真空蒸着コーティング技術の導入

2．蒸発加熱

（１）抵抗加熱蒸発
抵抗加熱蒸発は最も単純で一般的に使用されている加熱方法であり、一般的に融点が1500℃以下のコーティング材料に適用できます。線状または板状の高融点金属（W、Mo、Ti、Ta、窒化ホウ素など）は通常、適切な形状の蒸発源に加工され、蒸発材料を装填し、電流のジュール熱によってめっき材料を溶融、蒸発、または昇華させます。蒸発源の形状は主に、多芯螺旋状、U字型、正弦波状、薄板状、ボート状、円錐状バスケット状などがあります。同時に、この方法では、蒸発源材料は高融点、低飽和蒸気圧、安定した化学的性質を持ち、高温でコーティング材料と化学反応を起こさず、耐熱性に優れ、電力密度の変化が小さいなどの特性を備えている必要があります。蒸発源に高電流を流して加熱し、直接加熱によって膜材料を蒸発させるか、グラファイトと特定の高耐熱性金属酸化物（A2O2、B0など）および間接加熱による蒸発のためのその他の材料。
抵抗加熱蒸着コーティングには、耐火金属は蒸気圧が低いため薄膜形成が困難であること、一部の元素は加熱線と合金を形成しやすいこと、合金膜の組成を均一にすることが難しいことなどの制約があります。しかし、抵抗加熱蒸着法は構造がシンプルで価格が安く操作も容易なため、蒸着法として非常に広く用いられています。

（２）電子ビーム加熱蒸発
電子ビーム蒸着は、水冷式銅るつぼに入れたコーティング材料に高エネルギー密度の電子ビームを照射することで蒸発させる方法です。蒸着源は、電子放出源、電子加速電源、るつぼ（通常は銅るつぼ）、磁場コイル、冷却水装置などから構成されます。この装置では、加熱された材料を水冷式るつぼに入れ、電子ビームは材料のごく一部にのみ照射されます。残りの材料の大部分はるつぼの冷却効果により非常に低い温度に保たれ、これがるつぼの照射部分とみなされます。したがって、電子ビーム加熱による蒸着法は、コーティング材料と蒸着源材料との間の汚染を回避できます。
電子ビーム蒸着源の構造は、ストレートガン（ブールガン）、リングガン（電気的偏向）、およびeガン（磁気的偏向）の3種類に分類できます。蒸着装置には1つまたは複数のるつぼを設置することができ、様々な物質を同時に、または個別に蒸発・堆積させることが可能です。

電子ビーム蒸着源には、以下の利点がある。
①電子ビーム照射蒸発源の高いビーム密度は、抵抗加熱源よりもはるかに高いエネルギー密度を得ることができ、W、Mo、Al2O3などの高融点材料を蒸発させることができます。
②コーティング材料は水冷式の銅るつぼに入れられ、蒸発源材料の蒸発やそれらの間の反応を防ぐことができる。
③コーティング材の表面に直接熱を加えることができるため、熱効率が高く、熱伝導や熱放射による損失が低くなります。
電子ビーム加熱蒸着法の欠点は、電子銃からの一次電子とコーティング材料表面からの二次電子が蒸発中の原子や残留ガス分子をイオン化し、場合によっては膜の品質に影響を与えることである。

（３）高周波誘導加熱蒸発
高周波誘導加熱蒸発法では、コーティング材料を入れたるつぼを高周波螺旋コイルの中心に配置し、高周波電磁場の誘導下でコーティング材料に強い渦電流とヒステリシス効果を発生させ、膜層を加熱して蒸発させます。蒸発源は一般的に、水冷式の高周波コイルとグラファイトまたはセラミック（酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ホウ素など）るつぼで構成されます。高周波電源は、1万～数十万Hzの周波数を使用し、入力電力は数キロワットから数百キロワットです。膜材料の体積が小さいほど、誘導周波数は高くなります。誘導コイルは通常、水冷式の銅管でできています。
高周波誘導加熱蒸発法の欠点は、入力電力の微調整が容易ではないことですが、次のような利点があります。
①高い蒸発率
②蒸発源の温度は均一かつ安定しているため、コーティング液滴の飛散現象が発生しにくく、成膜された膜上のピンホール現象も回避できます。
③蒸発源は一度装填すればよく、温度制御は比較的容易で簡単です。