(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素または炭化珪素、または窒化珪素と炭化珪素との複合体からなる基材と同基材上に形成された炭化珪素或いはガラス状カーボンからなる機能材との間に基材と機能材の密着力を強化する１μｍ以上の厚みを有する界面中間材を設けた複合体であって、
前記界面中間材が、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化鉄、ランタン系希土類酸化物の中の一種もしくは二種以上との混合物もしくは化合物と、前記基材を構成する炭化珪素または窒化珪素、または酸化珪素との混合物もしくは化合物から形成されている複合体。
【請求項２】
界面中間材が、液相発生温度以上でアニール処理されている請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
界面中間材が、窒化珪素または炭化珪素を２０重量%以上と、酸化珪素を０．１質量%以上と、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化鉄、とランタン系希土類酸化物の中の一種もしくは二種以上との混合物もしくは化合物が０．１質量%以上の組成からなる請求項１または請求項２に記載の複合体。
【請求項４】
複合体がガラス成形型材として用いられる請求項１〜３に記載の複合体。
【請求項５】
複合体が光学素子として用いられる請求項１〜３に記載の複合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学ガラスレンズやプリズム等の光学用素子、装飾用ガラス、ガラス磁気ディスク基板等の成形用型やレーザー用反射ミラーのような光学素子に用いる複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、型材による高温プレスによるガラスレンズやガラスプリズムの直接成形法が広く行われるようになった。
【０００３】
かかる型材として、とくに、成形時にガラス材と反応しない表面特性を有する点からＳｉＣが有効であることが特開昭５２−４５６１３号公報に開示されている。その後、加工性やガラスとの反応面からこの型材の改良が多く提案され、例えば、特開昭６０−１７６９２８号公報にはタングステン・カーバイド基材にアモルファス炭化珪素膜を均一に形成した型が、また、特開昭６３−４５１３５号公報にはα−ＳｉＣ特定配向膜を形成した複合体からなる型が開示されている。上記従来の複合体における機能材としてＳｉＣ膜の形成は、基材上に化学的、物理的な蒸着によって得られる。
【０００４】
これらの型材は、光学要素を高温下で高圧プレスする際には、プレス時の機械的負荷と昇温冷却の熱的負荷に耐える必要がある。
【０００５】
また、これらの複合体はレーザー用の反射ミラーとしても用いられるが、この用途に用いられる複合体は、局部的に作用する高エネルギーレーザーによる熱的負荷に耐える必要がある。
【０００６】
しかしながら、ＳｉＣを被覆した複合体は、成形時あるいは使用時に局部的な熱的機械的負荷によって被覆膜が基材と剥離し易いという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、成形表面を平滑に維持できる特性を何等低下させることなく、高温、高圧下での機械的負荷と熱的負荷に対して充分な基材との一体性を維持できる機能材としてのＳｉＣ被膜を形成した複合体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化珪素または炭化珪素、または窒化珪素と炭化珪素との複合体からなる基材と同基材上に形成された炭化珪素或いはガラス状カーボンからなる機能材との間に基材と機能材の密着力を強化する１μｍ以上の厚みを有する界面中間材を設けた複合体であって、前記界面中間材が、酸化アルミニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化鉄、ランタン系希土類酸化物の中の一種もしくは二種以上との混合物もしくは化合物と、前記基材を構成する炭化珪素または窒化珪素、または酸化珪素との混合物もしくは化合物から形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この界面中間材は、ＳｉＣあるいはＳｉ3 Ｎ4 は２０重量％以上、ＳｉＯ2 とＸは、それぞれ０．１重量％以上の配合組成とするのが望ましい。
【００１１】
また、機能材としては、ＰＶＤ、ＣＶＤによって形成された炭化珪素、窒化珪素、さらには、微粉体を用いて高温高圧で焼結された炭化珪素やガラス状カーボン、特定方位に切出された単結晶炭化珪素、再結晶炭化珪素等を用いることができる。
【００１２】
なお、酸化珪素は、添加物としてだけではなく、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 の表面に酸化物として形成されているものでも良い。
【００１３】
界面中間材は、機能材としてＰＶＤ、ＣＶＤによって形成された炭化珪素あるいはガラス状カーボン膜を形成する前、炭化珪素もしくは窒化珪素基材上に形成する。さらに、界面中間材の液相発生温度以上でアニール処理することにより、液相を発生し、高い密着度を得ることが可能となる。
【００１４】
また、この界面中間材と機能材の形成は、ＰＶＤ、ＣＶＤ以外の高圧で基材上に容易に接合することが可能である。
【００１５】
さらに、この界面中間材は、粉体を用い、ホットプレスや熱間等方加熱圧法等により成形できる。また、機能材との一体形成も可能である。その厚みは、液相を発生し基材及び機能材を十分に濡らすための量が必要であり、１μｍ以上が望ましい。
【００１６】
基材としては、焼結された炭化珪素や窒化珪素を用いることができる。また、界面中間材そのものを基材として用いても良い。
【００１７】
