JPH02254174A - 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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- JPH02254174A JPH02254174A JP7464789A JP7464789A JPH02254174A JP H02254174 A JPH02254174 A JP H02254174A JP 7464789 A JP7464789 A JP 7464789A JP 7464789 A JP7464789 A JP 7464789A JP H02254174 A JPH02254174 A JP H02254174A
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Landscapes
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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Ｊ
本発明は２、レーザ光を用いて照射部分に七→ミックス
被膜を形成する方法に関する。
被膜を形成する方法に関する。
〔従来の技術］
基体上にセラミックス被膜形成方法としては、気相法、
同相法、液相法が従来から行なわれて（、する。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。
同相法、液相法が従来から行なわれて（、する。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。
同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。同相法では、
基体との反応を被膜形成に用いるため、反応温度が高く
、セラミノ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。同相法では、
基体との反応を被膜形成に用いるため、反応温度が高く
、セラミノ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、金属アルコキンドや
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、金属アルコキンドや
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、例えばアルミニウムには陽極酸化法が
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Ａ ２０３ 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
５８−１７２７８号、同５９−２８３８６号、同５９−
２８６３８号及び同５９〜４５７２２号等には、ンリケ
ートあるいは各種の金、嘱酸素酸塩のアルカリ性水溶液
中で電解を行い、陽極近傍のゲイ酸イオン、金属酸累酸
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多孔質て、
基体も金１属しかも屈、Ｍｇ、Ｔｉ等にかぎられる欠点
がある。
る方法としては、例えばアルミニウムには陽極酸化法が
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Ａ ２０３ 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
５８−１７２７８号、同５９−２８３８６号、同５９−
２８６３８号及び同５９〜４５７２２号等には、ンリケ
ートあるいは各種の金、嘱酸素酸塩のアルカリ性水溶液
中で電解を行い、陽極近傍のゲイ酸イオン、金属酸累酸
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多孔質て、
基体も金１属しかも屈、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で、微
細なセラミックスが規則正しく析出したセラミックス被
膜を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で、微
細なセラミックスが規則正しく析出したセラミックス被
膜を形成できる方法を提供する。
本発明は、特定の水溶液中に基体を浸漬し、これに特定
のレーザ光を照射すると、照射された基体上にぢ密で微
細なセラミックスが規則正しく析出したセラミックス被
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。
のレーザ光を照射すると、照射された基体上にぢ密で微
細なセラミックスが規則正しく析出したセラミックス被
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連続発振レーザ光又
はパルス幅が０．５ｍｓ以上のパルス励起レーザ光を照
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連続発振レーザ光又
はパルス幅が０．５ｍｓ以上のパルス励起レーザ光を照
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Ｍ
２０・ｎｓｉ０２（Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは０５
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
があげろれ、また金属酸素酸塩きしでは、例えばタンク
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里子の混合物があげ
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、
１１１４〜１４、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、
Ｍｇ５Ｇｅ、、、７．ｒ、 Ｆｅ、 Ｎｉ、Ｃｒ、、Ｐ
ｂなどを水溶性塩の形で０．１〜２０％含有させること
ができる。
２０・ｎｓｉ０２（Ｍはアルカリ金属を示し、ｎは０５
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
があげろれ、また金属酸素酸塩きしでは、例えばタンク
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里子の混合物があげ
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、
１１１４〜１４、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、
Ｍｇ５Ｇｅ、、、７．ｒ、 Ｆｅ、 Ｎｉ、Ｃｒ、、Ｐ
ｂなどを水溶性塩の形で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、チツ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、チツ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。
本発明では特にレーザ光として連続発振レーザ光又はパ
ルス幅が０．５ｍｓ以上のパルス励起レーザ光を用いる
ことを特徴とする。すなわち、ここで規定する以外のレ
ーザ光でもち密なセラミックス被膜を形成できるが、−
層好ましい微細なセラミックスの規則正しい析出を行う
ためには、上記条件を満す必要があるからである。パル
ス励起レーザ光としでは、パルス幅０．７〜ＬＯｍｓの
ものが一層好ましい。
ルス幅が０．５ｍｓ以上のパルス励起レーザ光を用いる
ことを特徴とする。すなわち、ここで規定する以外のレ
ーザ光でもち密なセラミックス被膜を形成できるが、−
層好ましい微細なセラミックスの規則正しい析出を行う
ためには、上記条件を満す必要があるからである。パル
ス励起レーザ光としでは、パルス幅０．７〜ＬＯｍｓの
ものが一層好ましい。
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７）サイズて、レーデ光の波長
を限度とする任意の局所に被膜、例えば０１〜５０μｍ
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７）サイズて、レーデ光の波長
