(57)【要約】【課題】強度が高く、且つ電気抵抗の低いターゲット材を提供すること。【解決手段】本発明のターゲット材１０は、Ｃｒ、Ｓｉ及びＢを含む。ターゲット材１０は、純Ｓｉ相１１と、Ｃｒ２Ｂ相１２と、Ｃｒ固溶体相１３とを有する。Ｃｒ固溶体相１２にＣｒ２Ｂ相１３が分散している。Ｃｒ２Ｂ相の結晶粒の平均粒径が０．５μｍ以下であることが好適である。ターゲット材中のＳｉ含有量が１原子％以上１６．９原子％以下であり、Ｂ含有量が２．５原子％以上７原子％以下であることも好適である。このターゲット材１０は、ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末を混合し、得られた混合粉を放電プラズマ焼結法に付すことで好適に製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｒ、Ｓｉ及びＢを含むターゲット材であって、
純Ｓｉ相と、Ｃｒ２Ｂ相と、Ｃｒ固溶体相とを有し、
Ｃｒ固溶体相にＣｒ２Ｂ相が分散して存在しているターゲット材。
【請求項２】
Ｃｒ２Ｂ相の結晶粒の平均粒径が０．７μｍ以下である請求項１に記載のターゲット材。
【請求項３】
ターゲット材中のＳｉ含有量が１原子％以上１６．９原子％以下であり、Ｂ含有量が２．５原子％以上７原子％以下である、請求項１又は２に記載のターゲット材。
【請求項４】
抗折強度が３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上である請求項１ないし３のいずれか一項に記載のターゲット材。
【請求項５】
体積抵抗率が１．０×１０−２Ω・ｃｍ以下である請求項１ないし４のいずれか一項に記載のターゲット材。
【請求項６】
Ｃｒ固溶体相が、ＣｒとＳｉとの固溶体相であるか、又はＣｒとＢとの固溶体相である請求項１ないし５のいずれか一項に記載のターゲット材。
【請求項７】
Ｃｒ固溶体相の結晶粒の平均粒径が１．０μｍ以上５．０μｍ以下である請求項１ないし６のいずれか一項に記載のターゲット材。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のターゲット材の製造方法であって、
ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末を混合し、得られた混合粉を放電プラズマ焼結法に付す工程を有するターゲット材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成法、例えばアークイオンプレーティングやスパッタリングに有用なターゲット材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロムを含むターゲットは、薄膜の密着性が高いことや、薄膜を作りやすいこと等の理由によって、半導体、フラットパネルディスプレイ、記録メディアの材料として用いられているほか、摺動部材や切削工具等の表面に形成されるハードコーティング等として用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、Ｓｉ及びＢを含むＣｒ合金ターゲット材が記載されている。このターゲット材においては、純Ｓｉ相が５％以下の面積率で存在しており、ターゲット材構成元素による金属間化合物相が４０％以下の面積率で存在している。この金属間化合物相としては、ＣｒＳｉ２、ＣｒＳｉ、Ｃｒ３Ｓｉなどが例示されている。このターゲット材は、異常放電や局部溶融等の問題の主要因となるターゲット材組織中の純Ｓｉ相及び金属間化合物相の面積率を特定の値以下にしたことによって、アークイオンプレーティングにおいて安定した成膜が可能となり、得られる被膜特性にばらつきが少なくなる、と同文献には記載されている。このターゲット材は、Ｃｒ粉末、Ｓｉ粉末及びＢ粉末を混合した混合粉末を用いてＨＩＰ法及びホットプレス法のいずれかの方法を採用して、９００〜１３００℃で圧密化することによって製造される。
【０００４】
特許文献２には、Ｃｒを主成分とし、Ａｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｂから選択される少なくとも１種類の金属元素を含むスパッタリングターゲットが記載されている。このターゲットは、Ｃｒの偏析部のサイズを特定の値以下にすることで、均質で耐食性に優れた被膜特性が得られ、成膜効率及び再現性が高くなる、と同文献には記載されている。このターゲットは、該ターゲットの原料となる混合粉末を用い、常圧焼結、ホットプレス法及び熱間静水圧法などを実施する粉末冶金法によって製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１２７０７号公報
