JP2585548B2 - 気密性セラミック塗膜及びその製造方法 - Google Patents
気密性セラミック塗膜及びその製造方法Info
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- JP2585548B2 JP2585548B2 JP61220516A JP22051686A JP2585548B2 JP 2585548 B2 JP2585548 B2 JP 2585548B2 JP 61220516 A JP61220516 A JP 61220516A JP 22051686 A JP22051686 A JP 22051686A JP 2585548 B2 JP2585548 B2 JP 2585548B2
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C18/143—Radiation by light, e.g. photolysis or pyrolysis
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は各種機械装置、プラント機器、塔槽類等の比
較的大面積を有する金属表面に形成された気密性セラミ
ック塗膜及びその製造方法に関するものである。本発明
は特に、ステンレス鋼、炭素鋼等の表面では耐薬品性、
耐酸化性に於て不充分で且つプラスチックコーティング
やグラスライニング表面では耐熱性の点で使用できない
高温領域で使用される基材表面に対し、その基材表面の
保護を目的とするセラミックコーティング技術に関する
ものである。
較的大面積を有する金属表面に形成された気密性セラミ
ック塗膜及びその製造方法に関するものである。本発明
は特に、ステンレス鋼、炭素鋼等の表面では耐薬品性、
耐酸化性に於て不充分で且つプラスチックコーティング
やグラスライニング表面では耐熱性の点で使用できない
高温領域で使用される基材表面に対し、その基材表面の
保護を目的とするセラミックコーティング技術に関する
ものである。
炭素鋼及びステンレス鋼は両者の間に耐酸化性、耐薬
品性に程度の差はあるにせよ、いずれも使用条件下に於
ては、材質劣化を免れない。これらの金属の耐薬品性を
コーティングにより増すための一般的な方法はプラスチ
ックコーティング又はグラスライニングである。しかし
ながら、これらのコーティング方法の欠点は、いずれも
高温にさらされる装置には使用できない点にある。プラ
スチックコーティングとしては最も高温に耐えるといわ
れるテフロンコーティングやポリアミドコーティングに
しても実質的に300℃以上の使用には耐えられない。又
グラスライニングも300℃以上の使用には耐えず、一般
にはその使用は250℃以下に限定される。前者の温度限
界は有機物の分解開始に起因しており、後者の温度限界
は、金属とガラスの熱膨張係数の差に基づく応力の増大
にガラスが耐られないことに起因している。
品性に程度の差はあるにせよ、いずれも使用条件下に於
ては、材質劣化を免れない。これらの金属の耐薬品性を
コーティングにより増すための一般的な方法はプラスチ
ックコーティング又はグラスライニングである。しかし
ながら、これらのコーティング方法の欠点は、いずれも
高温にさらされる装置には使用できない点にある。プラ
スチックコーティングとしては最も高温に耐えるといわ
れるテフロンコーティングやポリアミドコーティングに
しても実質的に300℃以上の使用には耐えられない。又
グラスライニングも300℃以上の使用には耐えず、一般
にはその使用は250℃以下に限定される。前者の温度限
界は有機物の分解開始に起因しており、後者の温度限界
は、金属とガラスの熱膨張係数の差に基づく応力の増大
にガラスが耐られないことに起因している。
近年、プラスチックコーティングの耐熱性における欠
点を改良するために、プラスチックに比較して分解温度
の高いシリコン樹脂の如きカルボシラン樹脂とセラミッ
ク微粒子を混合したコーティング材が開発されている。
しかし、この樹脂も400℃を超えるとSi−Ｃ結合の分解
が始まるため、450℃以上の使用には耐えることができ
ない。このように450℃以上で気密な膜を作るコーティ
ング方法が現状では存在しないため、高温耐食ばかりで
なく、高温領域で問題となる金属の酸化を防止するコー
ティング方法も現状では存在しない。
点を改良するために、プラスチックに比較して分解温度
の高いシリコン樹脂の如きカルボシラン樹脂とセラミッ
ク微粒子を混合したコーティング材が開発されている。
しかし、この樹脂も400℃を超えるとSi−Ｃ結合の分解
が始まるため、450℃以上の使用には耐えることができ
ない。このように450℃以上で気密な膜を作るコーティ
ング方法が現状では存在しないため、高温耐食ばかりで
なく、高温領域で問題となる金属の酸化を防止するコー
ティング方法も現状では存在しない。
しかしながら、被覆面積が小さくて良い場合には、45
0℃以上の使用に耐える気密な膜を作る方法はいくつか
存在する。その第１は気相から基材金属表面に塗膜を生
