JPH02197583A - レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法 - Google Patents
レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法Info
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- JPH02197583A JPH02197583A JP5407489A JP5407489A JPH02197583A JP H02197583 A JPH02197583 A JP H02197583A JP 5407489 A JP5407489 A JP 5407489A JP 5407489 A JP5407489 A JP 5407489A JP H02197583 A JPH02197583 A JP H02197583A
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Landscapes
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- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レーザ光を用いて照射部分にセラミックス被
膜を形成する方法に関する。
膜を形成する方法に関する。
基体上にセラミックス被膜形成方法としては、気相法、
固相法、液相法が従来から行なわれている。気相法はセ
ラミックスを形成させる物質をいったん気化ないしイオ
ン化させたのち、気相から基体上に堆積させてセラミッ
クス被膜を形成する方法である。気相法によれば、種々
の化合物の膜形成が可能であり、得られた膜は高純度で
良質である上、基体との密着性が良い等の特徴がある。
固相法、液相法が従来から行なわれている。気相法はセ
ラミックスを形成させる物質をいったん気化ないしイオ
ン化させたのち、気相から基体上に堆積させてセラミッ
クス被膜を形成する方法である。気相法によれば、種々
の化合物の膜形成が可能であり、得られた膜は高純度で
良質である上、基体との密着性が良い等の特徴がある。
しかし、反応温度を１０００℃以上と高くする必要があ
るため、高温に耐えられる基体にしか適応できず、又、
真空を必要とするため、装置が大型化する欠点がある。
るため、高温に耐えられる基体にしか適応できず、又、
真空を必要とするため、装置が大型化する欠点がある。
固相法は基体上にある種の物体を付着させた後、基体と
反応させて化合物に転換する方法である。固相法では、
基体との反応を被膜形成に用いるため、反応温度が高く
、セラミックスの種類がかぎられる欠点がある。
反応させて化合物に転換する方法である。固相法では、
基体との反応を被膜形成に用いるため、反応温度が高く
、セラミックスの種類がかぎられる欠点がある。
一方、液相法は種々の方法が試みられ、最も一般的な方
法は、スプレー法である。これは、金属アルコキシドや
有機金属化合物を液体状態にして、基体上に塗布した後
、熱分解によって、基体表面上にセラミックス被膜を形
成する方法である。この方法によれば、膜作製は比較的
容易であるが、得られる被膜はち密でなく、セラミック
ス層の厚さの制御も困難で密着性も不充分で、さらに基
板ごと高温に加熱しなければならない等の欠点がある。
法は、スプレー法である。これは、金属アルコキシドや
有機金属化合物を液体状態にして、基体上に塗布した後
、熱分解によって、基体表面上にセラミックス被膜を形
成する方法である。この方法によれば、膜作製は比較的
容易であるが、得られる被膜はち密でなく、セラミック
ス層の厚さの制御も困難で密着性も不充分で、さらに基
板ごと高温に加熱しなければならない等の欠点がある。
スプレー法以外で金属表面上にセラミックス層を形成す
る方法としては、陽極酸化法がある。
る方法としては、陽極酸化法がある。
この方法によれば、ち密なセラミックス層を形成できる
が、セラミックス層がＪ２０３にかぎられる欠点がある
。さらに、電解を併用する方法としては、陽極火花放電
による方法が知られている。例えば、特公昭５８−１７
２７８号、同５９−２８３８６号、同５９−２８６３８
号及び同５９−４５７２２号等には、シリケートあるい
は各種の金属酸素酸塩のアルカリ性水溶液中で電解を行
い、陽極付近に吸引されるケイ酸イオン、金属酸素酸イ
オンと陽極金属との間に火花放電を生じさせ、これによ
って基体上にセラミックス層を形成する方法が開示され
ている。この方法によれば、種々のセラミックス層が形
成出来るが、形成されたセラミックス層がち密でなく、
基体も金属しかも麿、Ｍｇ、 Ｔｉ等にかぎられる欠点
がある。
が、セラミックス層がＪ２０３にかぎられる欠点がある
。さらに、電解を併用する方法としては、陽極火花放電
による方法が知られている。例えば、特公昭５８−１７
