(57)【要約】      （修正有）【課題】体積抵抗率が比較的小さく、かつ熱衝撃に対して十分な耐性を有するイオンプレーティング用ターゲット材料の提供。【解決手段】ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを含み、前記ホウ素粉末と前記繊維状カーボン材料とは、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように含まれており、見掛け密度が１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３であるイオンプレーティング用ターゲット材料。前記ホウ素粉末と前記繊維状カーボン材料とを、前記の原子比となる様に混合して混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を加圧しつつ、１０００℃〜１３００℃の温度で焼結させる焼結工程と、を備える、イオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを含み、
前記ホウ素粉末と前記繊維状カーボン材料とは、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように含まれており、
見掛け密度が１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３である、
イオンプレーティング用ターゲット材料。
【請求項２】
ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように混合して混合物を調製する混合物調製工程と、
前記混合物を加圧しつつ、１０００℃〜１３００℃の温度で焼結させる焼結工程と、を備える、
イオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンプレーティング用ターゲット材料および該イオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法に関する。
【０００２】
立方晶窒化ホウ素（以下、ｃ−ＢＮともいう）は、高硬度（ビッカース硬度：２９〜３３ＧＰａ）であり、耐酸化性に優れ、かつ鉄との反応性が低いことから、例えば、切削工具等の耐摩耗性被膜として有用である。
【０００３】
ｃ−ＢＮを切削工具等にコーティングして耐摩耗性被膜とする技術として、イオンプレーティング用ターゲット材料（被膜形成材料）のイオン化率を高くでき、かつ成膜速度が速い点から、カソーディック真空アーク法（以下、ＣＶＡ法ともいう）が注目されている。
【０００４】
ＣＶＡ法は、真空雰囲気にて、イオンプレーティング用ターゲット材料をイオン化し、イオン化されたイオンプレーティング用ターゲット材料を被コーティング物表面に堆積させることにより、被膜を形成する方法である。ＣＶＡ法においては、上述のようにイオンプレーティング用ターゲット材料をイオン化させる際に真空アーク放電を利用する。そのため、ＣＶＡ法のイオンプレーティング用ターゲット材料としては、体積抵抗率の小さいものを用いる必要がある。
【０００５】
ここで、炭化ホウ素（以下、Ｂ４Ｃともいう）は、２５℃での体積抵抗率が３．０〜８．０×１０−３Ω・ｃｍと比較的小さいので、体積抵抗率の点からは、ｃ−ＢＮの被膜を形成するためのイオンプレーティング用ターゲット材料として適している。しかしながら、Ｂ４Ｃは、高硬度であるものの、非常に脆いという性質を有する。そのため、ＣＶＡ法のイオンプレーティング用ターゲット材料としてＢ４Ｃを使用した場合、真空アーク放電時に、イオンプレーティング用ターゲット材料に加えられる熱衝撃によって、イオンプレーティング用ターゲット材料が短時間で破損する虞がある。
【０００６】
このような熱衝撃によるイオンプレーティング用ターゲット材料の破損の虞を低減するために、イオンプレーティング用ターゲット材料の物性を改善することが考えられる。イオンプレーティング用ターゲット材料の物性の改善としては、例えば、Ｂ４Ｃと異なる物性を有する材料をＢ４Ｃに組み合わせて、複合材料とすることが挙げられる。
【０００７】
Ｂ４Ｃと異なる物性を有する材料をＢ４Ｃに組み合わせた複合材料として、例えば、特許文献１には、Ｂ４Ｃとカーボンナノファイバーとの複合材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２０１５／０１９９９２  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１によれば、Ｂ４Ｃとカーボンナノファイバーとを組み合わせて複合材料とすることにより、高温での強度（特に、曲げ強度）を向上することができる。しかしながら、特許文献１には、Ｂ４Ｃをカーボンナノファイバーとの複合材料とすることにより、該複合材料の熱衝撃に対する耐久性が高められることは開示されていない。そのため、Ｂ４Ｃとカーボンナノファイバーとの複合材料をＣＶＡ法のイオンプレーティング用ターゲット材料として使用した場合に、熱衝撃によりイオンプレーティング用ターゲット材料が短時間で破損することを抑制できるか否かは定かではない。
【００１０】
また、現状では、ＣＶＡ法によりｃ−ＢＮの被膜を形成するためのイオンプレーティング用ターゲット材料として、熱衝撃に対する耐久性が十分に高いものについての知見は十分に得られていない。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、体積抵抗率が比較的小さく、かつ熱衝撃に対して十分な耐久性を有するイオンプレーティング用ターゲット材料、および該イオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らが鋭意検討したところ、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料の炭素原子との原子比が所定の範囲となるように混合した混合物を得て、該混合物を所定の密度となるように焼結して焼結体とすると、該焼結体が、真空アーク放電時に加えられる熱衝撃に対して、十分な耐久性を有することが見出された。