成させる方法である、PVD法、CVD法等がある。しかしこ
の方法では塗膜生成に減圧が必要であり1m2を超すもの
については施工が困難である。次に最近提案されている
方法として、特開昭59-96273号公報、特開昭60-11287号
公報、特開昭61-30658号公報等にみられるようなセラミ
ック溶射皮膜の表面をレーザー照射して、セラミック表
面を封孔し、気密性を増大せしめる方法がある。しかし
ながら、この方法の欠点は溶射に要するコストと時間が
非常に大きいため、1m2を超すような大面積のコーティ
ングには実質的に不向きな点である。
0℃以上の使用に耐える気密な膜を作る方法はいくつか
存在する。その第１は気相から基材金属表面に塗膜を生
成させる方法である、PVD法、CVD法等がある。しかしこ
の方法では塗膜生成に減圧が必要であり1m2を超すもの
については施工が困難である。次に最近提案されている
方法として、特開昭59-96273号公報、特開昭60-11287号
公報、特開昭61-30658号公報等にみられるようなセラミ
ック溶射皮膜の表面をレーザー照射して、セラミック表
面を封孔し、気密性を増大せしめる方法がある。しかし
ながら、この方法の欠点は溶射に要するコストと時間が
非常に大きいため、1m2を超すような大面積のコーティ
ングには実質的に不向きな点である。
本発明は、450℃以上の高温に耐え、且つ気密性に優
れたセラミック塗膜及びこの塗膜を1m2以上の大きな基
材表面に迅速に被覆形成することのできるコーティング
技術を提供することを目的とする。
れたセラミック塗膜及びこの塗膜を1m2以上の大きな基
材表面に迅速に被覆形成することのできるコーティング
技術を提供することを目的とする。
本発明によれば、第１の発明として、基材表面に形成
された高融点セラミック粒子とガラス状シリカからなる
セラミック塗膜であって、該ガラス状シリカはカルボシ
ラン樹脂膜のレーザー処理により生成した溶融シリカを
経由して形成された非多孔性のものであることを特徴と
する気密性セラミック塗膜が提供され、第２の発明とし
て、基材表面に形成された高融点セラミック粒子とカル
ボシラン樹脂からなる塗膜をレーザー処理して該カルボ
シラン樹脂を分解し、溶融シリカを経由してシリカを主
成分とするガラス状物質を生成させることを特徴とする
気密性セラミック塗膜の製造方法が提供される。
された高融点セラミック粒子とガラス状シリカからなる
セラミック塗膜であって、該ガラス状シリカはカルボシ
ラン樹脂膜のレーザー処理により生成した溶融シリカを
経由して形成された非多孔性のものであることを特徴と
する気密性セラミック塗膜が提供され、第２の発明とし
て、基材表面に形成された高融点セラミック粒子とカル
ボシラン樹脂からなる塗膜をレーザー処理して該カルボ
シラン樹脂を分解し、溶融シリカを経由してシリカを主
成分とするガラス状物質を生成させることを特徴とする
気密性セラミック塗膜の製造方法が提供される。
本発明の塗膜を製造するには、基材表面に形成された
高融点セラミック粒子とカルボシラン樹脂からなる塗膜
をレーザー処理することを特徴とする。セラミック粒子
とカルボシラン樹脂とからなる塗膜を通常の方法で徐々
に加熱処理すると、その塗膜は、450℃以上の高温下で
は、分解し、最終的にはセラミック粒子の間をシリカが
埋めたセラミック塗膜となる。しかしながら、この塗膜
中におけるシリカは、溶融状態を経ていないため微粒子
の集合体特有の多孔質構造を有しており、気密性に欠
け、耐薬品性、耐酸化性塗膜としての性能は不充分であ
る。
高融点セラミック粒子とカルボシラン樹脂からなる塗膜
をレーザー処理することを特徴とする。セラミック粒子
とカルボシラン樹脂とからなる塗膜を通常の方法で徐々
に加熱処理すると、その塗膜は、450℃以上の高温下で
は、分解し、最終的にはセラミック粒子の間をシリカが
埋めたセラミック塗膜となる。しかしながら、この塗膜
中におけるシリカは、溶融状態を経ていないため微粒子
の集合体特有の多孔質構造を有しており、気密性に欠
け、耐薬品性、耐酸化性塗膜としての性能は不充分であ
る。
これに対しセラミック粒子とカルボシラン樹脂からな
る塗膜をCO2レーザーやYAGレーザーで照射すると、樹脂
はそのレーザー照射により発生する高熱により瞬間的に
分解して溶融状態のシリカ（SiO2）を生成する。この溶
融シリカは、都合の良いことに塗膜表面に浸出し、そこ
で急冷されてガラス状シリカとなる。従って塗膜表面近
傍のセラミック粒子間はシリカガラスで充填され、かつ
最上層はセラミック粒子を含まないガラス膜で覆い尽さ
れることとなる。こうしたガラス状シリカは良く知られ
ているように無孔性であり、気密が良く、基材金属と外
界との完全な遮断を可能とするため、耐薬品性、耐酸化
性膜として好適な性質を発揮する。特に生成するシリカ
ガラスはそれに含まれる他成分により異なるが、通常、
その難化点が800℃以上で且つ、強アルカリを除いては
耐薬品性にも極めて優れ、その上、硬度も大きいので、
長期間安定な塗膜となる。
