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JPS635328B2 - - Google Patents
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JPS635328B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS635328B2
JPS635328B2 JP5892881A JP5892881A JPS635328B2 JP S635328 B2 JPS635328 B2 JP S635328B2 JP 5892881 A JP5892881 A JP 5892881A JP 5892881 A JP5892881 A JP 5892881A JP S635328 B2 JPS635328 B2 JP S635328B2
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JP
Japan
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boron
mob
structural material
substrate
layer
Prior art date
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Expired
Application number
JP5892881A
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Japanese (ja)
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JPS57175726A (en
Inventor
Masaki Aoki
Shigeru Yoshida
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、ホウ素構造材の製造方法に関するも
ので、ホウ素構造材を構成するホウ素の膜質や機
械的性質を向上させるとともにホウ素構造材のコ
ストダウンを計ることを目的とするものである。 ホウ素Bは、ダイヤモンドに次ぐ硬度を持ちか
つその耐摩耗性も非常に大きいものであるため切
削工具や摺動機械部品、軸受けなどに有用な材料
である。また、比弾性率(弾性率/密度)が現在
知られている物質中では、最大という優れた特徴
をもつている。この性質は、音波の伝播速度が既
存の物質中で最大であることを意味し、音響材料
として特に有用である。 ホウ素応用製品を鋳造や圧延といつた方法によ
つて、緻密な塊の状態で得ることは困難なことで
ある。このため種々のホウ素応用製品の製作にあ
たつては、ほとんどの場合、硼素以外の材料から
なる基体上に、蒸着法や、スパツタリング法、化
学蒸着法(CVD法)などによつて、ホウ素被膜
を形成した複合体として用いられる。 このような従来の方法は、ホウ素の硬さやその
優れた耐摩耗性を利用しようとする製品の場合に
は、大きな支障を生じることがない。ところが比
弾性率の大きさを利用するスピーカーの振動板
や、カートリツジのカンチレバー等の音響材料あ
るいは、ビデオデイスクのカンチレバー等に用い
ようとする場合にはきわめて重大な支障となる。
すなわち複合体の密度や弾性率は、基体の性質に
大きく左右され、ホウ素本来の性質がそれによつ
て大きく滅殺されるからである。また従来タンタ
ル(Ta)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、タ
ングステン(W)等の線(0.2〜0.4mmφ)にホウ
素をCVD法により蒸着させ、その後これらの芯
線を溶解除去してホウ素単体を得ることが可能と
なつているが、振動板や、ビデオデイスクのカン
チレバー等の大きな形状のものをこれらの芯線や
基体で、歩留り良く作成するのは基体との熱膨張
の違いや、蒸着されたホウ素の内部応力のため困
難であつた。特にMoやW等の安価な芯材でホウ
素単体の大きな構造材を歩留り良く作成するのは
困難であつた。 本発明者は、クロムでメタライズされたMo基
体上に減圧化学蒸着法(LP―CVD法)によりホ
ウ素を析出させ、その後熱処理によりMo表面
に、MoB2、Mo2B5あるいは、これらの混合結晶
層を形成し、この上にホウ素層を析出させること
により、機械的強度があり、しかも歩留りの良い
ホウ素被膜を得ることができる方法を提供するも
のである。 以下本発明を具体的に説明する。 ホウ素をLP―CVD法により、基体上に形成す
る方法は、たとえば、減圧にされた反応器内にお
かれた基体を、赤外線加熱、高周波加熱、通電等
により加熱し、次式に示すごとき還元分解反応に
より硼素を析出させる。 2BX3+3H2→2B+6HX (ただし、XはCl、Br、I等のハロゲン元素) CVD法に使用する原料ガスとしては、BX3
他に、ホウ素の水素化物等もある。 また、このホウ素析出反応においては、加熱温
度、減圧状態、ガス圧、反応器への原料ガスの流
入量等により種々の結晶形態が得られる。 特に減圧状態では、上記の反応は700℃〜1000
℃でアモルフアスのホウ素が、1000℃〜1300℃で
β―ロンボヘドラルホウ素が得られる。特に常圧
CVDにくらべて、LP―CVD法は、低温でアモル
フアスホウ素やβ―ロンボヘドラルホウ素が析出
されるため、基体と蒸着ホウ素との間の熱的ひず
みが少なくて有利である。 Mo基体上にアモルフアスホウ素を700〜800℃
で析出させるのが好ましい理由は以下の通りであ
る。すなわち700℃以下では、析出速度が非常に
遅く、パウダー状で析出するため、熱処理によつ
てCrB2、MoB2、Mo2B5を作成するのが困難で
あるためであり、800℃以上では、基体Moとア
モルフアスホウ素層との間にひずみが入りやすい
ためである。次にこれらのアモルフアスホウ素層
を850〜1250℃の温度で熱処理することが好まし
い理由は、850℃以下ではCrB2、MoB2、Mo2B5
が生成しにくく、一方1250℃以上では、熱的なひ
ずみを生じやすいためである。また、Moのホウ
化物として、MoB2、Mo2B5あるいは、これらの
