表面処理：蒸着・薄膜

　CVD（Chemical Vapor Deposition）法による表面皮膜合成は、つぎのような特徴をもっています。

　イオンプレーティングは、真空蒸着装置の基板と蒸発源との間に、蒸発材料をイオン化する装置を付加したものです。真空槽に、アルゴンなどの不活性ガスを導入し、10-1〜10-2Paの雰囲気で、蒸発した蒸発材料の原子をグロー放電のプラズマ中でイオン化し、これに電気エネルギーを与えて加速し、基板に衝突させて皮膜を形成するものです。次のような特徴をもっています。

　化学気相成長法（CVD）は、基材（ワーク）の表面に、炭化物、酸化物、窒化物、合金、単体元素などを合成して、表面改質するものですが、その皮膜や合成原料の種類、合成温度、応用面などについての一例を【表1】に示します。

　ダイヤモンドは、宝飾品としての希少価値の他に、現存する物質中で最も硬いことで知られていますが、機械的、電気的、化学的、光学的、熱的特性など、ほかの物質では得ることのできない優れた特性をもっています。 　その特性と期待されている応用分野を【表1】に示します。

　ダイヤモンド状カーボンとは、Diamond Like Carbon （DLC）のことで、ダイヤモンドとよく似た特性をもつ炭素膜であります。成膜法は、【表1】に示すとおり多くの成膜法がありますが、これらの特徴は、様々な方法で生成した炭素イオンを常温に近い低温で基材に叩きつけて成膜することで、成膜時にとくに加熱を必要としないことです。 　また、膜の諸性質は、成膜法により大きく異なりますが、共

（1）主に装飾を目的とした成膜 （2）機能向上を目的とした成膜 　一般金型、プラスチック金型、工具、産業機器部品などへ適用。 « 前の講座へ

　イオンプレーティング（IPと略称することもある）は、【表1】に示しますように、湿式プロセスの電気めっきなどの及ばない高い硬度を活かして、多方面に活用されています。

　PVDやCVDによって成膜される硬質皮膜の特徴について、【表1】に示します。最初に開発されたのはTiNであり、これが硬質でありながら金色をしているため、傷がつかない金色めっきとして装飾品、時計のバンド、めがねフレームなどに盛んに用いられました。 　その後この膜が、硬質であること、摩擦係数が小さいことから、工具メーカーが切削工具に採用するようになり、次第に応用範囲が拡大されるようになりました。

（2）プラズマCVD 　熱CVDの成膜温度を低温化するためにプラズマCVDが開発されました。 　直流（Direct Current）プラズマCVDは、【図1】に示すように、ベースと処理物間に直流のグロー放電を起すことによって、ガス反応を促進させ、TiNを500〜550℃の低温で成膜させます。 　この方法は、膜表面が、熱CVDよりもはるかに滑らかであること、低温のために処理に伴う処理物の変

　化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition）はCVDと呼ばれ、多くの分野で活用されています。この方法の成膜の原理は、真空容器内で成膜材料を蒸発するのではなく、外部から成膜材料のガスを導入して、高温の容器内で基板との化学反応によって成膜するものです。その方法には次表のようなものがあります。

　真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリングなどのドライプロセスをPVD（Physical Vapor Deposition）と呼んでいます。これらの皮膜と皮膜形成時の特徴を比較すると、【表1】に示すとおりです。

　真空容器内に、基板とターゲットとなる金属を対峙させ、真空にしてから、少量のアルゴンガスを導入し、基板（＋）と金属（−）間に直流電圧を印加すると放電が起こります。この放電によってアルゴンはイオン化して金属に衝突します。すると金属から金属原子やイオンが叩き出されて基板上に堆積します。この方法は直流スパッタリングと呼ばれますが、次のような方法があります。 （1）直流スパッタリング 　直流に

　イオンプレーティングは、真空蒸着と同様な真空容器内で蒸発した薄膜材料の蒸気をイオン化して、負の電圧を印加した基材にたたき付けて皮膜を形成するものです。真空蒸着はどちらかといえば密着性が劣りますが、本法はこれを改善したもので、チタン系やクロム系の硬質膜の成膜に使われ、切削工具や金型など使用条件の厳しいものに用いられています。最初に、直流法が登場しましたが、現在は次のような4つの方法に大別で

　真空蒸着は、ドライプロセスとしては基本的なもので、眼鏡やカメラのレンズなどの反射防止のために古くから行われてきました。 　蒸着の原理は、真空容器中に蒸発源と基板を置き、真空にして、作ろうとする薄膜材料を前回述べたように抵抗加熱、イオンビームなどの方法で蒸発させ、基板に付着させるもので、丁度ストーブに置いたやかんから出た水蒸気が、窓ガラスに付着して水滴をつくるようなものであります。

　ドライプロセスにおいて、薄膜をつくるための材料を蒸発させる装置を気化源、蒸発源、ソースなどといいますが、次のような方法があります。 （1）抵抗加熱気化源 　高融点のタングステンの線状のフィラメントやボート状の電熱ヒーター上に蒸発材料を載せて電流を流し、加熱によって溶融・蒸発させます。加熱ヒーターとしては通常タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブなどの高融点金属が用いられますが、蒸

　ドライプロセスでは、金属の薄い膜をつくるのに幾つかの方法があります。通常この膜を「薄膜（はくまく）」といっています。はっきりとした定義がある訳ではないのですが、膜の厚さは、大体1μm以下のもので、ナノメータ単位の薄膜の作製も可能であります。 　薄膜をつくるには、まず、薄膜となる材料を気化して蒸気にすることが必要であります。これを「気化源（ソース、蒸発源ともいう）」といいますが、気化する方

　今まで、めっき、アルマイト、化学皮膜、塗装、溶射などについて、ご紹介をしてきましたが、これから、真空または、大気圧より低い圧力の気体で満たされている空間で金属、無機化合物、有機化合物などの薄膜を形成する表面処理方法、ドライプロセス（乾式処理法）について、お話をしましょう。 　ドライプロセスとは、めっきやアルマイトなど、水溶液を使用する表面処理方法（ウエットプロセス・湿式処理）に対する、水を使わ