る塗膜をCO2レーザーやYAGレーザーで照射すると、樹脂
はそのレーザー照射により発生する高熱により瞬間的に
分解して溶融状態のシリカ（SiO2）を生成する。この溶
融シリカは、都合の良いことに塗膜表面に浸出し、そこ
で急冷されてガラス状シリカとなる。従って塗膜表面近
傍のセラミック粒子間はシリカガラスで充填され、かつ
最上層はセラミック粒子を含まないガラス膜で覆い尽さ
れることとなる。こうしたガラス状シリカは良く知られ
ているように無孔性であり、気密が良く、基材金属と外
界との完全な遮断を可能とするため、耐薬品性、耐酸化
性膜として好適な性質を発揮する。特に生成するシリカ
ガラスはそれに含まれる他成分により異なるが、通常、
その難化点が800℃以上で且つ、強アルカリを除いては
耐薬品性にも極めて優れ、その上、硬度も大きいので、
長期間安定な塗膜となる。
本発明の他の大きな特徴点は、フィラーとして樹脂に
含有させる高融点セラミック粒子に基材金属に近い熱膨
張係数を有するものを採用することにより、高温下にお
ける基材金属と塗膜の接合面における応力の発生を出来
るだけ小さくすることができるばかりでなく、耐薬品
性、強度、その他の観点から基材金属と大きく異なる熱
膨張係数を有するセラミックを使用する場合でさえ、熱
応力に耐える塗膜の製造が可能となることである。その
理由は、レーザー照射時に、セラミック粒子間のカルボ
シラン樹脂が分解して表面層に移動することにより、基
材金属と接合しているセラミック粒子部分はきわめて多
孔質で、熱応力の緩和に有効な構造を与えるためであ
る。この構造は圧縮強度においては、当初の有機塗膜を
そのまま焼成してできる塗膜に比較して小さくなるが、
急熱・急冷に強い耐熱衝撃性に優れた塗膜を与えるのに
適したものである。
含有させる高融点セラミック粒子に基材金属に近い熱膨
張係数を有するものを採用することにより、高温下にお
ける基材金属と塗膜の接合面における応力の発生を出来
るだけ小さくすることができるばかりでなく、耐薬品
性、強度、その他の観点から基材金属と大きく異なる熱
膨張係数を有するセラミックを使用する場合でさえ、熱
応力に耐える塗膜の製造が可能となることである。その
理由は、レーザー照射時に、セラミック粒子間のカルボ
シラン樹脂が分解して表面層に移動することにより、基
材金属と接合しているセラミック粒子部分はきわめて多
孔質で、熱応力の緩和に有効な構造を与えるためであ
る。この構造は圧縮強度においては、当初の有機塗膜を
そのまま焼成してできる塗膜に比較して小さくなるが、
急熱・急冷に強い耐熱衝撃性に優れた塗膜を与えるのに
適したものである。
次に、本発明で用いるコーティング剤について詳述す
る。
る。
本発明でコーティング剤の一方の成分として用いるカ
ルボシラン樹脂は従来公知のものであり、炭化水素側鎖
を持つ珪酸ポリマー又は多の異元素、例えば、ホウ素、
チタンを含有する珪酸ポリマーである。この場合、炭化
水素側鎖としては、メチル基やフェニル基等が用いられ
る。また、その炭化水素側鎖は、珪素元素１個当り１〜
２個であり、通常のカルボシラン樹脂は珪素元素１個当
り１個の炭素水素基を有するものと、２個の炭化水素基
を有するものとの共重合体である。異元素を含む場合、
その異元素は、通常、酸素を介して珪素元素に結合す
る。
ルボシラン樹脂は従来公知のものであり、炭化水素側鎖
を持つ珪酸ポリマー又は多の異元素、例えば、ホウ素、
チタンを含有する珪酸ポリマーである。この場合、炭化
水素側鎖としては、メチル基やフェニル基等が用いられ
る。また、その炭化水素側鎖は、珪素元素１個当り１〜
２個であり、通常のカルボシラン樹脂は珪素元素１個当
り１個の炭素水素基を有するものと、２個の炭化水素基
を有するものとの共重合体である。異元素を含む場合、
その異元素は、通常、酸素を介して珪素元素に結合す
る。
本発明で用いるカルボシラン樹脂のうち、異元素を含
むもの（ヘテロカルボシラン樹脂）は、その異元素の作
用により、異元素を含まないもの（ストレートシリコン
樹脂）から形成されるセラミック塗膜と比較して、耐ア
ルカリ性等に代表される耐薬品性に於て異った性質を有
する塗膜を生成する。異元素を含むカルボシラン樹脂も
従来公知であり、市販品としては、例えば、異元素とし
て硼素を含むボロシロキサン樹脂、チタンを含むポリチ
タノカルボシラン樹脂等がある。
むもの（ヘテロカルボシラン樹脂）は、その異元素の作
用により、異元素を含まないもの（ストレートシリコン
樹脂）から形成されるセラミック塗膜と比較して、耐ア
ルカリ性等に代表される耐薬品性に於て異った性質を有
する塗膜を生成する。異元素を含むカルボシラン樹脂も
従来公知であり、市販品としては、例えば、異元素とし
て硼素を含むボロシロキサン樹脂、チタンを含むポリチ
タノカルボシラン樹脂等がある。
本発明では、カルボシラン樹脂に対して、セラミック
粒子からなるフィラーを添加混合してコーティング剤を
調製する。この場合、セラミック粒子としては、高融
点、通常、融点が1000℃以上のものが用いられるが、こ