【００１３】
すなわち、本発明に係るイオンプレーティング用ターゲット材料は、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを含み、前記ホウ素粉末と前記繊維状カーボン材料とは、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように含まれており、見掛け密度が１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３である。
【００１４】
斯かる構成によれば、繊維状カーボン材料によって、イオンプレーティング用ターゲット材料中に電子が移動する経路を十分に形成することができる。そのため、イオンプレーティング用ターゲット材料は、体積抵抗率が比較的小さいものとなる。
また、イオンプレーティング用ターゲット材料は、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となり、見掛け密度が１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３となるので、真空アーク放電時に加えられる熱衝撃に対して、十分な耐久性を有するものとなる。
これにより、イオンプレーティング用ターゲット材料は、体積抵抗率が比較的小さく、かつ熱衝撃に対して十分な耐久性を有するものとなる。
【００１５】
本発明に係るイオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法は、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように混合して混合物を調製する混合物調製工程と、前記混合物を加圧しつつ、１０００℃〜１３００℃の温度で焼結させる焼結工程と、を備える。
【００１６】
斯かる構成によれば、繊維状カーボン材料によって、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料中に電子が移動する経路を十分に形成することができる。そのため、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料を体積抵抗率の比較的小さいものとすることができる。
また、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料において、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を４：１〜６：１とすることができ、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料において、見掛け密度を１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３とすることができる。そのため、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料は、真空アーク放電時に加えられる熱衝撃に対して、十分な耐久性を有するものとなる。
これにより、本発明に係るイオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法により得られるイオンプレーティング用ターゲット材料は、体積抵抗率が比較的小さく、かつ熱衝撃に対して十分な耐久性を有するものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、体積抵抗率が比較的小さく、かつ熱衝撃に対して十分な耐久性を有するイオンプレーティング用ターゲット材料、および該イオンプレーティング用ターゲット材料の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のイオンプレーティング用ターゲット材料を製造する製造方法を示すフロー図。
【図２】本実施形態のイオンプレーティング用ターゲット材料を製造するＳＰＳ装置の概略図。
【図３】焼結原料における繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。（ａ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。（ｂ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,Ｍ．Ｗ．１００,０００を用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。（ｃ）は、分散剤としてトリトンＸ−１００（登録商標）を用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。（ｄ）は、分散剤を用いなかった場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。（ｅ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示す図。
【図４】分散剤を用いて得られた液体混合物から得た固体混合物を焼結して得た焼結体の組織を示す図。（ａ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを用い、１４００℃で焼結して得た焼結体の組織を示す図。（ｂ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを用い、１４５０℃で焼結して得た焼結体の組織を示す図。（ｃ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを用い、１５００℃で焼結して得た焼結体の組織を示す図。（ｄ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを用い、１５５０℃で焼結して得た焼結体の組織を示す図。