混合結晶を形成するのが好ましいのはこれらの結
晶系が、Mo2B、MoBにくらべてホウ素に近い
熱膨張係数を持つており、したがつて、ホウ素膜
にひずみが生じにくいためである。また、
MoB2、Mo2B5あるいはこれらの混合結晶層(拡
散層)の厚さを20μm〜200μmに選んだのは、
20μm以下では、ホウ素層とMo基体の熱ひずみを
緩和することができず、また200μm以上になると
基体自身がもろくなり保形性が保ちにくくなるた
めである。 また、MoにCrをメタライズするのは、ホウ素
とMoB2あるいはMo2B5との密着性を弱め、化学
的あるいは機械的に基体を除去しやすくするため
である。この場合Crは、ホウ素と反応し、CrB2
となり、ホウ素とMoB2あるいは、Mo2B5との間
の密着性を弱める働きをし、そのためエツチング
歩留りが向上するという効果がある。なおCrの
膜厚は、1μm程度であることが望ましい。 次いでこのホウ化物上にホウ素を蒸着させしか
るのち、化学的あるいは機械的に基体を除去し、
ホウ素単体から成る構造材を得る。以下本発明の
実施例を詳しく説明する。 実施例 直径2.0mm、長さ100cmのMo線を準備した。脱
脂、洗浄ののち、スパツタリング法で約1ミクロ
ンの厚みにCrを被覆した。次にCVD炉の中にこ
の線をおき、ロータリーポンプで炉内の空気を排
除し、通電により700℃に加熱した。次に三塩化
ホウ素BCl3 1容量部と、水素H2 3容量部を毎
分2の割合で4分間流し表面にアモルフアスの
ホウ素を形成した。この時減圧状態は、100Torr
になるようにロータリーポンプとバルブでコント
ロールした。その後BCl3のガスのみを止め、850
℃にて熱処理を3分間行ない、表面に形成された
アモルフアスのホウ素を下地側に拡散させ、
MoB2(20μm)とした。このときCr層は約1μmの
CrB2層になつていた。(X線解析の結果)。次い
で再びBCl3ガスを流し、基体芯線を1000℃に保
ち、6分間ガスを流した。これによりアモルフア
スホウ素が50μm析出した。このようにして作つ
た試料を4cmの長さに切断して、H2SO4とHNO3
の混合液に浸漬させ、MoおよびMoB2を溶解さ
せた。次に梁の長さを3.5cmとし、両端支持梁の
形で荷重Wを加えて、パイプが破壊した時の荷重
より求めた。その結果、切断したサンプル20本中
16本が(エツチング後)良品でその平均強度は
1.81Kgであつた。 これらの結果を第1表の試料No.1に示す。 以下条件を種々変化させて実施例と同様にして
ホウ素構造材を得た。その結果を第一表に示す。
ただし試料番号10〜14は比較例である。またすべ
ての試料は、内径と外径が、それぞれ2.0mm、2.1
mmと一定になるように(肉厚が50μmで一定)ホ
ウ素の析出量をコントロールした。
The present invention relates to a method for manufacturing a boron structural material, and aims to improve the film quality and mechanical properties of boron constituting the boron structural material and reduce the cost of the boron structural material. Boron B has a hardness second only to diamond and has very high wear resistance, so it is a useful material for cutting tools, sliding machine parts, bearings, and the like. It also has the excellent characteristic of having the highest specific elastic modulus (elastic modulus/density) among currently known materials. This property means that the propagation velocity of sound waves is the highest among existing materials, making it particularly useful as an acoustic material. It is difficult to obtain boron-applied products in the form of dense lumps by methods such as casting or rolling. For this reason, when manufacturing various boron-applied products, in most cases a boron coating is deposited on a substrate made of a material other than boron by vapor deposition, sputtering, chemical vapor deposition (CVD), etc. It is used as a complex formed by Such conventional methods do not pose any major problems in the case of products that take advantage of the hardness of boron and its excellent wear resistance. However, this poses an extremely serious problem when used in acoustic materials such as speaker diaphragms, cartridge cantilevers, etc., or video disk cantilevers, etc., which utilize the magnitude of specific elastic modulus.