のようなものとしては、従来公知の各種のものが使用可
能であり、例えば、チタニア、シリカ、アルミナ、ジル
コニア、シリカアルミナ、マグネシア等の金属酸化物の
他、炭化珪素（SiC）、炭化チタン（TiC）等の金属炭化
物；窒化珪素（Si3Ｎ4）等の金属窒化物；ホルステライ
ト、ジルコン、フェナサイト、クリソベリル等；雲母等
の鉱物粒子等が挙げられる。特に、耐熱性、耐薬品性及
びカルボシラン樹脂のレーザー処理により形成されるシ
リカガラスとの親和性の点からは、チタニア、シリカ、
アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒
化珪素、炭化チタン等の使用が好ましく、また、基材金
属との熱応力を考慮して、熱膨張係数の大きいものを必
要とする時には、耐薬品性には若干劣るが、マグネシ
ア、ホルステライト、ジルコニア雲母等が好ましく用い
られる。セラミック粒子の粒径は、10μｍ以下にするの
が好ましく、カルボシラン樹脂に対して均一分散が可能
な限りは粒径の小さいもの程好ましい。このセラミック
粒子は、カルボシラン樹脂とセラミック粒子との合計量
に対し、30〜70容量％、好ましくは40〜60容量％の割合
で使用される。また、本発明においては、必要に応じ、
コーティング剤と基材金属との密着性を改良するため
に、密着剤等を添加混合することができる。
粒子からなるフィラーを添加混合してコーティング剤を
調製する。この場合、セラミック粒子としては、高融
点、通常、融点が1000℃以上のものが用いられるが、こ
のようなものとしては、従来公知の各種のものが使用可
能であり、例えば、チタニア、シリカ、アルミナ、ジル
コニア、シリカアルミナ、マグネシア等の金属酸化物の
他、炭化珪素（SiC）、炭化チタン（TiC）等の金属炭化
物；窒化珪素（Si3Ｎ4）等の金属窒化物；ホルステライ
ト、ジルコン、フェナサイト、クリソベリル等；雲母等
の鉱物粒子等が挙げられる。特に、耐熱性、耐薬品性及
びカルボシラン樹脂のレーザー処理により形成されるシ
リカガラスとの親和性の点からは、チタニア、シリカ、
アルミナ、シリカアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒
化珪素、炭化チタン等の使用が好ましく、また、基材金
属との熱応力を考慮して、熱膨張係数の大きいものを必
要とする時には、耐薬品性には若干劣るが、マグネシ
ア、ホルステライト、ジルコニア雲母等が好ましく用い
られる。セラミック粒子の粒径は、10μｍ以下にするの
が好ましく、カルボシラン樹脂に対して均一分散が可能
な限りは粒径の小さいもの程好ましい。このセラミック
粒子は、カルボシラン樹脂とセラミック粒子との合計量
に対し、30〜70容量％、好ましくは40〜60容量％の割合
で使用される。また、本発明においては、必要に応じ、
コーティング剤と基材金属との密着性を改良するため
に、密着剤等を添加混合することができる。
本発明のセラミック塗膜を製造するには、前記カルボ
シラン樹脂及びセラミック粒子を溶剤と混合し、この混
合物を基材表面に塗布する。この場合、溶剤としては、
カルボシラン樹脂に対して溶解性又は分散性を示すもの
が用いられ、このようなものとしては、例えば、エチル
セルソルブアセテート、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
キシレン等が挙げられる。基材金属表面に対する塗布方
法としては、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等の慣用
の方法が採用される。
シラン樹脂及びセラミック粒子を溶剤と混合し、この混
合物を基材表面に塗布する。この場合、溶剤としては、
カルボシラン樹脂に対して溶解性又は分散性を示すもの
が用いられ、このようなものとしては、例えば、エチル
セルソルブアセテート、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
キシレン等が挙げられる。基材金属表面に対する塗布方
法としては、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法等の慣用
の方法が採用される。
次に、前記のようにして形成されたコーティング剤塗
布面は、これを乾燥処理又は焼成処理した後、レーザー
処理する。乾燥処理は、常温〜250℃、好ましくは150〜
250℃の温度で行われ、また、焼成処理は、400〜800
℃、好ましくは600〜800℃の温度で行われる。レーザー
処理は、その処理により高温を発生するものであればよ
く、例えば、CO2レーザー処理や、VAGレーザー処理等の
従来公知のレーザー処理を採用することができる。この
レーザー処理により、塗膜は800℃以上の高温に瞬時に
加熱されると考えられ、基材表面にはカルボシラン樹脂
から形成される溶融シリカとセラミック粒子の混合物か
らなる塗膜が形成される。そして、この塗膜は冷却され
て、最終的には、ガラス状シリカとセラミック粒子との
