大強度パルスイオンビームによる超高硬度材料の創製

使用高强度脉冲离子束创建超硬材料

基本信息

批准号：
10875134
负责人：
八井浄
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

我々が世界で初めて提案した大強度パルスイオンビーム蒸着法(Ion Beam Evaporation:IBE)を用いて、超高硬度材料の創製を、特に薄膜化の観点から研究し、下記の成果を得た。作成を試みた材料は、β-C_3N_4、B_4C、Ti-Al金属間化合物等の超硬度材料である。1)大強度パルスイオンビーム(Light Ion Beam:LIB)をメラミン樹脂ターゲットに照射して高密度プラズマ化し、隣接する基板(Si)上に堆積を試みた。成膜速度は5nm/ショットである事、基板温度を上昇するとCNの三重結合が成長する事、温度上昇と共に窒素の含有量が増大する事、硬度は1GPaである事、薄膜表面のモフォロジーは極めて良好である事、等が判明した。真空中で、基板加熱の有無に関わらず、CN薄膜化に成功した事は世界で初めてである。2)LIBをB_4Cターゲットに照射し、Si(100)基板上に成膜を試みた。薄膜のフーリエ赤外吸収分光による化学結合状態は、B_4C標準資料と同じスペクトルを示し、X線回折ではB_4C構造で結晶化している。ビッカーズ硬さは16GPaで、硬質材料として十分な硬度であり、モフォロジーが良く、剥離の無い、硬質薄膜の作成に成功した。3)LIBをTi-Al合金ターゲットに照射し、基板(ガラス又はSi)上に成膜を試みた。真空中、基板加熱無しで、Ti_3Al膜が作成され、(002)面に配向する事、基板加熱すると(002)面への配向性が強くなる事、等が判明した。

利用我们在世界上首次提出的高强度脉冲离子束蒸发（IBE），我们研究了超高硬度材料的创造，特别是从减薄的角度，并获得了以下成果。我们尝试制造的材料是β-C_3N_4、B_4C和Ti-Al金属间化合物等超硬材料。 1) 我们用高强度脉冲离子束 (LIB) 照射三聚氰胺树脂靶材以产生高密度等离子体，并尝试将其沉积在相邻的基板 (Si) 上。成膜速率为5 nm/shot，CN的三键随着衬底温度的升高而生长，氮含量随着温度的升高而增加，硬度为1 GPa，薄膜表面的形貌极其显着条件很好。这是我们在世界上首次成功地在真空中（无论有或没有基板加热）制造 CN 薄膜。 2)我们用LIB照射B_4C靶材并尝试在Si(100)衬底上沉积薄膜。傅里叶红外吸收光谱显示薄膜的化学键态与B_4C标准材料的光谱相同，X射线衍射表明其以B_4C结构结晶。维氏硬度为16 GPa，对于硬质材料来说已经足够了，我们成功地制造了形态良好、无剥落的硬质薄膜。 3）我们将LIB照射到Ti-Al合金靶上，并尝试在基板（玻璃或Si）上形成薄膜。发现在不加热衬底的情况下在真空中形成Ti_3Al膜并且在(002)面取向，并且当加热衬底时在(002)面的取向变得更强。