２７８号、同５９−２８３８６号、同５９−２８６３８
号及び同５９−４５７２２号等には、シリケートあるい
は各種の金属酸素酸塩のアルカリ性水溶液中で電解を行
い、陽極付近に吸引されるケイ酸イオン、金属酸素酸イ
オンと陽極金属との間に火花放電を生じさせ、これによ
って基体上にセラミックス層を形成する方法が開示され
ている。この方法によれば、種々のセラミックス層が形
成出来るが、形成されたセラミックス層がち密でなく、
基体も金属しかも麿、Ｍｇ、 Ｔｉ等にかぎられる欠点
がある。
従って、従来のセラミックス被膜形成方法では、液相法
の一部をのぞき、高温での加熱を必要とするため、耐熱
性にすぐれる、一部の基体にしかセラミックス被膜を形
成出来なかった。
の一部をのぞき、高温での加熱を必要とするため、耐熱
性にすぐれる、一部の基体にしかセラミックス被膜を形
成出来なかった。
又、従来のセラミックス被膜形成方法では、局部的にセ
ラミックス被膜を形成する事は困難であった。
ラミックス被膜を形成する事は困難であった。
従って、本発明は、気相法のような大型装置を必要とせ
ず、かつ高温に加熱することなしに基体上にち密なセラ
ミックス被膜を形成できる方法を提供する。本発明は、
また、基体上に部分的にセラミックス被膜を簡易に形成
できる方法を提供する。
ず、かつ高温に加熱することなしに基体上にち密なセラ
ミックス被膜を形成できる方法を提供する。本発明は、
また、基体上に部分的にセラミックス被膜を簡易に形成
できる方法を提供する。
本発明は、特定の水溶液中に基体を浸漬し、これにレー
ザ光を照射すると、照射された基体上にち密なセラミッ
クス被膜が形成され、これによれば上記課題を効率よく
解決できるとの知見に基づいてなされたのである。
ザ光を照射すると、照射された基体上にち密なセラミッ
クス被膜が形成され、これによれば上記課題を効率よく
解決できるとの知見に基づいてなされたのである。
すなわち、本発明は、ケイ酸化合物及び／又は金属酸素
酸塩を含む水溶液に浸漬した基体にレーザ光を照射し、
照射部分にセラミックス層を形成させることを特徴とす
るセラミックス被膜の形成方法を提供する。
酸塩を含む水溶液に浸漬した基体にレーザ光を照射し、
照射部分にセラミックス層を形成させることを特徴とす
るセラミックス被膜の形成方法を提供する。
本発明で用いるケイ酸化合物としては、例えば一般式関
、０・ｎ５ｉｏａ （Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは０
．５乃至２０の正数を示す）で表される種々の水溶性の
又は水分散性の化合物であって、例えばケイ酸ナトリウ
ム、メタケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リ
チウム、コロイダルシリカなどの一種又は二種以上の混
合物があげられ、また金属酸素酸塩としては、例えばタ
ングステン酸塩、すず酸塩、モリブデン酸塩、りん酸塩
、バナジン酸塩、はう酸塩、クロム酸塩、アルミン酸塩
及び過マンガン酸塩などの一種又は二種以上の混合物が
あげられる。さらに、これらの金属酸素酸塩は、適当な
割合でケイ酸化合物と混合して使用することもできる。
、０・ｎ５ｉｏａ （Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは０
．５乃至２０の正数を示す）で表される種々の水溶性の
又は水分散性の化合物であって、例えばケイ酸ナトリウ
ム、メタケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リ
チウム、コロイダルシリカなどの一種又は二種以上の混
合物があげられ、また金属酸素酸塩としては、例えばタ
ングステン酸塩、すず酸塩、モリブデン酸塩、りん酸塩
、バナジン酸塩、はう酸塩、クロム酸塩、アルミン酸塩
及び過マンガン酸塩などの一種又は二種以上の混合物が
あげられる。さらに、これらの金属酸素酸塩は、適当な
割合でケイ酸化合物と混合して使用することもできる。
本発明では上記化合物を任意の量で含有する水溶液が使
用されるが、通常、上記化合物を０．１〜９０重量％（
以下、％と略称する。）、好ましくは３〜２５％含有す
る水溶液を用いる。また任意のｐＨで行うことができる
が、ｐ）Ｉ４−１４、好ましくは１０〜１４の水溶液を
用いて行うのがよい。上記水溶液には、さらにＣａ、
Ｂａ。
用されるが、通常、上記化合物を０．１〜９０重量％（
以下、％と略称する。）、好ましくは３〜２５％含有す
る水溶液を用いる。また任意のｐＨで行うことができる
が、ｐ）Ｉ４−１４、好ましくは１０〜１４の水溶液を
用いて行うのがよい。上記水溶液には、さらにＣａ、
Ｂａ。
Ｍｇ、 Ｇｅ５Ｚｒ、 Ｆｅ、 Ｎｉ１叶、Ｐｂなどを
水溶性塩の形で０．１〜２０％含有させることができる
。
水溶性塩の形で０．１〜２０％含有させることができる
。
本発明では、上記水溶液に、種々の金属又はセラミック