混合物からなる塗膜となる。この塗膜は、前記したよう
に、そのガラス状シリカは溶融シリカを経て形成された
ものであることから、多孔質のものではなく、気密性の
ものである。
布面は、これを乾燥処理又は焼成処理した後、レーザー
処理する。乾燥処理は、常温〜250℃、好ましくは150〜
250℃の温度で行われ、また、焼成処理は、400〜800
℃、好ましくは600〜800℃の温度で行われる。レーザー
処理は、その処理により高温を発生するものであればよ
く、例えば、CO2レーザー処理や、VAGレーザー処理等の
従来公知のレーザー処理を採用することができる。この
レーザー処理により、塗膜は800℃以上の高温に瞬時に
加熱されると考えられ、基材表面にはカルボシラン樹脂
から形成される溶融シリカとセラミック粒子の混合物か
らなる塗膜が形成される。そして、この塗膜は冷却され
て、最終的には、ガラス状シリカとセラミック粒子との
混合物からなる塗膜となる。この塗膜は、前記したよう
に、そのガラス状シリカは溶融シリカを経て形成された
ものであることから、多孔質のものではなく、気密性の
ものである。
次に、本発明により得られる塗膜の断面構造を図面に
より示す。図面においてＡは基材、Ｂはセラミック塗膜
を示し、１はセラミック粒子、２はガラス状シリカ、３
は密着剤又は拡散接合層、４はボイドを示す。セラミッ
ク塗膜の厚さは通常10〜300μｍ、好ましくは50〜150μ
ｍである。
より示す。図面においてＡは基材、Ｂはセラミック塗膜
を示し、１はセラミック粒子、２はガラス状シリカ、３
は密着剤又は拡散接合層、４はボイドを示す。セラミッ
ク塗膜の厚さは通常10〜300μｍ、好ましくは50〜150μ
ｍである。
本発明においては、前記のようにして得られた塗膜は
その使用に先立ち、600℃以上の高温処理を施すのが有
利である。この高温処理により、基材金属表面よりその
金属成分のセラミック塗膜への拡散が起り、基材金属表
面とセラミック塗膜との間に拡散した金属酸化物から成
る拡散接合層が形成され、その結果、基材金属表面に形
成されたセラミック塗膜は基材金属に対する密着性の著
しく増大したものとなる。もちろん、使用中に塗膜が60
0℃以上の高温に加熱される場合には、前記のような高
温熱処理と同様の効果が得られる。
その使用に先立ち、600℃以上の高温処理を施すのが有
利である。この高温処理により、基材金属表面よりその
金属成分のセラミック塗膜への拡散が起り、基材金属表
面とセラミック塗膜との間に拡散した金属酸化物から成
る拡散接合層が形成され、その結果、基材金属表面に形
成されたセラミック塗膜は基材金属に対する密着性の著
しく増大したものとなる。もちろん、使用中に塗膜が60
0℃以上の高温に加熱される場合には、前記のような高
温熱処理と同様の効果が得られる。
また、基材金属表面に対するセラミック塗膜の密着性
の改善は、前記高温処理によらず、密着剤の使用により
達成することもできる。レーザー処理では塗膜温度は上
昇するものの、基剤金属温度はそれ程上昇しないため、
前記金属成分のセラミック層への拡散に基づく拡散接合
層の生成は期待できない。しかしながら、塗膜中に熱溶
融性密着剤を混入しておくと、レーザー処理時の塗膜の
発熱により密着剤が溶融し、この溶融密着剤の作用によ
り、セラミック塗膜の基材表面に対する密着性が改善さ
れる。この場合、密着剤としては、レーザー処理時の温
度で気化することなくかつ溶融する金属又は無機化合物
が用いられ、このようなものとしては、例えば、チタン
等の活性金属の他、低融点ガラス、ほうろう用各種フリ
ット等の各種のものが挙げられ、使用するセラミック粒
子及び基材金属の種類に応じて適宜のものが使用され
る。
の改善は、前記高温処理によらず、密着剤の使用により
達成することもできる。レーザー処理では塗膜温度は上
昇するものの、基剤金属温度はそれ程上昇しないため、
前記金属成分のセラミック層への拡散に基づく拡散接合
層の生成は期待できない。しかしながら、塗膜中に熱溶
融性密着剤を混入しておくと、レーザー処理時の塗膜の
発熱により密着剤が溶融し、この溶融密着剤の作用によ
り、セラミック塗膜の基材表面に対する密着性が改善さ
れる。この場合、密着剤としては、レーザー処理時の温
度で気化することなくかつ溶融する金属又は無機化合物
が用いられ、このようなものとしては、例えば、チタン
等の活性金属の他、低融点ガラス、ほうろう用各種フリ
ット等の各種のものが挙げられ、使用するセラミック粒
子及び基材金属の種類に応じて適宜のものが使用され
る。
本発明でコーティング対象となる基材金属は特に制約
されず、通常用いられている金属であれば良いが、特
に、耐薬品性、耐酸化性の点から、炭素鋼、ステンレス
鋼、耐熱鋼等の鉄材や、アルミニウム等が用いられる。
また、本発明で対象とする基材は、一般には金属材料で
あるが、本発明の原理から明らかなように、耐薬品性
や、耐酸化性耐熱性等の劣ったセラミック材料等の非金
属材料であっても良い。
されず、通常用いられている金属であれば良いが、特
に、耐薬品性、耐酸化性の点から、炭素鋼、ステンレス