【特許文献２】特開２００４−０５２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アークイオンプレーティング法では、アーク放電によってターゲット材の表面が高温になることから、ターゲット材に大きな熱応力が発生する。このことに起因してターゲット材にクラックが生じ、それが原因で異常放電や局部溶融といった不具合が発生することがある。場合によってはターゲット材が破損することもある。このような不具合は、上述した各特許文献に記載のターゲット材においても生じるおそれがある。また、これらのターゲット材は電気抵抗が高いことから、大電流投入時に急激な温度上昇を示し、それによっても大きな熱応力が発生しやすい。
【０００７】
したがって本発明の課題は、クロムを含むターゲット材の改良にあり、更に詳しくは強度が高く、且つ電気抵抗の低いターゲット材及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、Ｃｒ、Ｓｉ及びＢを含むターゲット材であって、
純Ｓｉ相と、Ｃｒ２Ｂ相と、Ｃｒ固溶体相とを有し、
Ｃｒ固溶体相にＣｒ２Ｂ相が分散して存在しているターゲット材を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、前記のターゲット材の好適な製造方法として、
ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末を混合し、得られた混合粉を放電プラズマ焼結法に付す工程を有するターゲット材の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、強度が高く、且つ電気抵抗の低いターゲット材及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明のターゲット材の結晶粒の構造を示す、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）による分析の結果の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施例１で得られたターゲット材の結晶粒の構造を示す、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）による分析の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明のターゲット材は、クロムを主成分として含んでいる。主成分とは、本発明のターゲット材を構成する複数の元素のうち、原子％基準での含有割合が最も高い元素のことであり、一般にターゲット材に占める割合が５０原子％以上の元素のことである。本発明のターゲット材は、主成分であるクロムに加えて、ケイ素及びホウ素を含んでいる。ケイ素及びホウ素の含有割合はそれぞれクロムよりも低く、且つターゲット材に占める割合はそれぞれ５０原子％未満である。本発明のターゲット材は、クロム、ケイ素及びホウ素のみから実質的になることが好ましいが、残部として不可避不純物を含むことは許容される。本発明のターゲット材に不可避不純物が含まれる場合、各不可避不純物元素の含有割合はそれぞれ０．１原子％以下であることが好ましい。また、不可避不純物元素の合計の含有割合は１原子％以下であることが好ましい。本発明のターゲット材に含まれる各元素の割合は例えば誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ）法によって測定することができる。
【００１３】
本発明のターゲット材における主成分であるクロムは、該ターゲット材中に７６．１原子％以上９６．５原子％以下含まれることが好ましく、７８原子％以上９５．２原子％以下含まれることが更に好ましく、８０原子％以上９４原子％以下含まれることが一層好ましい。この範囲でクロムが含まれていることで、所望のクロム基合金膜を薄膜形成法によって形成することができる。
【００１４】
本発明のターゲット材中において、ケイ素は１原子％以上１６．９原子％以下含まれることが好ましく、２原子％以上１６原子％以下含まれることが更に好ましく、３原子％以上１５原子％以下含まれることが一層好ましい。この範囲でケイ素が含まれていることで、クロム基合金膜に所望の耐摩耗性等を付与することができ、硬質被膜を得ることができる。
【００１５】
