＯ２）ならび
にｃａｏ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Ｓ１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Ａｉ及び／又はＴｉが存在するため、
溶湯中の脱ｏ１脱Ｓが行なわれ、これに伴って脱Ｎも起
こる。また、炉壁材のＣａＯとＡ１との反応により溶湯
中へのＣａの溶出もおこる。即ち、Ａｉは溶湯中の０及
び炉壁のＣａＯと溶湯中のＳと反応して Ｃａ　Ｏ＋５−４Ｃａ　Ｓ　＋　０ となりて生じた０と反応して、 ２Ａｊ２＋３Ｏ−Ａｆ２０ｚ となり、Ａｆ１２０ｓを生じる。また溶湯中のＡ℃は炉
壁のＣａＯと反応して ２Ａｊ２＋３ＣａＯ＝Ａ１１．２ｏｆｆ　＋３　Ｃａ　
（ｇ）となり、これによってもＡｕ２　Ｑ、が生じる。

（この場合、生じたＣａは殆ど溶解せずに、ガスとなっ
て系外に抜、けるが、一部が合金中に歿留して、本発明
の合金のＣａ含有量を満足させる。）Ａｌ２Ｏ３は次式
の如く炉壁のＣａＯと反応して、３ＣａＯ−Ａｉ２０ａ
又は１２ＣａＯ・７ＡＩ１２０３の活性な層が炉壁表面
に形成される。

Ａ１２ｏ３＋３ＣａＯ→３Ｃａｏ−ＡＪ：Ｌ２ｏ３７Ａ
ｉ２０３＋１２ＣａＯ− １２ＣａＯ・フＡλ２０３ この１２Ｃａ０　・７Ａｊ２２０ｓ及び３ＣａＯ・Ａｌ
２２０３、’特に３Ｃａｏ−Ａ１２０３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、ＡＪｌにより脱Ｏが、またＡ℃の還元作用
により生じた活性な３ＣａＯ・Ａｌ１２０３．１２Ｃａ
Ｏ＋　７Ａｊ２２０ｓやＣａＯにより脱Ｓが行なわれる
。

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もＡＪ２と同様の作用により脱ｏ１脱Ｓ。

脱Ｎを行なう。

従って、内面がＣａＯ質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０、低Ｓ１低Ｎ含有
量のＦｅ−５ｉ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質耐火材で
構成された容器中にて溶製する際に、Ａ℃及び／又はＴ
ｉを冷却固化後のＡｆｌ及び／又はＴｉ残留量が本発明
の範囲、即ち１．ｌ！０．　５％以下及び／又はＴｉ０
．５％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、特に電融カルシアよりなるものとす
ることにより、Ａρ及び／又はＴｉの添加により溶湯中
へのＣａのコンタミを低減し、得られる合金中のＣａ含
有量を容易に本発明の範囲即ち１０〜１００ｐＰｒｎ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、Ｓｉ２．５〜１０％、ＡＪ！
０．５％以下及び／又はＴｉ０．５％以下、Ｃａ１Ｏ〜
１１００ｐｐ’、０５０ｐｐｍ以下、Ｓ２Ｏｐｐｍ以下
、ＮＮ３０ｐｐ以下を含有し、残部が実質的にＦｅであ
る本発明の蒸着用Ｆｅ−３ｉ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−３ｉ基合金は、０、Ｓ、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−３ｉ基合金に含有されるＡ
１及び／又はＴｉ、Ｃａは、真空蒸着又はスパッタリン
グ等の蒸着７囲気中にて、４ＡｊＺ＋３０２−＊２ＡＪ
２２　ｏｓ２ＡＩｌ＋Ｎ２→２ＡｆｆｉＮ ２　Ｃａ　＋　０２−＋　２　Ｃａ　０３Ｃａ＋Ｎ２−
＊Ｃａｓ　Ｎ２ （Ｔｉについても同様） のように反応して、７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。

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。

［実施例コ 以下、実施例について説明する。

実施例１．２、比較例ｌ ＣａＯ買炉にて溶解、鋳造を行なって、第１表に示す組
成の’Ｆ　ｅ　−Ｓ　ｉ基合金を得た。

第１表に示す組成の各Ｆｅ−５ｉ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１
０ｃｍ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仕様 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１ｋｗ 到達真空度：　１０−７ｔｏｒｒ タ一ゲツト寸法：　１００ｍｍ（φ）ｘ３ｍｍ（ｔ）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を調べた結果を、それぞれ第
２表、第３表に示す。

第　　３　　表 第２表、第３表より、本発明の蒸着用Ｆｅ−５ｉ基合金
は、剥離もなく、また膜成形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。

また、前述のスパッタリング装置及び基盤を用い、第１
表の各蒸着用合金にて、Ａｒ圧又は基盤加熱温度を変え
て、それぞれ３μｍ厚さの薄膜を形成して高透磁率薄膜
を作製した。なお、スバ・ツタ電圧は３００Ｗで行なっ
た。

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

第　　４　　表 第４表より、本発明の蒸着用Ｆｅ−５ｔ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、基盤加熱等の工程も省略するこ
とができ、工業上極めて有利となる。

次に、第１表の各合金材料より基盤加熱温度２００℃、
Ａｒ圧１ｘｌＯ−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−３ｔ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−３ｔ基合金は
、０、Ｓ、Ｎ含有量が少ない上に、Ａｊ２及び／又はＴ
ｉとＣａ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−５ｉ基合金によれば、高
特性薄膜を高効率で得ることかでき、木発明の蒸着用Ｆ
ｅ−５ｔ基合金は、光磁気記録材料の薄膜製造用蒸着材
料として極めて有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ２．５〜１０重量％、Ａｌ０．５重量％以下
   及び／又はＴｉ０．５重量％以下、Ｃａ１０〜１００ｐ
   ｐｍ以下、Ｏ５０ｐｐｍ以下、Ｓ２０ｐｐｍ以下、Ｎ３
   ０ｐｐｍ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基合金。