That is, the density and elastic modulus of the composite are greatly influenced by the properties of the substrate, and the inherent properties of boron are thereby largely destroyed. In addition, conventionally, boron is deposited on tantalum (Ta), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. wires (0.2 to 0.4 mmφ) using the CVD method, and then these core wires are dissolved and removed to form pure boron. However, it is difficult to produce large-sized objects such as diaphragms and video disc cantilevers with a good yield using these core wires and substrates due to the difference in thermal expansion with the substrate and the fact that This was difficult due to the internal stress of boron. In particular, it has been difficult to produce a large structural material made of simple boron with a good yield using an inexpensive core material such as Mo or W. The present inventor deposited boron on a Mo substrate metallized with chromium by low-pressure chemical vapor deposition (LP-CVD method), and then deposited MoB 2 , Mo 2 B 5 , or a mixed crystal thereof on the Mo surface by heat treatment. The object of the present invention is to provide a method for obtaining a boron coating having mechanical strength and good yield by forming a layer and depositing a boron layer thereon. The present invention will be specifically explained below. A method for forming boron on a substrate by the LP-CVD method is, for example, by heating the substrate placed in a reduced pressure reactor by infrared heating, high frequency heating, energization, etc., and reducing it as shown in the following formula. Boron is precipitated by a decomposition reaction. 2 B _ Further, in this boron precipitation reaction, various crystal forms can be obtained depending on the heating temperature, reduced pressure state, gas pressure, amount of raw material gas flowing into the reactor, etc. Especially under reduced pressure, the above reaction can be carried out at temperatures between 700℃ and 1000℃.
Amorphous boron is obtained at 1000°C to 1300°C, and β-rombohedral boron is obtained at 1000°C to 1300°C. Especially normal pressure
Compared to CVD, the LP-CVD method is advantageous because amorphous boron and β-rombohedral boron are precipitated at low temperatures, so there is less thermal strain between the substrate and the deposited boron. Amorphous boron on Mo substrate at 700-800℃
The reason why it is preferable to precipitate with is as follows. In other words, at temperatures below 700°C, the precipitation rate is very slow and the precipitation occurs in powder form, making it difficult to create CrB 2 , MoB 2 , and Mo 2 B 5 through heat treatment. This is because strain easily occurs between the base Mo and the amorphous boron layer. Next, the reason why it is preferable to heat-treat these amorphous boron layers at a temperature of 850 to 1250°C is that below 850°C, CrB 2 , MoB 2 , Mo 2 B 5
This is because it is difficult to form, and on the other hand, at temperatures above 1250°C, thermal distortion is likely to occur. In addition, it is preferable to form MoB 2 , Mo 2 B 5 , or a mixed crystal of these as a boride of Mo because these crystal systems have a coefficient of thermal expansion closer to that of boron than Mo 2 B and MoB. This is because the boron film is less susceptible to strain. Also,
The thickness of MoB 2 , Mo 2 B 5 or their mixed crystal layer (diffusion layer) was selected to be 20 μm to 200 μm.
This is because if the thickness is less than 20 μm, thermal strain between the boron layer and the Mo substrate cannot be alleviated, and if the thickness exceeds 200 μm, the substrate itself becomes brittle and difficult to maintain its shape. Furthermore, the reason for metallizing Mo with Cr is to weaken the adhesion between boron and MoB 2 or Mo 2 B 5 and to make it easier to remove the substrate chemically or mechanically. In this case Cr reacts with boron and forms CrB 2
This has the effect of weakening the adhesion between boron and MoB 2 or Mo 2 B 5 , thereby improving the etching yield. Note that the thickness of the Cr film is preferably about 1 μm. Next, boron is deposited on this boride, and then the substrate is removed chemically or mechanically,
A structural material made of simple boron is obtained. Examples of the present invention will be described in detail below. Example A Mo wire with a diameter of 2.0 mm and a length of 100 cm was prepared. After degreasing and cleaning, Cr was coated to a thickness of about 1 micron by sputtering. Next, this wire was placed in a CVD furnace, the air inside the furnace was removed using a rotary pump, and the wire was heated to 700°C by electricity. Next, 1 volume part of boron trichloride BCl 3 and 3 volume parts of hydrogen H 2 were flowed at a rate of 2 minutes per minute for 4 minutes to form amorphous boron on the surface. At this time, the depressurization state is 100Torr
This was controlled using a rotary pump and valve. After that, stop only the BCl 3 gas and 850
Heat treatment was performed at ℃ for 3 minutes to diffuse the amorphous boron formed on the surface to the base side.