本発明のターゲット材中において、ホウ素は２．５原子％以上７原子％以下含まれることが好ましく、２．８原子％以上６原子％以下含まれることが更に好ましく、３原子％以上５原子％以下含まれることが一層好ましい。この範囲でホウ素が含まれていることで、クロム基合金膜に所望の耐摩耗性等を付与することができ、硬質被膜を得ることができる。
【００１６】
クロムを主成分とし、更にケイ素及びホウ素を含む本発明のターゲット材は、（１）純Ｓｉ相と、（２）Ｃｒ２Ｂ相と、（３）Ｃｒ固溶体相とを有している。詳細には、図１に示すように、ターゲット材１０は、純Ｓｉ相１１と、Ｃｒ２Ｂ相１２と、Ｃｒ固溶体相１３とを有している。図１は、後述する「平均粒径の測定方法」に記載の条件に従い取得されたＥＢＳＤパターンの一例である。この図１において、純Ｓｉ相１１は黒色に塗りつぶされた領域として表されている。Ｃｒ２Ｂ相１２は黒色の小斑点で表されている。Ｃｒ固溶体相１３は、薄いグレーないし濃いグレーに塗りつぶされた領域として表されている。グレーに塗りつぶされた領域に濃淡が存在している理由は、Ｃｒ固溶体相１３の結晶方位が異なっているからである。
【００１７】
純Ｓｉ相１１は、実質的にケイ素のみから構成される相である。場合によっては、純Ｓｉ相１１内に、微細なＣｒ２Ｂ相が、本発明の効果を損なわない範囲で微量存在していてもよい。Ｃｒ２Ｂ相１２は、金属間化合物であるＣｒ２Ｂから構成される相である。Ｃｒ固溶体相１３は、クロムと、クロムに固溶可能な元素が固溶した固溶体からなる相である。クロムに固溶可能な元素としては例えばＳｉ及びＢが挙げられる。Ｃｒ固溶体相は、例えばＣｒとＳｉとの固溶体相か、又はＣｒとＢとの固溶体相のいずれかであっても良い。
【００１８】
図１に示すとおり、一つの純Ｓｉ相１１は、複数のＣｒ固溶体相１３に囲繞されている。またＣｒ２Ｂ相１２は、Ｃｒ固溶体相１３内に分散して存在している。一つのＣｒ固溶体相１３内には複数のＣｒ２Ｂ相１２が分散して存在していることが好ましい。Ｃｒ固溶体相１３内においてＣｒ２Ｂ相１２は、ほぼ均一に分散して存在している。換言すれば、Ｃｒ２Ｂ相１２は、Ｃｒ固溶体相１３における特定の部位、例えば境界及びその近傍に偏在していない。Ｃｒ２Ｂ相１２が均一に分散しているとは、例えば本発明のターゲット材１０をＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction Patterns）法によって結晶の方位を解析、及びマッピングし、Ｃｒ固溶体相１３に着目したとき、Ｃｒ固溶体相１３の任意の位置における直径２．０μｍの円を考えた場合、その円内に必ず１個以上のＣｒ２Ｂ相１２が存在することを言う。
【００１９】
以上のとおり、本発明のターゲット材１０は、金属間化合物相であるＣｒ２Ｂ相１２が微細化されており、且つＣｒ固溶体相１３内に均一に分散して存在している。Ｃｒ２Ｂ相１２はターゲット材１０に割れが生じるときの起点となると考えられているところ、該Ｃｒ２Ｂ相１２が微細化されており、且つＣｒ固溶体相１３内に均一に分散して存在していることに起因して、本発明のターゲット材１０は抗折強度が高いものとなる。また電気抵抗が低いものとなる。電気抵抗は、材料中での電子の流れやすさを反映するものであり、電子の流れやすさは材料の熱伝導性の良好さと相関するものであるから、本発明のターゲット材１０の電気抵抗が低いことは、換言すれば該ターゲット材１０の熱伝導率が高いことを意味する。要するに、本発明のターゲット材は、高強度で且つ高熱導電率のものである。したがって、本発明のターゲット材１０を用いてアークイオンプレーティング法を行った場合であっても、該ターゲット材１０に熱応力が生じにくく、また熱応力が生じた場合であっても該ターゲット材１０にクラック等の破壊が生じにくい。
【００２０】
以上の観点から、Ｃｒ固溶体相１３内に分散しているＣｒ２Ｂ相１２は、その結晶粒の粒径が小さいことが好ましい。具体的には、Ｃｒ２Ｂ相１２の結晶粒の平均粒径は０．７μｍ以下であることが好ましく、０．６μｍ以下であることが更に好ましく、０．５μｍ以下であることが一層好ましい。Ｃｒ２Ｂ相１２の結晶粒の平均粒径の下限値は特に定めるものではないが、平均粒径が０．１μｍ程度に小さくなれば、ターゲット材１０の強度向上及び電気抵抗の低下に寄与するという本発明の効果は十分に奏される。
【００２１】
一方、Ｃｒ固溶体相１３の結晶粒の粒径は、Ｃｒ２Ｂ相１２の結晶粒の粒径よりも大きくなっている。Ｃｒ固溶体相１３の結晶粒の粒径は、これが過度に大きくなると金属組織が粗大化してしまい、本発明の効果が奏されにくくなる傾向にある。そこでＣｒ固溶体相１３の結晶粒の平均粒径は、１．０μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることが更に好ましく、１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが一層好ましい。