【図５】ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を変えたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ａ）は、ホウ素原子：炭素原子＝４：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｂ）は、ホウ素原子：炭素原子＝６：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｃ）は、ホウ素原子：炭素原子＝７：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｄ）は、ホウ素原子：炭素原子＝８：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。
【図６】ホウ素原子：炭素原子＝４：１とし、種々の焼結温度で焼結して得られた焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ａ）は、１５５０℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｂ）は、１５００℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｃ）は、１３５０℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示す図。（ｄ）は、１３００℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示す図。
【図７】ホウ素原子：炭素原子＝４：１とし、種々の焼結温度で焼結して得られた焼結体のアーク放電後のＸ線回折分析の結果を示す図。（ａ）は、焼結温度１１００℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折分析の結果を示す図。（ｂ）は、焼結温度１２００℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折分析の結果を示す図。（ｃ）は、焼結温度１５５０℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折分析の結果を示す図。（ｄ）は、焼結温度１６００℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折分析の結果を示す図。
【図８】第１イオンプレーティング用ターゲット材料を用い、バイアス電圧を変えてＣＶＡ法により形成した各被膜のＩＲスペクトル。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の実施形態に係るイオンプレーティング用ターゲット材料について説明する。
【００２０】
本実施形態に係るイオンプレーティング用ターゲット材料は、出発原料としての、ホウ素粉末と繊維状のカーボン材料とを含み、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１であり、見掛け密度が１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３である。
【００２１】
ホウ素粉末としては、各種公知のホウ素粉末を用いることができる。例えば、Ｍｅｒｃｋ社製のホウ素粉末（製品番号１１２０７０）を用いることができる。ホウ素粉末としては、不可避的な不純物以外の不純物を含まないものが好ましい。ホウ素粉末に含まれる不純物は、５質量％以下であることが好ましい。ホウ素粉末に含まれる不純物が５質量％以下であると、イオンプレーティング用ターゲット材料を焼結により得た場合に、該イオンプレーティング用ターゲット材料を、アーク放電時の熱衝撃に対して十分な耐久性を有するものとすることができる。
ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子の粒子径は、０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜５０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ〜１０μｍであることがさらに好ましい。特に、１μｍ〜１０μｍとすることにより、得られるイオンプレーティング材料において、ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子間での結晶粒界の形成を少なくすることができるので、得られるイオンプレーティング材料の熱伝導率を向上させることができる。また、ホウ素粉末を繊維状カーボン材料と混合して混合物としたときに、該混合物中において、ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子の分散性を向上させることができる。
ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子の粒子径Ｄ５０は、レーザ回折式粒度分布測定装置（例えば、株式会社堀場製作所製  ＬＡ−９２００）を用いて測定することができる。
【００２２】
繊維状カーボン材料としては、各種公知の繊維状カーボン材料を用いることができる。例えば、三菱樹脂株式会社製のダイヤリード（登録商標）Ｋ２２３ＨＭを用いることができる。繊維状カーボン材料としては、平均長さが１μｍ〜５００μｍ、平均繊維径が１５０ｎｍ〜２０μｍのものを用いることが好ましい。繊維状カーボン材料の平均長さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察像から求めることができる。詳細には、走査型電子顕微鏡の観察像のうちの任意の３０本の繊維状カーボン材料の長さを測定し、これらの測定値を算術平均することにより求めることができる。また、繊維状カーボン材料の平均繊維径は、繊維状カーボン材料の切断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより求めることができる。繊維状カーボン材料の切断面が真円でない場合には、最も長い長さを測定する。詳細には、走査型電子顕微鏡で、任意の３０本の繊維状カーボン材料の切断面の長さを測定し、これらの測定値を算術平均することにより求めることができる。