MoB 2 (20 μm) was used. At this time, the Cr layer is about 1 μm thick.
It had two layers of CrB. (Results of X-ray analysis). Next, BCl 3 gas was flowed again, the base core wire was kept at 1000° C., and the gas was flowed for 6 minutes. As a result, 50 μm of amorphous boron was deposited. The sample prepared in this way was cut into 4 cm length, and H 2 SO 4 and HNO 3
was immersed in a mixed solution of Mo and MoB 2 to dissolve it. Next, the length of the beam was set to 3.5 cm, a load W was applied in the form of a beam supported at both ends, and the load was determined from the load when the pipe broke. As a result, out of 20 cut samples,
16 were good (after etching) and their average strength was
It weighed 1.81Kg. These results are shown in Sample No. 1 in Table 1. A boron structural material was obtained in the same manner as in the example below by varying the conditions. The results are shown in Table 1.
However, sample numbers 10 to 14 are comparative examples. In addition, the inner and outer diameters of all samples were 2.0 mm and 2.1 mm, respectively.
The amount of boron precipitated was controlled so that the thickness remained constant at 50 μm.

【表】 以上第一表の実施例〔試料番号1〜9〕と比較
例〔試料番号10〜14〕からわかるように、Mo上
に減圧化学蒸着法によりアモルフアスホウ素を析
出させ、その後熱処理によりこれを拡散させ
CrB2、MoB2、Mo2B5を生成させた基体上にホ
ウ素を析出させその後基体を除去してホウ素単体
を得る方法は、従来の方法と比較して高強度のホ
ウ素構造材が歩留り良く、しかも安価に得ること
ができその産業上の価値は大きいものである。
[Table] As can be seen from the examples [sample numbers 1 to 9] and comparative examples [sample numbers 10 to 14] in Table 1 above, amorphous boron was deposited on Mo by the reduced pressure chemical vapor deposition method, and then by heat treatment. spread this
The method of precipitating boron on a substrate on which CrB 2 , MoB 2 , and Mo 2 B 5 has been generated and then removing the substrate to obtain simple boron has a high yield of high-strength boron structural materials compared to conventional methods. Moreover, it can be obtained at low cost and has great industrial value.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 クロムでメタライズされたモリブデン
(Mo)基体上に減圧化学蒸着法(LP―CVD法)
によりアモルフアスホウ素を析出させ、その後熱
処理によりMo表面にCrB2、MoB2、Mo2B5ある
いは、これらの混合結晶層(ボライド層)を形成
し、次にこの上にホウ素層を析出させた後基体を
除去することを特徴とするホウ素構造材の製造方
法。 2 アモルフアスホウ素の析出温度が700℃〜800
℃であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のホウ素構造材の製造方法。 3 熱処理によりMo上にCrB2、MoB2、Mo2B5
を生成させる温度が850℃〜1250℃であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のホウ素構
造材の製造方法。 4 MoB2、Mo2B5あるいはこれらの混合層の厚
さが20μm〜200μmであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項もしくは第3項記載のホウ素構
造材の製造方法。
[Claims] 1. Low pressure chemical vapor deposition method (LP-CVD method) on a molybdenum (Mo) substrate metallized with chromium.
After that, amorphous boron was precipitated by heat treatment, and then a crystal layer of CrB 2 , MoB 2 , Mo 2 B 5 or a mixture thereof (boride layer) was formed on the Mo surface, and then a boron layer was precipitated on top of this. A method for producing a boron structural material, comprising removing a rear substrate. 2 The precipitation temperature of amorphous boron is 700℃~800℃
The method for producing a boron structural material according to claim 1, wherein the temperature is .degree. 3 CrB 2 , MoB 2 , Mo 2 B 5 on Mo by heat treatment
2. The method for producing a boron structural material according to claim 1, wherein the temperature at which the . 4. The method for producing a boron structural material according to claim 1 or 3, wherein the thickness of the layer of MoB 2 , Mo 2 B 5 or a mixture thereof is 20 μm to 200 μm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3998575A1 (en) 2020-10-12 2022-05-18 Nec Corporation Image correction device

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