【００２２】
Ｃｒ固溶体相１３に囲繞されている純Ｓｉ相１１の結晶粒の粒径に関しては、先に述べたＣｒ固溶体相１３の結晶粒の粒径と同様に、これが過度に大きくなると金属組織が粗大化してしまい、本発明の効果が奏されにくくなる傾向にある。そこで純Ｓｉ相１１の結晶粒の平均粒径は、０．３μｍ以上４．０μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であることが更に好ましく、０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることが一層好ましい。
【００２３】
純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３それぞれの結晶粒の平均粒径はそれぞれ上述のとおりであるところ、ターゲット材１０の断面に占める純Ｓｉ相１１の割合、すなわち面積率は、純Ｓｉ相同士の結合を抑制し，強度低下や熱伝導の劣化を防ぐという観点から、８％以上５０％以下であることが好ましく、１２％以上４９％以下であることが更に好ましく、１６％以上４７％以下であることが一層好ましい。
【００２４】
また、ターゲット材１０の断面に占めるＣｒ２Ｂ相の面積率は、Ｃｒ固溶体相の熱伝導を損なわないという観点から、０．１％以上７．５％以下であることが好ましく、０．６％以上６．０％以下であることが更に好ましく、１．０％以上５．０％以下であることが一層好ましい。更に、ターゲット材１０の断面に占めるＣｒ固溶相の面積率は、純Ｓｉ相同士の結合を抑制し，強度低下や熱伝導の劣化を防ぐという観点から、４２％以上９２％以下であることが好ましく、４５％以上８７％以下であることが更に好ましく、４９％以上８３％以下であることが一層好ましい。
【００２５】
純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３それぞれの結晶粒の平均粒径、並びに各相の面積率は次の方法で測定できる。
（平均粒径の測定方法）
まず、ターゲット材１０の表面を研磨し平滑にする。この平滑表面について、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）／電子線後方散乱回折分析（ＥＢＳＤ）装置（Ｐｅｇａｓｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍ／アメテック（株）製）を搭載したＦＥ銃型の走査型電子顕微鏡（ＳＵＰＲＡ５５ＶＰ／Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ社製）によって、ケイ素、Ｃｒ２Ｂ及びＣｒ固溶体のＥＤＳスペクトルとＥＢＳＤパターンを測定する。測定条件は、加速電圧２０ｋＶ、倍率３０００倍、観察視野１０μｍ×２０μｍ、測定間隔０．０２μｍとする。指数付けする結晶相は、純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３であり、ＥＤＳスペクトルから三者を区別する。得られたデータについてＥＢＳＤ解析プログラム（ＯＩＭ  Ａｎａｌｙｓｉｓ／（株）ＴＳＬソリューションズ製）の分析メニュー「Ｇｒａｉｎ  Ｓｉｚｅ」を選択して、純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３それぞれの面積重み付き平均結晶粒径（μｍ）を算出する。このとき５°以上の方位差が検出されたときに一般粒界として識別させるものとし、＜００１＞軸周りに７０°回転の方位関係にある双晶粒界は一般粒界とみなさないこととして行う。前記測定を無作為に５視野にて行い、各視野での純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３の平均結晶粒径を算出する。各視野で得られた純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３の平均結晶粒径を更に平均した数値をそのターゲット材１０における純Ｓｉ相１１、Ｃｒ２Ｂ相１２及びＣｒ固溶体相１３の結晶粒の平均粒径とする。
【００２６】
本発明のターゲット材は、結晶相として、上述した（１）純Ｓｉ相、（２）Ｃｒ２Ｂ相、及び（３）Ｃｒ固溶体相のみを有していることが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲において他の結晶相、例えばＣｒ３Ｓｉ相、Ｃｒ５Ｓｉ３相、ＣｒＳｉ相などを微量有していてもよい。