鋼、耐熱鋼等の鉄材や、アルミニウム等が用いられる。
また、本発明で対象とする基材は、一般には金属材料で
あるが、本発明の原理から明らかなように、耐薬品性
や、耐酸化性耐熱性等の劣ったセラミック材料等の非金
属材料であっても良い。
本発明より基材表面に形成されるセラミック塗膜は、
ガラス状シリカとセラミック粒子とからなる耐熱性にす
ぐれたセラミック塗膜であり、そのガラス状シリカは溶
融状シリカを経由して形成された非多孔性のものである
ことを特徴とする。従って、本発明によるセラミック塗
膜は、気密性を有するものであり、基材表面を高温にお
ける酸素や、薬品による作用から保護し、その基材の耐
久性を著しく向上させる。
ガラス状シリカとセラミック粒子とからなる耐熱性にす
ぐれたセラミック塗膜であり、そのガラス状シリカは溶
融状シリカを経由して形成された非多孔性のものである
ことを特徴とする。従って、本発明によるセラミック塗
膜は、気密性を有するものであり、基材表面を高温にお
ける酸素や、薬品による作用から保護し、その基材の耐
久性を著しく向上させる。
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１ メチル系ストレートシリコーン樹脂（東レシリコン社
製、商品名;SH806A）約40wt％、合成雲母約58wt％、密
着剤（リン酸カリウム）2wt％を含むコーティング剤を
エチルセルソルブアセテートに分散し、試験用ステンレ
ススチール基材Ｐ（SUS304製、面積:60mm×50mm、厚さ:
4.5mmの板）にスプレーで全面塗布し、250℃で３時間乾
燥し、約60μｍの膜厚をもつ、被覆試験片３枚を得た。
製、商品名;SH806A）約40wt％、合成雲母約58wt％、密
着剤（リン酸カリウム）2wt％を含むコーティング剤を
エチルセルソルブアセテートに分散し、試験用ステンレ
ススチール基材Ｐ（SUS304製、面積:60mm×50mm、厚さ:
4.5mmの板）にスプレーで全面塗布し、250℃で３時間乾
燥し、約60μｍの膜厚をもつ、被覆試験片３枚を得た。
次に、この試験片の２枚を電気炉に入れ、大気中で50
0℃、１時間焼成し、その一方の試料表面を、後記表−
１に示す条件でCO2レーザーで照射し、塗布表面をガラ
ス化した。このようにして、焼成処理及びCO2レーザー
処理した試料Ａ（Ｉ）と、焼成処理のみの試料Ａ（II）
を得た。
0℃、１時間焼成し、その一方の試料表面を、後記表−
１に示す条件でCO2レーザーで照射し、塗布表面をガラ
ス化した。このようにして、焼成処理及びCO2レーザー
処理した試料Ａ（Ｉ）と、焼成処理のみの試料Ａ（II）
を得た。
また、前記試験片の残りの１つを表−１に示す条件で
CO2レーザー処理した後500℃で焼成して試料Ａ（III）
を得た。
CO2レーザー処理した後500℃で焼成して試料Ａ（III）
を得た。
次に、前記で得た試料Ａ（Ｉ）、Ａ（II）、Ａ（II
I）をそれぞれ２等分し、一方を予備として残し、他方
をそれぞれ耐酸試験に供した。この場合、耐酸試験は、
レーザー照射した面を除く全ての面をシリコンシーライ
トで被覆し、これを50％硫酸溶液200ccを入れたガラス
びん中に浸漬し、これを55℃の恒温槽に浸すことによつ
て行った。その耐酸試験の結果を表−２に示す。この結
果からわかるようにレーザー照射塗膜試料Ａ（Ｉ）及び
Ａ（III）は非処理塗膜試料Ａ（II）に比較して著しい
耐久性を示している。
I）をそれぞれ２等分し、一方を予備として残し、他方
をそれぞれ耐酸試験に供した。この場合、耐酸試験は、
レーザー照射した面を除く全ての面をシリコンシーライ
トで被覆し、これを50％硫酸溶液200ccを入れたガラス
びん中に浸漬し、これを55℃の恒温槽に浸すことによつ
て行った。その耐酸試験の結果を表−２に示す。この結
果からわかるようにレーザー照射塗膜試料Ａ（Ｉ）及び
Ａ（III）は非処理塗膜試料Ａ（II）に比較して著しい
耐久性を示している。
実施例２ ボロシロキサン樹脂（昭和電線電纜社製、商品名;SMR
109）42wt％、珪砂56wt％、密着剤（Ｂ2Ｏ3‐Pboガラス
粉）2wt％を含むコーティング剤をＮ−メチル−２−ピ
ロリドン溶剤に分散し、基材Ｑ（炭素鋼、面積:60mm×5
0mm、厚さ:4.5mmの板）にスプレー法で３回重ね塗りを
し、約40μの膜厚をもつ全面被覆試験片３枚を用意し
た。試験片は１回塗布する毎に250℃で１時間乾燥し
た。次に第１の試験片の表面を表−１に示す条件でCO2
レーザーで処理した後、600℃で３時間焼成して試料Ｂ
（Ｉ）を得た。次に第２の試験片を表−１に示す条件で
YAGレーザーで処理した後600℃で３時間焼成して試料Ｂ
（II）を得た。最後に残りの試験片をそのまま600℃で
３時間焼成して試料Ｂ（III）を得た。
109）42wt％、珪砂56wt％、密着剤（Ｂ2Ｏ3‐Pboガラス
粉）2wt％を含むコーティング剤をＮ−メチル−２−ピ
ロリドン溶剤に分散し、基材Ｑ（炭素鋼、面積:60mm×5
0mm、厚さ:4.5mmの板）にスプレー法で３回重ね塗りを