スでできた基体、例えばステンレス、銅、鉄、アルミニ
ウム、チフ化ケイ素などでできた基体を浸漬し、基体上
の所望の部分にレーザ光を照射して、照射された基体上
に上記溶液中に溶解成分から形成される被膜を生じさせ
る。
スでできた基体、例えばステンレス、銅、鉄、アルミニ
ウム、チフ化ケイ素などでできた基体を浸漬し、基体上
の所望の部分にレーザ光を照射して、照射された基体上
に上記溶液中に溶解成分から形成される被膜を生じさせ
る。
本発明では、基体にレーザ光を照射する際に低温、例え
ば２〜１００℃で行うことができる。従って、レーザ照
射によって基体の温度が多少上昇するが、それによって
基体が損傷することはない。
ば２〜１００℃で行うことができる。従って、レーザ照
射によって基体の温度が多少上昇するが、それによって
基体が損傷することはない。
又、本発明では、レーザ光を用いるため、そのレーザ光
のスポットサイズで、セラミックス被膜の形成面積が決
定する。そのため、スポットサイズで、レーザ光の波長
を限度とする任意の局所に被膜、例えば０．１〜５０μ
ｍ厚の膜を任意に形成することができる。但し、最高膜
厚はこれに限定されない。
のスポットサイズで、セラミックス被膜の形成面積が決
定する。そのため、スポットサイズで、レーザ光の波長
を限度とする任意の局所に被膜、例えば０．１〜５０μ
ｍ厚の膜を任意に形成することができる。但し、最高膜
厚はこれに限定されない。
本発明では、レーザ光の連続したエネルギーを用いるた
め、形成されるセラミックス被膜の膜厚の制御か容易で
あり、基体又はレーザ光を、移動することにより、任意
の膜厚で、となり合った部位へセラミックス被膜を連続
的に形成出来、線状、円形、方形状等、様々な被膜を形
成できる。また基体の全面にセラミックス被膜を形成で
きる。
め、形成されるセラミックス被膜の膜厚の制御か容易で
あり、基体又はレーザ光を、移動することにより、任意
の膜厚で、となり合った部位へセラミックス被膜を連続
的に形成出来、線状、円形、方形状等、様々な被膜を形
成できる。また基体の全面にセラミックス被膜を形成で
きる。
さらに、本発明の方法では、限定された部位で、被膜形
成が進行し、かつレーザ光の連続したエネルギーによる
ため、ち密なセラミックス被膜を形成出来る。
成が進行し、かつレーザ光の連続したエネルギーによる
ため、ち密なセラミックス被膜を形成出来る。
従って、本発明の方法によれば、局部的に耐摩耗性を要
求される機械部品等において、該部分にち密なセラミッ
クス被膜を形成できる。
求される機械部品等において、該部分にち密なセラミッ
クス被膜を形成できる。
また、本発明の方法は低温で行うことができるためアル
ミニウム基 ラミックス被膜を形成できるとともに、非導電体である
無機物であるセラミックス基体上に、別種のセラミック
ス被膜を形成できる等、本発明の方法は広範囲に利用可
能である。
ミニウム基 ラミックス被膜を形成できるとともに、非導電体である
無機物であるセラミックス基体上に、別種のセラミック
ス被膜を形成できる等、本発明の方法は広範囲に利用可
能である。
次に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら
に限定されるものではない。
に限定されるものではない。
実施例１
に２０・Ｓ＋Ｏｉ ２００ ｇ／ １を含む水溶液を
調製し、これに、アルミニウム製の基板を浸漬し、光学
ガラスを通して、レーザ光を基板に垂直に照射した。
調製し、これに、アルミニウム製の基板を浸漬し、光学
ガラスを通して、レーザ光を基板に垂直に照射した。
照射開始とともに、連続的に、照射部分に被膜が形成さ
れ、スポットで連続的に照射した場合、得られる被膜の
形成速度は１μｍ／Ｓ、であった。
れ、スポットで連続的に照射した場合、得られる被膜の
形成速度は１μｍ／Ｓ、であった。
また、基板を毎秒１叩の速度で０．５ ｍｍφのレーザ
光と垂直に移動すると膜厚０．５μｍの線状の被膜を得
ることができた。
光と垂直に移動すると膜厚０．５μｍの線状の被膜を得
ることができた。
ここで用いたレーザ光は、連続出力のＹＡＧレーザであ
り、波長は１．０６μｍ１スポツト径は、０、５ ｗφ
で、レーザ光の出力は２０Ｗである。
り、波長は１．０６μｍ１スポツト径は、０、５ ｗφ
で、レーザ光の出力は２０Ｗである。
実施例２
アルミニウム基板の代りにステンレス、銅、チッ化ケイ
素又は陽極火花放電によるセラミックス基板を用いて実
施例１と同様の条件でレーザ照射を行ったところ、実施
例Ｉと同様に基体上に被膜が形成された。
素又は陽極火花放電によるセラミックス基板を用いて実
施例１と同様の条件でレーザ照射を行ったところ、実施
例Ｉと同様に基体上に被膜が形成された。
実施例３
Ｋｚ（ｌｓ＋０２水溶液の代わりに、Ｎａ４０ｚ １０
０ ｇ ／β及びＮａ０ＩＩ １０ ｇ ／ ｉを含む
水溶液を用いて、実施例１と同様のレーザを用い０．１