【００２７】
本発明のターゲット材が以上の構造を有することは、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察、並びにエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）及び電子線後方散乱回折分析（ＥＢＳＤ）による測定で確認することができる。また、以上の構造を有する本発明のターゲット材は、例えば後述する製造方法によって好適に製造することができる。
【００２８】
以上のとおり、本発明のターゲット材は、上述の構造を有することに起因して強度が高いものである。詳細には、本発明のターゲット材は、その抗折強度が好ましくは３０ｋｇｆ／ｍｍ２以上、更に好ましくは３５ｋｇｆ／ｍｍ２以上、一層好ましくは４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上という高い値を示す。抗折強度は、ワイヤー放電加工によりターゲット材から切り出した試料片（全長３６ｍｍ以上、幅４．０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ）を用い、ＪＩＳ Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強度試験方法）の３点曲げ強さの測定方法にしたがって測定される。
【００２９】
また本発明のターゲット材は、上述の構造を有することに起因して電気抵抗が低いものである。詳細には、本発明のターゲット材は、電気抵抗の尺度としての体積抵抗率が好ましくは１．０×１０−２Ω・ｃｍ以下、更に好ましくは１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下、一層好ましくは１．０×１０−４Ω・ｃｍ以下という低い値を示す。体積抵抗率は、２５℃、６０％ＲＨ下に、三菱化学株式会社製ロレスタＧＰを用い、四端子法に従い測定される。
【００３０】
本発明のターゲット材は、その相対密度が９６％以上であることが好ましく、９７％以上であることが更に好ましく、９８％以上であることが一層好ましい。ターゲット材の相対密度を高くすることによって、ターゲット材のポア部（空孔）が少なくなるので、例えばスパッタリング時に放電が安定し、アーキングに起因するパーティクルの発生を防ぐことができる。相対密度は、アルキメデス法に基づき測定される。具体的には、ターゲット材の空中質量を、体積（＝ターゲット材の水中質量／計測温度における水比重）で除し、下記式（１）に基づく理論密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に対する百分率の値を相対密度（単位：％）とした。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
式中、Ｃ１ないしＣｉはそれぞれターゲット材の構成物質の含有量（質量％）を示し、ρ１ないしρｉはＣ１ないしＣｉに対応する各構成物質の密度（ｇ／ｃｍ３）を示す。
【００３３】
次に、本発明のターゲット材の好適な製造方法について説明する。本発明のターゲット材は、ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末とを混合し、得られた混合粉を放電プラズマ焼結法に付す工程を経て好適に製造される。
【００３４】
本発明のターゲット材を得るには、まずケイ素単体の粉末とホウ素単体の粉末とクロム単体の粉末とを用意し、これら三者を混合する。ケイ素粉末としては、ターゲット材における純Ｓｉ相の結晶粒の粗大化を抑制する観点から、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ50が、好ましくは０．５μｍ以上１０．０μｍ以下、更に好ましくは０．７μｍ以上７．０μｍ以下、一層好ましくは１．０μｍ以上５．０μｍ以下のものを用いる。
【００３５】
ホウ素粉末としては、微細なＣｒ２Ｂ相を生成させる観点から、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ50が、好ましくは０．２μｍ以上１０．０μｍ以下、更に好ましくは０．３μｍ以上７．０μｍ以下、一層好ましくは０．５μｍ以上５．０μｍ以下のものを用いる。
【００３６】
クロム粉末としては、Ｃｒ固溶体相内に微細なＣｒ２Ｂ相を生成させる観点から、レーザー回折散乱式粒度分布測定法による累積体積５０容量％における体積累積粒径Ｄ50が、好ましくは１．０μｍ以上１０．０μｍ以下、更に好ましくは２．０μｍ以上５．０μｍ以下、一層好ましくは２．５μｍ以上３．５μｍ以下のものを用いる。