を限度とする任意の局所に被膜、例えば０１〜５０μｍ
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、特定のレーザ光を用いるため、ち密でかつ
、微細なセラミックスが規則正しく析出した一層好まし
いセラミックス被膜を形成できる。
、微細なセラミックスが規則正しく析出した一層好まし
いセラミックス被膜を形成できる。
また、本発明では、レーザ光の連続したエネルギを用い
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１七により、
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。
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１七により、
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
ミニウム等の低融点の金属基体にもセラミックス被膜を
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。
ミニウム等の低融点の金属基体にもセラミックス被膜を
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ｌ
Ｋ２Ｏ・５Ｉ０２ ５０ｇ／βを含む水溶液を調製し、
これに、清浄なステンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）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。尚、レーザ光としてパルス励起Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ光を用い、出力を一定としパルス幅を０．
１２ｍｓ、 ０．５８ｍｓ、０．７６ｍ５及び１．Ｏｍ
ｓに変化させた。
これに、清浄なステンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）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。尚、レーザ光としてパルス励起Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ光を用い、出力を一定としパルス幅を０．
１２ｍｓ、 ０．５８ｍｓ、０．７６ｍ５及び１．Ｏｍ
ｓに変化させた。
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０５〜２μｍ／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０５〜２μｍ／Ｓであった。
し〜ザ照射条件を次に示す。
レーサ゛光゛ パルス励起Ｎｄ
ＹＡＧｔｚ−ザ（１，０６μｍ＞
平均比カニ（１，３Ｗ
パルス幅： ０．１２［１１Ｓ、０．５８ｍ５．０．
７６ｍ５．１．３ｍｓ レーザ照射時間゛ ６０Ｓ 液 温 ： ２０ ℃ 以上のように条件を変化させたところ、レーザ光のパル
ス幅が長くなるにつれて、微細なセラミックスの規則正
しい析出がみられるようになった。
７６ｍ５．１．３ｍｓ レーザ照射時間゛ ６０Ｓ 液 温 ： ２０ ℃ 以上のように条件を変化させたところ、レーザ光のパル
ス幅が長くなるにつれて、微細なセラミックスの規則正
しい析出がみられるようになった。
特に、パルス幅が０．５８〜ｌ、Ｑｍｓで良好な被膜が
形成された。
形成された。
実施例２
ステンレス基板の代りにアルミニウム、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１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１と同様に基体上に被膜が形成された。
実施例３
Ｉ／−ザ光とし５て連続出力のＹＡＧレーザ光を用い、
下記の条件で照射した以外は実施例１と同じ条件で行っ
たところ、実施例１のパルス幅０７６ｍ５の場合と同様
のすぐれた被膜が形成された。
下記の条件で照射した以外は実施例１と同じ条件で行っ
たところ、実施例１のパルス幅０７６ｍ５の場合と同様
のすぐれた被膜が形成された。
レーザ照射条件
レーデ光゛ 連続発振Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ（１，０６μｍ）
平均出力＝ ２０Ｗ
レーザ照射時間・ ６０Ｓ
液 温 ： ２０ ℃
実施例４
Ｎａ２０−３ｉ０２５０ ｇ ／ １２を含む水溶液を
調製し１、これを用い実施例３と同様の操作で、レーザ
光を照射したところ、実施例３と同様のすぐれた被膜が
形成された。
調製し１、これを用い実施例３と同様の操作で、レーザ
光を照射したところ、実施例３と同様のすぐれた被膜が
形成された。
実施例５
コロイダルシリカ１００ ｇ／１２を含む水溶液を調製
し、これを用い実施例３と同様の操作でレーザを照射し
たところ、実施例３と同様のすぐれたセラミックス被膜
が形成された。
し、これを用い実施例３と同様の操作でレーザを照射し
たところ、実施例３と同様のすぐれたセラミックス被膜
が形成された。
実施例６
コロイダルシリカ１００ｇ／ｎを含む水（イｉ液を調製
し、これを用い実施例１と同様の操作てレザを照射した
ところ、実施例１と同様に、パルス幅が０．５８〜１．
Ｑｍｓで良好な被膜が形成された。
し、これを用い実施例１と同様の操作てレザを照射した
ところ、実施例１と同様に、パルス幅が０．５８〜１．
Ｑｍｓで良好な被膜が形成された。
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
浸漬した基体に連続発振レーザ光又はパルス幅が０．５
ｍｓ以上のパルス励起レーザ光を照射し、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 |
|---|---|---|---|
| JP7464789A JPH02254174A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7464789A JPH02254174A (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | レーザ照射によるセラミックス被膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02254174A true JPH02254174A (ja) | 1990-10-12 |
Family
ID=13553226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7464789A Pending JPH02254174A (ja) | 1988-10-12 | 1989-03-27 | 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) | JPH02254174A (ja) |
Citations (4)
| 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 |
| JPS6454074A (en) * | 1986-11-11 | 1989-03-01 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | High-solid coating material composition |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP7464789A patent/JPH02254174A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| 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 |
| JPS6454074A (en) * | 1986-11-11 | 1989-03-01 | Nippon Oils & Fats Co Ltd | High-solid coating material composition |
| 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 |
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