μｍ／Ｓの形成速度でレーザ照射を行ったところ、実施
例１と同様に基体上に被膜が形成された。
０ ｇ ／β及びＮａ０ＩＩ １０ ｇ ／ ｉを含む
水溶液を用いて、実施例１と同様のレーザを用い０．１
μｍ／Ｓの形成速度でレーザ照射を行ったところ、実施
例１と同様に基体上に被膜が形成された。
実施例４
Ｎａ２０”５ｉ０２５０ ｇ ／ ｌを含む水溶液を調
製し、これを用い実施例１と同様の操作で、レーザ光を
下記照射条件で、銅製の基板に照射した。０．５μｍ／
Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分析から、Ｎａ
、 Ｓｉ及び０が被膜中に存在することが確認された。
製し、これを用い実施例１と同様の操作で、レーザ光を
下記照射条件で、銅製の基板に照射した。０．５μｍ／
Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分析から、Ｎａ
、 Ｓｉ及び０が被膜中に存在することが確認された。
く照射条件〉
レーザ平均出力 ＩＷ
パルス幅 ０．６ ｍｓ
繰り返し数 １５Ｈｚ
使用レーザ光 ＹＡＧレーザ （１，０６μｍ
）液 温 ３０℃実施例５ コロイダルシリカＴＯｇ／ｌを含む水溶液を調製し、こ
れを用い実施例４と同様の操作、照射条件で、ステンレ
ス製の基板にレーザを照射した。
）液 温 ３０℃実施例５ コロイダルシリカＴＯｇ／ｌを含む水溶液を調製し、こ
れを用い実施例４と同様の操作、照射条件で、ステンレ
ス製の基板にレーザを照射した。
０．２μｍ／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分
析から、Ｓｉ及び０が被膜中に存在することが確認され
た。
析から、Ｓｉ及び０が被膜中に存在することが確認され
た。
実施例６
ＮａＪ’５ｉ０２”５ＨＪ ５０ ｇ ／ ＩｔとＰ
ｂＯ２ｇ／ｌを含む水溶液を調製し、実施例４と同様の
操作、照射条件で、ステンレス製の基板にレーザを照射
した。０．２μｍ／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭ
Ａの分析から、Ｎａ、 Ｓｉ、ｐｂ及び０が被膜中に存
在することが確認された。
ｂＯ２ｇ／ｌを含む水溶液を調製し、実施例４と同様の
操作、照射条件で、ステンレス製の基板にレーザを照射
した。０．２μｍ／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭ
Ａの分析から、Ｎａ、 Ｓｉ、ｐｂ及び０が被膜中に存
在することが確認された。
実施例７
Ｎａ２０・Ｓ＋０２・５Ｌ０ ３０ ｇ／ Ｉ ５Ｐｂ
０１ ｇ／ １、ＮａＪＯ３２ｇ／ｊ！、ＮａＯＨＩｇ
／ｌを含む水溶液を調製し、実施例４と同様の操作、照
射条件で、鉄製の基板にレーザを照射した。０．５μｍ
／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分析から、Ｎ
ａ。
０１ ｇ／ １、ＮａＪＯ３２ｇ／ｊ！、ＮａＯＨＩｇ
／ｌを含む水溶液を調製し、実施例４と同様の操作、照
射条件で、鉄製の基板にレーザを照射した。０．５μｍ
／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分析から、Ｎ
ａ。
Ｓｌ、ｐｂ、 Ｊ及びＯが被膜中に存在することが確認
された。
された。
実施例８
コロイダルシリカ １００ｇ／ｌと、酢酸 ３０ｇ ／
１を含む水溶液を調製し、実施例４と同様の操作、照
射条件で、ステンレス製の基板にレーザ光を照射した。
１を含む水溶液を調製し、実施例４と同様の操作、照
射条件で、ステンレス製の基板にレーザ光を照射した。
０．２μｍ／Ｓの速度で被膜が形成され、ＥＰＭＡの分
析から、８１及び０が被膜中に存在することが確認され
た。
析から、８１及び０が被膜中に存在することが確認され
た。
実施例９
液温のみを１５℃、５０℃とした以外は実施例４と同様
に試験を行ったが、被膜の形成速度や被膜成分は実施例
４と同一であっｊこ。
に試験を行ったが、被膜の形成速度や被膜成分は実施例
４と同一であっｊこ。
Claims (1)
- ケイ酸化合物及び／又は金属酸素酸塩を含む水溶液に浸
漬した基体にレーザ光を照射し、照射部分にセラミック
ス層を形成させることを特徴とするセラミックス被膜の
形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1054074A JP2802433B2 (ja) | 1988-10-12 | 1989-03-07 | レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法 |
| US07/415,859 US5057335A (en) | 1988-10-12 | 1989-10-02 | Method for forming a ceramic coating by laser beam irradiation |