【００３７】
以上のとおりの粒径Ｄ５０を有するホウ素粉末及びクロム粉末を用いると、得られるターゲット材におけるＣｒ２Ｂ相の結晶粒の平均粒径は、ホウ素粉末の粒径Ｄ５０及びクロム粉末の粒径Ｄ５０よりも小さくなることが本発明者の検討の結果判明した。このような現象が起こる理由は現在のところ明確でない。なお、微細なＣｒ２Ｂ相の生成は、ターゲット材の強度向上に寄与するものと本発明者は考えている。
【００３８】
本発明のターゲット材におけるケイ素含有量、ホウ素含有量及びクロム含有量は、原料となるケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末との混合比率（原子％）と同視することができる。したがって、ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末との混合比率は、目的とするターゲット材におけるケイ素、ホウ素及びクロムの原子％が上述の範囲となるように適切に調整される。
【００３９】
ケイ素粉末とホウ素粉末とクロム粉末との混合には種々の混合手段を用いることができる。例えばビーズミル、サンドミル、ペイントシェーカー、アトライタ（登録商標）及びボールミルなどの媒体攪拌型ミル、三本ロールミル、などを用いることができる。媒体攪拌型ミルを用いるときのメディアの直径は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。メディアの材質は、例えばジルコニアやアルミナなどが好ましい。また、得られた混合粉に対して、目開き５０μｍ以下の篩を使用して篩い分けを行ってもよい。
【００４０】
混合粉は、次いで、所定の形状の成形凹部を有する焼結ダイ内に充填される。焼結ダイとしては例えばグラファイト製のものを用いることができるが、この材質に限られない。焼結ダイに混合粉を充填したら、該混合粉を放電プラズマ焼結法（以下「ＳＰＳ法」と略称する。）に付す。ＳＰＳ法は、ホットプレス焼結法（以下「ＨＰ法」と略称する。）などと同様の固体圧縮焼結法の一つである。ＳＰＳ法においては、焼結ダイ内に充填した前記の混合粉を加圧しながら加熱する。ＨＰ法においても加圧しながら加熱を行うが、ＳＰＳ法はＨＰ法と加熱の仕方が相違する。ＨＰ法ではホットプレス装置の発熱体を用いて長時間にわたり焼結対象物に対して外部から加熱を行うのに対して、ＳＰＳ法では、オン−オフの直流パルス電圧・電流を導電性のある焼結ダイ及び焼結対象物に直接印加する。そして、電気エネルギーが直接投入された焼結ダイの自己発熱を、加圧とともに焼結駆動力として利用する。つまり、一般的な焼結に用いられる熱的及び機械的エネルギーに加えて、パルス通電による電磁的エネルギーや被加工物の自己発熱及び粒子間に発生する放電プラズマエネルギーなどを複合的に焼結の駆動力としている。このような焼結方式を採用するＳＰＳ法によれば、粒成長が抑制された緻密な焼結体を製造することができる。つまり、純Ｓｉ相の平均粒径、Ｃｒ２Ｂ相の平均粒径、及びＣｒ固溶体相の平均粒径を上述の範囲に制御することが可能となる。
【００４１】
目的とするターゲットを首尾よく得る観点から、ＳＰＳ法を行うときの昇温速度は、１０℃／ｍｉｎ以上５０℃／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１５℃／ｍｉｎ以上３０℃／ｍｉｎ以下であることが更に好ましい。昇温速度を１０℃／ｍｉｎ以上にすることで、異常粒成長を抑制することができ、また５０℃／ｍｉｎ以下にすることで、焼結体内に温度のバラツキが生じることを抑制することができる。焼結温度は、８００℃以上１１００℃以下であることが好ましく、９５０℃以上１１００℃以下であることが更に好ましい。焼成温度を８００℃以上にすることで、焼結体の密度が低くなることを抑制でき、また１１００℃以下にすることで、純Ｓｉ相の粗大化や溶出の発生を抑制できる。焼結温度は、放射温度計（チノー社製、ＩＲ−ＡＨＳ０）を使用して、焼結ダイの表面温度を計測することで得ることができる。焼結時の圧力は、２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることが好ましく、２５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であることが更に好ましい。焼結保持時間は、焼結温度及び圧力が上述の範囲であることを条件として、２０分以上３００分以下であることが好ましく、３０分以上１８０分以下であることが更に好ましい。
【００４２】