ホウ素元素は、２０℃での体積抵抗率が１０８Ωｃｍと高い値を有するが、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを組み合わせて複合材料とすると、該複合材料の体積抵抗率は１０−１Ωｃｍ程度まで低下される。複合材料の体積抵抗率が上記の値まで低下されることにより、複合材料中に電子が流れ易くなる。そのため、体積抵抗率の点から、前記複合材料を焼結させて得られる焼結体は、イオンプレーティング用ターゲット材料として好ましいものとなる。
なお、前記複合材料の体積抵抗率が低下される原因は、繊維状カーボン材料によって、電子が移動する経路が複合材料中に十分に形成されるようになったためだと考えられる。
【００２３】
イオンプレーティング用ターゲット材料において、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比は、４：１〜６：１である。ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を上記範囲とすることにより、得られるイオンプレーティング用ターゲット材料に割れが生じ難くなる。
【００２４】
イオンプレーティング用ターゲット材料の見掛け密度は、１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．６７ｇ／ｃｍ３である。見掛け密度を上記範囲とすることにより、イオンプレーティング用ターゲット材料中におけるＢ４Ｃの生成を抑制することができる。これにより、イオンプレーティング用ターゲット材料におけるＢ４Ｃの特性、すなわち、高強度であるが、脆さを有するという特性の影響を緩和することができる。イオンプレーティング用ターゲット材料の見掛け密度は、１．３４ｇ／ｃｍ３〜１．４５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。見掛け密度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４に準じて測定する。
【００２５】
次に、図１および２を参照しながら、本実施形態のターゲット材料の製造方法について説明する。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態のターゲット材料の製造方法は、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料とを、前記ホウ素粉末中のホウ素原子と前記繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となるように混合して混合物を調製する混合物調製工程（Ｓ１）と、前記混合物を３７．５ＭＰａ〜５０ＭＰａの圧力で加圧しつつ、１０００℃〜１３００℃の温度で焼結させる焼結工程（Ｓ２）と、を備える。
【００２７】
（Ｓ１：混合物調製工程）
本実施形態の混合物調製工程Ｓ１では、溶媒中に、ホウ素粉末と、繊維状カーボン材料と、分散剤とを添加して液体混合物を調製し、該液体混合物を乾燥させて固体混合物（以下、混合粉体ともいう）を得る。分散剤を添加するなどの化学的分散処理に代えて、液体混合物に対して超音波分散処理などの物理的分散処理を行ってもよい。また、液体混合物に対して、化学的分散処理に加えて物理的分散処理を行ってもよい。
【００２８】
溶媒の量としては、溶媒に、ホウ素粉末、繊維状カーボン材料および分散剤を添加し、これらを混合して得られる混合物がスラリー状となる量であることが好ましい。繊維状カーボン材料は、ホウ素粉末の質量に対して、１７質量％〜２８質量％添加されることが好ましい。分散剤は、ホウ素粉末の質量と繊維状カーボン材料の質量の総和に対して、０．５質量％〜３．５質量％添加されることが好ましい。
【００２９】
溶媒としては、各種公知の有機溶媒を用いることができる。例えば、アルコール類、エーテル類、エステル類などを用いることができる。アルコール類としては、エタノール、イソプロピルアルコールを用いることができる。本実施形態では、イソプロピルアルコールを用いる。
分散剤としては、各種公知のものを用いることができる。例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、オクチルフェノールエトキシレートなどを用いることができる。ヒドロキシプロピルセルロースとしては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓ、ヒドロキシプロピルセルロース,Ｍ．Ｗ.１００,０００、ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓなどが挙げられる。オクチルフェノールエトキシレートとしては、例えば、トリトンＸ−１００（登録商標）などが挙げられる。これらの分散剤の中でも、溶媒中において、繊維状カーボン材料を比較的高分散させることができるので、ヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓおよびヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓが好ましい。本実施形態では、分散剤として、ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを用いる。
なお、ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓとは、２％水溶液中において２０℃で１０００−５０００ｃｐｓを示すものを意味する。
【００３０】
液体混合物の乾燥は、各種公知の乾燥方法で行うことができる。乾燥温度は、溶媒の沸点以上の温度であることが好ましい。乾燥温度を溶媒の沸点以上とすることにより、ホウ素粉末、繊維状カーボン材料、および分散剤を撹拌しながら、液体混合物を乾燥させることができる。溶媒としてイソプロピルアルコールを使用する場合には、乾燥温度は、例えば、１２０℃とすることができる。
