用激光CVD法的氧化铝涂层低温高速成膜新技术

日本东北大学金属材料研究所和产业技术综合研究所通过激光CVD法使原料等离子化，开发出了在较原来约低400℃的温度下对氧化铝单晶涂层进行成膜，并将成膜速度提高数10～1000倍的成膜技术。

日本东北大学金属材料研究所和产业技术综合研究所通过激光CVD(化学气相沉积)法使原料等离子化，开发出了在较原来约低400℃的温度下对氧化铝(Al₂O₃)单晶涂层进行成膜，并将成膜速度提高数10～1000倍的成膜技术。如果将该项研究成果用于刀头可换式等切削工具的硬质氧化铝相涂层中，将有望大幅提高切削工具的寿命，因此吸引了广泛关注。

日本东北大学金属材料研究所教授后藤孝的研究小组一直在进行以下的研究：采用铝有机金属络合物Al(acac)3(乙酰丙酮铝)和氧气，然后对其进行激光照射实现等离子化，形成活性反应场，对氧化铝α单晶相进行成膜，并优化结晶方位。如果在激光器中采用半导体激光器使铝的气体原料实现等离子化，那么与目前的CVD法相比，可以低温高速地制成硬质α相氧化铝。CVD的载气中使用了氩气。

此次将激光器由半导体激光器改为Nd(钕)-YAG(钇铝石榴石)激光器，输出功率提高到了250W，可大范围照射激光，从而优化了因等离子而形成的活性场。后藤教授介绍说，最终“我们成功地将成膜温度降低了400℃，将成膜速度提高至数10～1000倍以上”。据后藤教授介绍，预计成膜速度最高可以快至数1000倍。成膜温度为1000K左右，低于原方法的1500K。

α氧化铝是采用“Corundum”型结晶构造的氧化铝高温相，导热率较小、即使在高温下也具有良好的化学稳定性，因此有望作为超硬工具等切削工具的涂层。通过实验获得了α氧化铝相单晶成膜的温度和杨氏模量的合成领域范围、将原料气体的气化温度和装置样品室的压力作为变数进行控制后的结晶方位范围等。

此次的研究成果，是东北大学与产综研可持续材料研究部门作为大幅减少稀有金属W(钨)使用量的经济产业省“稀有金属代替材料开发项目”的研发课题而共同推进的。在成膜底板的实验中采用了氧化铝，后藤教授介绍说“还可以支持超硬工具(WC和Co是主要成分)底板中的被膜”。

以对α氧化铝层进行低温高速被膜的研究成果为基础，工具厂商如何支持超硬工具实现产品化将是今后的一大课题。后藤教授表示，覆层对象除了超硬工具外，“预计主要成分为TiN(氮化钛)的金属陶瓷也可被膜”。基于激光CVD的等离子活性化被膜法可以用于很多领域，这一点最受人瞩目。