し、約40μの膜厚をもつ全面被覆試験片３枚を用意し
た。試験片は１回塗布する毎に250℃で１時間乾燥し
た。次に第１の試験片の表面を表−１に示す条件でCO2
レーザーで処理した後、600℃で３時間焼成して試料Ｂ
（Ｉ）を得た。次に第２の試験片を表−１に示す条件で
YAGレーザーで処理した後600℃で３時間焼成して試料Ｂ
（II）を得た。最後に残りの試験片をそのまま600℃で
３時間焼成して試料Ｂ（III）を得た。
次に、前記で得た試料Ｂ（Ｉ）、Ｂ（II）、Ｂ（II
I）のそれぞれを切断して２等分し、その一方を予備と
して残し、他方のそれぞれを実施例１と同様にして耐酸
試験に供した。その耐酸試験結果を表−２に示す。この
試験は600℃程度の高温にさらされる装置の耐食性セラ
ミックス塗膜に対するレーザー処理の影響を調べたもの
であるが、表−２に示した結果からCO2レーザー及びYAG
レーザー照射の有効性を明らかに確認することができ
る。
I）のそれぞれを切断して２等分し、その一方を予備と
して残し、他方のそれぞれを実施例１と同様にして耐酸
試験に供した。その耐酸試験結果を表−２に示す。この
試験は600℃程度の高温にさらされる装置の耐食性セラ
ミックス塗膜に対するレーザー処理の影響を調べたもの
であるが、表−２に示した結果からCO2レーザー及びYAG
レーザー照射の有効性を明らかに確認することができ
る。
実施例３ 実施例２で得た予備試料Ｂ（Ｉ）、Ｂ（II）、Ｂ（II
I）及び比較試料Ｂ（IV）として基材Ｑを２等分して得
た裸の炭素鋼を電気炉に入れ、800℃で50時間保持し、
その後取り出して各試料の中心部を切断し、その断面の
酸化状態を走査電子顕微鏡で調べた。試料Ｂ（Ｉ）、Ｂ
（II）についてはレーザー照射塗膜に接する基材表面か
らの酸化層の厚みを、また試料Ｂ（III）Ｂ（IV）につ
いては、試料断面の金属鉄部分の厚みを、もとの基材Ｑ
の厚みから差し引き、それを２で割ることにより酸化層
の厚みをそれぞれ求めた。その結果を表−３に示す。
I）及び比較試料Ｂ（IV）として基材Ｑを２等分して得
た裸の炭素鋼を電気炉に入れ、800℃で50時間保持し、
その後取り出して各試料の中心部を切断し、その断面の
酸化状態を走査電子顕微鏡で調べた。試料Ｂ（Ｉ）、Ｂ
（II）についてはレーザー照射塗膜に接する基材表面か
らの酸化層の厚みを、また試料Ｂ（III）Ｂ（IV）につ
いては、試料断面の金属鉄部分の厚みを、もとの基材Ｑ
の厚みから差し引き、それを２で割ることにより酸化層
の厚みをそれぞれ求めた。その結果を表−３に示す。
この実験より、基材金属の酸化防止にレーザー処理膜
が極めて有効であることが確認される。
が極めて有効であることが確認される。
実施例４ 実施例１で予備として残した試料Ａ（Ｉ）、Ａ（I
I）、Ａ（III）及び比較試料Ａ（IV）としてステンレス
スチール（SUS304）の裸板（基材Ｐを２等分したもの）
を用いて、本発明によるセラミック塗膜のバナジウムア
タックに対する耐久性を下記試験法により試験した。
I）、Ａ（III）及び比較試料Ａ（IV）としてステンレス
スチール（SUS304）の裸板（基材Ｐを２等分したもの）
を用いて、本発明によるセラミック塗膜のバナジウムア
タックに対する耐久性を下記試験法により試験した。
試験法 学振法を応用し、バナジウム合成灰を試料上に乗せ、
高温にさらすことにより、各試料がどの程度酸化される
かを比較することとした。バナジウム合成灰は、Ｖ2Ｏ5
85wt％、Na2SO415wt％を粉砕混合し、その0.5gを直径10
mmの円盤状にダブレットマシーンで成形することにより
調製した。このタブレット化したバナジウム合成灰を、
試料Ａ（Ｉ）、Ａ（II）、Ａ（IV）の中心部に乗せ、電
気炉中に入れ、800℃で20時間加熱した。その後冷却す
るのをまって、各試料をとり出し、切口が試料の中心を
通るよう直線状に切断し、その断面を走査電子顕微鏡で
写真撮影し、各試料のステンレス層の酸化層の厚みを測
定した。この酸化層の厚みが小さくなる程、バナジウム
アタックに対するコーティング膜の抵抗力が強いことを
示す。
高温にさらすことにより、各試料がどの程度酸化される
かを比較することとした。バナジウム合成灰は、Ｖ2Ｏ5
85wt％、Na2SO415wt％を粉砕混合し、その0.5gを直径10
mmの円盤状にダブレットマシーンで成形することにより
調製した。このタブレット化したバナジウム合成灰を、
試料Ａ（Ｉ）、Ａ（II）、Ａ（IV）の中心部に乗せ、電
気炉中に入れ、800℃で20時間加熱した。その後冷却す
るのをまって、各試料をとり出し、切口が試料の中心を
通るよう直線状に切断し、その断面を走査電子顕微鏡で
写真撮影し、各試料のステンレス層の酸化層の厚みを測
定した。この酸化層の厚みが小さくなる程、バナジウム
アタックに対するコーティング膜の抵抗力が強いことを
示す。
次に、前記試験により得られた各試料の酸化層の厚み
を示す。
を示す。
図面はセラミック塗膜の説明断面図を示す。 １……セラミック粒子、２……ガラス状シリカ、３……