【００３１】
（Ｓ２：焼結工程）
焼結工程Ｓ２は、前記混合粉体を焼結させることにより行うことができる。前記混合粉体の焼結は、各種公知の焼結法により行うことができる。本実施形態の焼結工程Ｓ２は、放電プラズマ焼結法（以下、ＳＰＳ法ともいう）により行う。ＳＰＳ法は、例えば、図２に示すＳＰＳ装置１００により行うことができる。
【００３２】
図２に示すように、ＳＰＳ装置１００は、混合粉体を収容する粉体収容部１と、粉体収容部１を収容するチャンバ２と、粉体収容部１に収容された混合粉体を加圧するとともに、加圧された混合粉体を焼結するためのエネルギーを供給する通電加圧焼結部３と、を備える。
【００３３】
粉体収容部１は、内部に混合粉体を収容するように構成されたダイ１１と、ダイ１１内に収容された混合粉体を加圧するための上部パンチ１２および下部パンチ１３とを備える。ダイ１１は、貫通孔を備えていて、貫通孔内に混合粉体を収容している。上部パンチ１２はダイ１１の貫通孔の一端からダイ１１の内部に挿入され、下部パンチ１３は、ダイ１１の貫通孔の他端からダイ１１の内部に挿入されている。貫通孔内に収容された混合粉体は、上部パンチ１２および下部パンチ１３の少なくとも一方を図中の下方向または上方向に移動させることにより、加圧される。本実施形態では、後述するように、通電加圧焼結部３によって、上部パンチ１２が加圧されて図中下方向に移動されるようになっている。
【００３４】
通電加圧焼結部３は、上部パンチ１２の上方に配される上部電極３１と、下部パンチ１３の下方に配される下部電極３２と、上部電極３１を図中上下方向に移動させ、上部電極３１が上部パンチ１２と当接したときに、上部電極３１に加圧動作を行わせる加圧部３３と、上部電極３１と下部電極３２との間にパルス電流を流すパルス電源ユニット３４と、加圧部３３およびパルス電源ユニット３４を制御する制御ユニット３５とを備える。
【００３５】
チャンバ２は、上壁２１および下壁２２を図中の上下方向に貫通する上壁貫通孔２１ａおよび下壁貫通孔２２ａを備えている。上壁貫通孔２１ａには、上部電極３１の一部が挿入され、下壁貫通孔２２ａには、下部電極３２の一部が挿入されている。チャンバ２は、上部電極３１および下部電極３２が挿入された状態で、密閉状態となるように構成されている。チャンバ２内は、図示しない真空ポンプによって所定の圧力（例えば、５０Ｐａ）以下となるように排気される。
【００３６】
以下、図１および２を参照しながら、本実施形態の焼結工程Ｓ２について説明する。
焼結工程Ｓ２では、まず、ダイ１１の貫通孔内に所定量の混合粉体を収容し、上部パンチ１２および下部パンチ１３を用いて、該混合粉体を１ＭＰａの圧力で加圧して圧粉体を作製する。このとき、ダイ１１の貫通孔の中心部と圧粉体の中心部とが略一致するように、前記貫通孔内で圧粉体を作製することが好ましい。
次に、上部パンチ１２および下部パンチ１３で圧粉体を挟持した状態で、ダイ１１をＳＰＳ焼結装置１００のチャンバ２内に収容し、下部パンチ１３を下部電極３２に当接させた後、チャンバ２内を所定の圧力以下となるように排気する。
次に、上部電極３１を図中下方に移動させて上部電極３１と上部パンチ１２とを当接させ、加圧部３３により３７．５ＭＰａの圧力で上部電極３１を加圧しながら、パルス電源ユニット３４を駆動し、上部電極３１と下部電極３２との間にパルス電流を通電する。パルス電流の通電に伴って、圧粉体の温度は上昇する。圧粉体の温度が７００℃以上になったら、加圧部３３により上部電極３１を加圧する圧力を５０ＭＰａに変更し、圧粉体の温度が１０００℃〜１３００℃のうちのいずれかの温度となるように、引き続き上部電極３１と下部電極３２との間にパルス電流の通電を行う。圧粉体にパルス通電を行うことにより、圧粉体中の粒子（ホウ素、繊維状カーボン材料）同士が接触する接触部にパルス電流が流れ、該接触部にジュール熱が発生することにより、前記接触部で接触する粒子同士が融着される。なお、パルス電流の値は、制御ユニット３５によって、目標とする温度となるような値に調整される。また、圧粉体の温度の測定は、図示しない放射温度計により、圧粉体の略中心部の温度を測定することにより行う。
チャンバ２内の温度を１０００℃〜１３００℃の間のいずれかの温度に所定時間保持することにより、本実施形態のイオンプレーティング用ターゲット材料を得ることができる。
なお、チャンバ２内の温度を１０００℃〜１３００℃の間のいずれかの温度に所定時間保持することにより、前記分散剤は熱分解される。そのため、イオンプレーティング用ターゲット材料においては、ホウ素粉末由来のホウ素原子と繊維状カーボン材料由来の炭素原子との原子比が４：１〜６：１となっている。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。以下の実施例は本発明をさらに詳細に説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００３８】
（繊維状カーボン材料の分散状態の評価）
焼結体を得るための各種の焼結原料について、繊維状カーボン材料の分散状態を調べた。各種の焼結原料は、表１に示す各材料を含む液体混合物をそれぞれ調製し、各液体混合物を乾燥させて固体混合物（混合粉体）をそれぞれ得、得られた各固体混合物をダイでそれぞれ圧粉体にすることにより作製した。各液体混合物は、表１に示す各材料を含む各組成物を１５分間超音波処理することにより調製した。ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子の粒子径Ｄ５０は２μｍであり、繊維状カーボン材料の平均長さは２５０μｍであり、繊維状カーボン材料の平均繊維径は１２．５μｍであった。ホウ素粉末に含まれるホウ素粒子の粒子径Ｄ５０は、レーザ回折式粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製  ＬＡ−９２００）を用いて測定した。繊維状カーボン材料の平均長さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察像から求めた。詳細には、走査型電子顕微鏡の観察像のうちの任意の３０本の繊維状カーボン材料の長さを測定し、これらの測定値を算術平均することにより求めた。繊維状カーボン材料の平均繊維径は、繊維状カーボン材料の切断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより求めた。繊維状カーボン材料の切断面が真円でない場合には、最も長い長さを測定した。詳細には、走査型電子顕微鏡で、任意の３０本の繊維状カーボン材料の切断面の長さを測定し、これらの測定値を算術平均することにより求めた。