焼結の雰囲気は、真空又は不活性ガスとすることができる。真空で焼結を行う場合には、絶対圧で３０Ｐａ以下、特に１０Ｐａ以下の条件を採用することが好ましい。不活性ガス中で焼結を行う場合には、不活性ガスとしてアルゴンや窒素を用いることができる。
【００４３】
ＳＰＳ法による焼結が終了したら、加熱を停止して冷却を行う。冷却の方式に特に制限はなく、自然冷却とすることが簡便である。以上の条件を適切に調整することで、目的とするターゲット材を首尾よく得ることができる。
【００４４】
このようにして得られたターゲット材は、スパッタリングや、アークイオンプレーティング等の真空蒸着など、各種の物理気相成長法（ＰＶＤ）のターゲット材として好適に用いられる。このターゲット材は、例えば摺動部品の表面、切削工具の切削面、及び金型の成形面などに形成される硬質被膜の材料として好適に用いられる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。
【００４６】
〔実施例１〕
（１）焼結用の混合粉の調製
粒径Ｄ５０が３．０μｍであるケイ素単体の粉末と、粒径Ｄ５０が１．３μｍであるホウ素単体の粉末と、粒径Ｄ５０が３．２μｍであるクロム単体の粉末とを、Ｓｉ：Ｂ：Ｃｒ＝３：５：９２（原子％）となるように秤量した。ペイントシェーカーを用いてこれら三者を混合して混合粉を得た。ペイントシェーカーは３時間運転した。メディアとして直径１０ｍｍのジルコニアボールを用いた。このようにして得られた混合粉を目開き５０μｍの篩で篩い分けした。
【００４７】
（２）焼結によるターゲット材の製造
前記の篩い分けで篩過した混合粉をグラファイト製の焼結ダイ内に充填した。焼結ダイの内径は１２０ｍｍであった。次いでＳＰＳ法によって混合粉の焼結を行った。ＳＰＳ法の実施条件は以下のとおりとした。このようにして得られた焼結体を加工して、直径１０５ｍｍ、厚さ１６ｍｍのターゲット材を得た。ＳＥＭによる観察、並びにＥＤＳ及びＥＢＳＤによる測定の結果、図２に示すとおり、純Ｓｉ相とＣｒ固溶体相とは、互いに分離しており、且つＣｒ固溶体相内に微細なＣｒ２Ｂ相が分散していることが確認された。Ｃｒ固溶体相は、ＣｒとＳｉとの固溶相であった。
・焼結雰囲気：真空（絶対圧１０Ｐａ）
・昇温時間：２５℃／ｍｉｎ
・焼結温度：１０７０℃
・焼結保持時間：４０ｍｉｎ
・圧力：４０ＭＰａ
・降温：自然炉冷
【００４８】
〔実施例２及び３〕
以下の表１に示す条件を採用した以外は実施例１と同様の操作を行い、ターゲット材を得た。
【００４９】
〔比較例１〕
本比較例では、実施例１で採用したＳＰＳ法に代えてＨＰ法を用いて混合粉の焼結を行った。これ以外は実施例１と同様の操作を行い、ターゲット材を得た。
【００５０】
〔比較例２〕
以下の表１に示す条件を採用した以外は実施例１と同様の操作を行い、ターゲット材を得た。
【００５１】
〔評価〕
実施例及び比較例で得られたターゲット材について、上述した方法で、純Ｓｉ相、Ｃｒ２Ｂ相及びＣｒ固溶体相の結晶粒の平均粒径を測定した。また、各相の面積比を測定した。更に、上述の方法でターゲット材の相対密度、抗折強度及び体積抵抗率を測定した。それらの結果を以下の表２に示す。
【００５２】
【表１】
2017218621.tif 000004
【００５３】
【表２】
2017218621.tif 000005
【００５４】
図２に示すとおり、実施例１で得られたターゲット材は、純Ｓｉ相とＣｒ固溶体相とが、互いに分離しており、且つＣｒ固溶体相内に微細なＣｒ２Ｂ相が分散して存在していることが確認できる。また表２に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られたターゲット材は、相対密度が高く、抗折強度が高く、しかも体積抵抗率が低いものであることが判る。なお図には示していないが、実施例２及び３においても、実施例１と同様に、純Ｓｉ相とＣｒ固溶体相とは、互いに分離しており、且つＣｒ固溶体相内に微細なＣｒ２Ｂ相が分散していることが確認された。実施例２及び３においてもＣｒ固溶体相は、ＣｒとＳｉとの固溶相であった。比較例２においては、Ｃｒ２Ｂ相は形成されず、その代わりにＣｒＢ相が形成されていた。また、図には示していないが、比較例１で得られたターゲット材では、Ｃｒ固溶体相内にＣｒ２Ｂ相が分散した組織を有していなかった。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ターゲット材
１１  純Ｓｉ相
１２  Ｃｒ２Ｂ相
１３  Ｃｒ固溶体相
【図１】
2017218621.tif 000006
【図２】
2017218621.tif 000007