この中間材として、上記特定組成のものを使用したとき、表面材料であるＳｉＣ、ガラス状カーボンと基材であるＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 との熱膨張差をその含有成分によって調整し、応力緩和材としての機能する。
【００１８】
基材である炭化珪素及び窒化珪素の熱膨張係数は、それぞれ４．０〜４．４×１０-6℃-1、２．３〜３．４×１０-6℃-1であり、機能材である炭化珪素及びガラス状カーボンの熱膨張傾数はそれぞれ４．０〜４．４×１０-6℃-1、２．０〜４．０×１０-6である。
【００１９】
中間材は応力緩和の立場から、基材と機能材との組合わせにより、両材の熱膨張係数値の間になるように、その組成によりコントロールすることが望ましい。
実際には、炭化珪素及び窒化珪素を主成分とし、ＳｉＯ2 の増加により熱膨張係数を低下させ、Ｘ組成の増加により熱膨張係数を増加させることができ、所望の熱膨張係数を得ることが可能である。
【００２０】
この複合体は、ガラス成形用の型として、また、光学素子として好適に使用できる。
【００２１】
【作用】
本発明において、界面中間材は高温で液相を発生し、この発生した液相は基材と機能材としての炭化珪素並びにガラス状カーボンと濡れ性が良く、固−液界面で元素成分の相互拡散を助長し、拡散接合を低温、短時間で可能とし、その結果、強固な結合を可能とする。
【００２２】
【実施例】
実施例１
１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの焼結されたＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 基材上に、表１および表２に示す組成を有する界面中間材を、同表に示す処理法によって１μｍ厚膜を形成したのち、ＳｉＣｌ4 、ＣＨ4 、Ｈ2 ガスを用いたＣＶＤ処理によって形成した３００μｍ厚のＳｉＣ及びガラス状カーボンを形成し、その密着性を、試片を３００℃で１０分保持し、２０℃の水中への落下を操返して、剥離が生じる迄の回数で評価によって、その耐剥離性を調べた。
【００２３】
同表において、機能面の処理として示すCVD 処理は、処理温度１３００℃、ガス流量ＳｉＣｌ4 ：７リットル／ｍｉｎ、ＣＨ4 ：７リットル／ｍｉｎ、Ｈ2 ：１５リットル／ｍｉｎ、圧力２００ｔｏｒｒの条件で、スパッタ処理は、ＳｉＣの場合は２元系のスパッタ装置、ガラス状カーボンの場合は１元系のスパッタ装置を用い、両膜とも２ｋｗの出力で、電極と基板との距離５０ｍｍ、Ａｒ雰囲気中でその圧力が５〜１５ｍｍｔｏｒｒの条件で、ＣＶＤアニール、スパッタアニール処理は、不活性ガス中１５００℃、３０分間保持の条件の下で処理したものである。
【００２４】
実施例２
１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの基材上に表３に示す組成を有する界面中間材料を粉体混合によって調整した。表３に示す肉厚の機能材を基材上に置かれた界面中間材料（粉体）上に置き、ホットプレス法により接合を行ない、実施例１と同様の評価を行った。
【００２５】
その結果、以下のことが明らかになった。
【００２６】
界面中間材料を有するものは、無いものと比較して、熱的、機械的な負荷に依る界面剥離に対し、効果が認められ、更に、アニール処理を行ったものは効果が大であった。また、肉厚のものを接合したものには全く界面剥離は見られず、十分な効果が確認された。
【００２７】
実施例３
表１〜３に示す機能材膜を形成した材料をレンズプレス型としての実機評価をおこなった。
【００２８】
凸面形状の上型と凹面形状の下型を用い、ホウケイ酸バリウムガラスからなるガラス材として用い、上記表３に示す機能材を表面処理法及びホットプレス接合法により形成した型材を用いて、Ｎ2 雰囲気下で成形温度７５０℃、圧力３０Ｋｇ／ｃｍ2 の条件で成形した。
【００２９】
その結果を表３と表４に示す。基材へ直接表面処理されたものと比較して、界面中間材を介して、表面処理されたものは、剥離迄の打錠回数が伸び、効果が認められ、更にホットプレス接合したものは打錠回数が大きく増加し、その効果が大であった。
【００３０】
【表１】
0004009330.tif 000002
【表２】
0004009330.tif 000003
その結果、以下のことが明らかになった。
【００３１】
界面中間材料を有するものは、無いものと比較して、熱的、機械的な負荷に依る界面剥離に対し、効果が認められ、更に、アニール処理を行ったものは効果が大であった。また、肉厚のものを接合したものには全く、界面剥離はみられず、十分な効果が確認された。
【００３２】
そして、実施例１の場合と同様の実機テストを行った結果、同様の効果を得た。炭化珪素もしくは窒化珪素基材へ直接設置された従来のものと比較して密着度が向上し、プレス成形用の型やレーザーミラーとして用いた場合は、基材からの剥離が生ぜず長期安定性に優れている。
【００３３】
その結果、基材へ直接表面処理されたものと比較して、界面中間材を介して、表面処理されたものは、剥離迄の打錠回数が伸び、効果が認められ、更にホットプレス接合したものは打錠回数が大きく増加し、その効果が大であった。
【００３４】
【表３】
0004009330.tif 000004
【表４】
0004009330.tif 000005
【００３５】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏する。
【００３６】
（１）炭化珪素もしくは窒化珪素基材へ直接設置された従来のものと比較して密着度が向上し、プレス成形用の型やレーザーミラーとして用いた場合は、基材からの剥離が生ぜず長期安定性に優れている。
【００３７】
（２）基材上へ肉厚のものを容易に接合できることから、必要な部材を必要な大きさのみ接合すれば良く、経済的にも有利である。
【００３８】
（３）技術的に大型、肉厚な材料の製造が難しい単結晶炭化珪素、ガラス状カーボン等を効果的に活用できる。