各組成物は、ホウ素粉末１．５６５ｇ、繊維状カーボン材料０．４３５ｇ、およびホウ素粉末および所定量のイソプロピルアルコールを含むように調製した。イソプロピルアルコールは、ホウ素粉末、繊維状カーボン材料、およびイソプロピルアルコールを混合して得られる混合物がスラリー状となる量を適宜加えた。前記各組成物が分散剤を含む場合には、前記ホウ素粉末の質量と前記繊維状カーボン材料の質量との総和に対して２質量％（０．０４ｇ）となるように分散剤を添加した。各液体混合物の乾燥は、乾燥炉内において常圧下１２０℃の温度で一昼夜加熱することにより行った。各圧粉体は、超硬合金製のダイ（φ１７ｍｍ）内に各固体混合物を収容し、該ダイ内において、上部パンチおよび下部パンチを用いて各固体混合物を３０ｋＮで５分間加圧することにより作製した。
得られた各圧粉体をエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により分析した。ＣＫαの分析結果を図３に示した。図３（ａ）は分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示し、図３（ｂ）は分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,Ｍ．Ｗ.１００，０００を用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示し、図３（ｃ）は分散剤としてトリトンＸ−１００（登録商標）を用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示し、図３（ｄ）は分散剤を用いなかった場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示し、図３（ｅ）は分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを用いた場合の繊維状カーボン材料の分散状態を示している。
【００３９】
【表１】
2018066039.tif 000002
【００４０】
分散剤を添加したもの（図３（ａ）〜（ｃ）および（ｅ））は、分散剤を添加しなかったもの（図３（ｄ））に比べて、いずれも繊維状カーボン材料の分散状態が良好になることが確認された。分散剤を添加したものの中でも、図３（ａ）および（ｅ）のもの、すなわち、分散剤として、ヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓおよびヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓ添加したものが、繊維状カーボン材料の分散状態が良好になることが確認された。また、ヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを添加したものと、ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加したものとを比較すると、ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加したものの方が、繊維状カーボン材料の分散状態はより良好であった。
【００４１】
（焼結体の組織観察）
次に、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓ、およびヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加した液体混合物からそれぞれ固体混合物を得て、各固体混合物をそれぞれ圧粉体にし、各圧粉体を住友石炭鉱業株式会社製の放電プラズマ焼結装置ＳＰＳ−１０２０を用いて、各種温度で焼結させて焼結体を得た。ＳＰＳ−１０２０による焼結は、圧粉体に３７．５ＭＰａの圧力をかけながら、５７０℃〜６００℃まで２分で昇温し、圧粉体に３７．５ＭＰａの圧力をかけながら６００℃〜７００℃まで５分で昇温し、圧粉体に５０ＭＰａの圧力をかけながら７００℃〜各焼結温度まで１００℃／分で昇温し、圧粉体に５０ＭＰａの圧力をかけながら１０分間保持することにより行った。焼結体の組織は、得られた各焼結体の表面を、光学顕微鏡で撮像した画像を観察することにより行った。分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを含む液体混合物から得た圧粉体については、１４００℃および１４５０℃で焼結して焼結体を得た。ヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを含む液体混合物から得た圧粉体については、１４００℃、１４５０℃、１５００℃、１５５０℃および１６００℃で焼結して焼結体を得た。焼結体の組織を撮像した観察像を図４に示した。図４（ａ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを添加して、１４００℃で焼結した焼結体の組織を示し、図４（ｂ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを添加して、１４５０℃で焼結した焼結体の組織を示し、図４（ｃ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加して、１５００℃で焼結した焼結体の組織を示し、図４（ｄ）は、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加して、１５５０℃で焼結した焼結体の組織を示している。