| GB8922895A GB2227028B (en) | 1988-10-12 | 1989-10-11 | Forming a ceramic coating |
| DE3933976A DE3933976C2 (de) | 1988-10-12 | 1989-10-11 | Verfahren zum Bilden eines keramischen Überzugs auf einem Substrat |
| FR898913363A FR2637587B1 (fr) | 1988-10-12 | 1989-10-12 | Procede pour former un revetement ceramique par irradiation par un faisceau laser |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25645888 | 1988-10-12 | ||
| JP63-256458 | 1988-10-12 | ||
| JP1054074A JP2802433B2 (ja) | 1988-10-12 | 1989-03-07 | レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02197583A true JPH02197583A (ja) | 1990-08-06 |
| JP2802433B2 JP2802433B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=26394814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1054074A Expired - Fee Related JP2802433B2 (ja) | 1988-10-12 | 1989-03-07 | レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802433B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016180158A (ja) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 膜形成方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5541712A (en) * | 1978-09-16 | 1980-03-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Production of semiconductor device |
| JPS6091632A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-23 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
| JPS63278835A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Nippon Steel Corp | セラミックス積層体の製造方法 |
-
1989
- 1989-03-07 JP JP1054074A patent/JP2802433B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5541712A (en) * | 1978-09-16 | 1980-03-24 | Sanyo Electric Co Ltd | Production of semiconductor device |
| JPS6091632A (ja) * | 1983-10-25 | 1985-05-23 | Toshiba Corp | 薄膜形成方法 |
| JPS63278835A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Nippon Steel Corp | セラミックス積層体の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016180158A (ja) * | 2015-03-24 | 2016-10-13 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 膜形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2802433B2 (ja) | 1998-09-24 |
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