密着剤又は拡散接合層、４……ボイド、Ａ……基材、Ｂ
……セラミック塗膜。
密着剤又は拡散接合層、４……ボイド、Ａ……基材、Ｂ
……セラミック塗膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 茂 神奈川県横浜市旭区川島町猪子山3050― 32 (56)参考文献 特開 昭63−24077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−2697（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−143016（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】基材表面に形成された高融点セラミック粒
子とガラス状シリカからなるセラミック塗膜であって、
該ガラス状シリカはカルボシラン樹脂のレーザー処理に
より生成した溶融シリカを経由して形成された非多孔性
のものであることを特徴とする気密性セラミック塗膜。 - 【請求項２】基材が金属である特許請求の範囲第１項の
塗膜。 - 【請求項３】基材表面に形成された高融点セラミック粒
子とカルボシラン樹脂からなる塗膜をレーザー処理して
該カルボシラン樹脂を分解し、溶融シリカを経由してシ
リカを主成分とするガラス状物質を生成させることを特
徴とする気密性セラミック塗膜の製造方法。 - 【請求項４】該基材が金属である特許請求の範囲第３項
の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61220516A JP2585548B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 気密性セラミック塗膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61220516A JP2585548B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 気密性セラミック塗膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6376886A JPS6376886A (ja) | 1988-04-07 |
| JP2585548B2 true JP2585548B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=16752242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61220516A Expired - Lifetime JP2585548B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 気密性セラミック塗膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2585548B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0765192B2 (ja) * | 1990-10-26 | 1995-07-12 | 株式会社ライムズ | 表面被覆金属製品の製造方法 |
| JP3383838B2 (ja) | 1999-02-25 | 2003-03-10 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 金属酸化物の製造方法及び微細パターンの形成方法 |
| CN121941799A (zh) * | 2023-09-29 | 2026-04-28 | 揖斐电株式会社 | 复合构件 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51143016A (en) * | 1975-06-04 | 1976-12-09 | Shinetsu Chemical Co | Process for preparing highhpurity silica glass |
| JPS602697A (ja) * | 1983-06-21 | 1985-01-08 | Toshiba Corp | 耐摩耗性被覆層の形成方法 |
| NO162957C (no) * | 1986-04-30 | 1990-03-14 | Norske Stats Oljeselskap | Fremgangsmaate for fremstilling av et kromoksydbelegg. |
-
1986
- 1986-09-18 JP JP61220516A patent/JP2585548B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6376886A (ja) | 1988-04-07 |
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