図４（ａ）および（ｃ）より、ヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓおよびヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓのいずれを用いた場合においても、焼結温度を１４００℃としたときには、焼結体の組織に亀裂が認められないことが分かった。
一方で、図４（ｂ）より、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,３−６ｃｐｓを添加した場合には、焼結温度を１４５０℃としたときに、焼結体の組織に亀裂が認められることが分かった。また、図４（ｄ）より、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加した場合には、焼結温度を１５５０℃としたときに、焼結体の組織に亀裂が認められることが分かった。
この結果から、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース,１０００−５０００ｃｐｓを添加した方が、より高い焼結温度で焼結できることが分かった。
【００４２】
（ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比と、アーク放電に対する焼結体の耐久性との関係）
次に、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を表２のように変えた各固体混合物を１４００℃で焼結して得た各焼結体を、アーク放電炉（大亜真空技術株式会社製の真空アーク溶解炉（型式ＡＣＭ−０１））内に収容し、アーク放電に対する各焼結体の耐久性について調査した。各焼結体は、ＳＰＳ−１０２０を用いて、上記と同様の条件で作製した。アーク放電試験は、Ａｒ雰囲気下において、アーク放電炉内の一対の電極間に焼結体を配置し、前記一対の電極間にアーク放電を発生させ、６０Ａで５秒間保持することにより行った。アーク放電に対する各焼結体の耐久性については、マクロレンズを装着したカメラでアーク放電後の各焼結体を撮像した画像を観察することにより調べた。撮像した画像を図５に示した。図５（ａ）は、ホウ素原子：炭素原子＝４：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示しており、図５（ｂ）は、ホウ素原子：炭素原子＝６：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示しており、図５（ｃ）は、ホウ素原子：炭素原子＝７：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示しており、図５（ｄ）は、ホウ素原子：炭素原子＝８：１としたときに得られた焼結体のアーク放電後の状態を示している。
図５（ａ）および（ｂ）の焼結体においては、アーク放電後に割れが認められなかったのに対し、図５（ｃ）および（ｄ）の焼結体においては、アーク放電後に割れが認められることが分かった。この結果から、アーク放電に対する耐久性を考慮した場合、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比は、４：１〜６：１にする必要があることが分かった。
【００４３】
【表２】
2018066039.tif 000003
【００４４】
（ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を４：１にしたときに得られる焼結体のアーク放電後の状態観察）
次に、ホウ素粉末中のホウ素原子と繊維状カーボン材料中の炭素原子との原子比を４：１にし、焼結温度１０００〜１８００℃の温度で焼結して焼結体を得た。各焼結体は、ＳＰＳ−１０２０を用いて、上記と同様の条件で作製した。得られた各焼結体をアーク放電炉（大亜真空技術株式会社製の真空アーク溶解炉（型式ＡＣＭ−０１））内に収容し、アーク放電に対する各焼結体の耐久性について調査した。アーク放電試験は、上記と同様にして行った。各焼結体の耐久性は、マクロレンズを装着したカメラでアーク放電試験後の各焼結体の状態を撮像した画像を観察することにより調べた。焼結温度の詳細を表３に示した。また、表３に、得られた焼結体について測定した見掛け密度の測定値と体積抵抗率の測定値とについても示した。見掛け密度は、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４に準拠して測定した。体積抵抗率は、四端子法により測定した。表３より、焼結温度が高くなるにつれて、焼結体の見掛け密度の値が高くなることが分かった。また、焼結温度によらず、焼結体の体積抵抗率の値は、比較的低くなることが分かった。
マクロレンズを装着したカメラで撮像した焼結体の状態の撮像画像を図６に示した。図６（ａ）は、１５５０℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示し、図６（ｂ）は、１５００℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示し、図６（ｃ）は、１３５０℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示し、図６（ｄ）は、１３００℃で焼結した焼結体のアーク放電後の状態を示している。
図６（ａ）〜（ｃ）より、焼結温度１３５０℃〜１５５０℃では、得られた焼結体をアーク放電することにより割れが確認されることが分かった。一方で、図６（ｄ）より、焼結温度１３００℃では、得られた焼結体をアーク放電しても割れが確認されないことが分かった。また、図６中には示していないが、１０００℃、１１００℃、および１２００℃の温度で焼結することにより得られた各焼結体をアーク放電した場合も、アーク放電試験後の各焼結体に割れは確認されなかった。
焼結体について測定した見掛け密度の値および体積抵抗率の値、並びに焼結体のアーク放電後の状態を観察した結果から、真空アーク放電に用いるイオンプレーティング用ターゲット材料とするには、圧粉体を１０００℃〜１３００℃の温度で焼結する必要があることが分かった。
【００４５】
【表３】
2018066039.tif 000004
【００４６】
次に、アーク放電後の焼結体に割れが入った原因を調べるために、表３の１１００℃、１２００℃、１５５０℃、および１６００℃で焼結させた焼結体をアーク放電させたものについて、Ｘ線回折分析を行った。アーク放電試験は、アーク放電炉（大亜真空技術株式会社製の真空アーク溶解炉（型式ＡＣＭ−０１））を用いて、上記と同様の条件で行った。Ｘ線回折分析は、Ｘ線回折装置（株式会社リガク製のＸ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて、ＣｕＫα線を用いた２θ／θ法により行った。その結果を図７に示した。図７（ａ）は、焼結温度１１００℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折結果を示し、図７（ｂ）は、焼結温度１２００℃としたときの焼結体のアーク放電後の粉末Ｘ線回折結果を示し、図７（ｃ）は、焼結温度１５５０℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折結果を示し、図７（ｄ）は、焼結温度１６００℃としたときの焼結体のアーク放電後のＸ線回折結果を示している。
図７（ａ）および（ｂ）より、アーク放電後に割れが確認されなかった焼結体については、炭素元素由来のピーク強度が高く、ホウ素元素由来のピークが検出され、Ｂ４Ｃ由来のピークが検出されないか、あるいは検出されるピークの強度が低かったのに対し、図７（ｃ）および（ｄ）より、アーク放電後に割れが確認された焼結体については、炭素元素由来のピーク強度が低下し、ホウ素元素由来のピークが検出されなくなり、Ｂ４Ｃ由来のピークが顕著に検出されることが分かった。
このような結果が得られた原因は以下の理由によるものだと考えられる。すなわち、焼結温度が高くなるにつれて、ホウ素粉末と繊維状カーボン材料との反応が進行し、Ｂ４Ｃが生成され易くなる。そのため、得られた焼結体は、強度が向上するものの、同時に脆さも有するようになるので、アーク放電後に割れが入り易くなったと考えられる。
【００４７】
（ＣＶＡ法による被膜形成）
次に、住友石炭鉱業株式会社製の放電プラズマ焼結装置ＳＰＳ−１０２０を用い、表４に示す条件で、第１イオンプレーティング用ターゲット材料および第２イオンプレーティング用ターゲット材料を試作した。
【００４８】
【表４】
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【００４９】
ＪＩＳ  Ｒ  １６３４に準拠して測定した第１イオンプレーティング用ターゲット材料の見掛け密度は、１．３４ｇ／ｃｍ３であった。また、ＪＩＳ  Ｒ  １６３４に準拠して測定した第２イオンプレーティング用ターゲット材料の見掛け密度は、１．８１ｇ／ｃｍ３であった。
作製した各イオンプレーティング用ターゲット材料をφ１００ｍｍ×１６ｍｍの形状に切り出して、銅製のバッキングプレート表面にインジウムを用いて接合した。バッキングプレート表面に接合した各イオンプレーティング用ターゲット材料にＣＶＡ法を採用することにより、被膜形成を行った。被膜形成は、表５に示す条件で行った。被膜形成装置としては、株式会社神戸製鋼所製のＵＢＭ２０２を用いた。
【００５０】
【表５】
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【００５１】
ＣＶＡ法により被膜を形成した後のイオンプレーティング用ターゲット材料のうち、表５に示すいずれの条件においても、第１イオンプレーティング用ターゲット材料に割れは認められなかった。一方で、表５に示すいずれの条件においても、第２イオンプレーティング用ターゲット材料には割れが認められた。
【００５２】
次に、第１イオンプレーティング用ターゲット材料を用い、バイアス電圧を変えて形成した被膜について、ＩＲ分析を行った。ＩＲ分析は、ＦＴＩＲ分光光度計（アジレント・テクノロジー株式会社製、製品名：Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｃａｒｙ  ６００−ＩＲ／６２０−ＩＲ）を用い、高感度反射法（ＲＡＳ法）によって行った。ＩＲ分析の結果を図８に示した。図８において、上部の曲線は、−１００Ｖのバイアス電圧で形成した被膜についてのＩＲ分析結果を示し、中部の曲線は、−２００Ｖのバイアス電圧で形成した被膜についてのＩＲ分析結果を示し、下部の曲線は、−３００Ｖのバイアス電圧で形成した被膜についてのＩＲ分析結果を示している。
図８より、いずれのバイアス電圧で形成した被膜においても、ｃ−ＢＮ由来のピークが確認されたことが分かった。
また、特に、バイアス電圧が−２００Ｖの場合、ｃ−ＢＮ由来のピークがより顕著に観察されるようになることが分かった。
【００５３】
上述の実施形態および実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００５４】
１  粉体収容部、２  チャンバ、３  通電加圧焼結部、１１  ダイ、１２  上部パンチ、１３  下部パンチ、２１  上壁、２２  下壁、３１  上部電極、３２  下部電極、３３  加圧部、３４  パルス電源ユニット、３５  制御ユニット、
２１ａ  上壁貫通孔、２２ａ  下壁貫通孔
Ｓ１：混合物調製工程、Ｓ２：焼結工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018066039.tif 000009
【図４】
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【図５】
2018066039.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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