JPH07173634A - 酸化物系セラミックス膜の製造方法 - Google Patents
酸化物系セラミックス膜の製造方法Info
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- JPH07173634A JPH07173634A JP28029193A JP28029193A JPH07173634A JP H07173634 A JPH07173634 A JP H07173634A JP 28029193 A JP28029193 A JP 28029193A JP 28029193 A JP28029193 A JP 28029193A JP H07173634 A JPH07173634 A JP H07173634A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属化合物の溶液、ゾルを原料とした酸化物
系セラミックス膜を製造する方法を提供する。 【構成】 溶液を静電霧化により微粒子化することによ
り、霧化部と処理対象間で揮散させ、処理対象表面上
に、溶媒分子をほとんど含まないゲル膜を形成すること
により、割れのない均一な膜の製造を行う。
系セラミックス膜を製造する方法を提供する。 【構成】 溶液を静電霧化により微粒子化することによ
り、霧化部と処理対象間で揮散させ、処理対象表面上
に、溶媒分子をほとんど含まないゲル膜を形成すること
により、割れのない均一な膜の製造を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属化合物の溶液、ゾル
を原料とした酸化物系セラミックス膜の製造方法に関す
る。酸化物系セラミック膜はその特徴を生かし、耐熱性
コーティング、耐摩耗性コーティング、反射防止膜など
の機能材料として、超電導材料、イオン導電性材料、キ
ャパシター、メモリー材料などの電子材料、さらには、
圧電性、焦電性を利用したセンサーやアクチュエーター
などと産業の発展に幅広く寄与している。
を原料とした酸化物系セラミックス膜の製造方法に関す
る。酸化物系セラミック膜はその特徴を生かし、耐熱性
コーティング、耐摩耗性コーティング、反射防止膜など
の機能材料として、超電導材料、イオン導電性材料、キ
ャパシター、メモリー材料などの電子材料、さらには、
圧電性、焦電性を利用したセンサーやアクチュエーター
などと産業の発展に幅広く寄与している。
【０００２】
【従来の技術】酸化物系セラミック膜は近年の機能性セ
ラミックスの多様化にともない、その製造方法もまた多
様化している。セラミック膜の製造方法には化学気相蒸
着法やスパッタリングに代表される物理気相法やゾルゲ
ル法に代表される液相法などがある。気相法は最も数多
く産業化しているが、一般に生産性が低く、また複雑な
組成のコントロールが難しい。それに対し液相法は複雑
で均一な組成が容易に得られ、且つ、焼成温度も比較的
低いなどの長所がある。しかしながら液相法においても
生産性は必ずしも高くなく、例えば、ゾルゲル法のディ
ッピングでは１回のコーティングで０.１〜０.３μm の
薄膜しか作成できず、用途によっては数１０〜数１００
回のコーティングを繰り返す必要がある。ゾルゲル法で
厚膜が困難なもう１つの理由はゾルのアルコール分の揮
発乾燥の時にゲルの収縮が起こるため割れ易く、その傾
向は膜が厚くなるに従い顕著となることである。
ラミックスの多様化にともない、その製造方法もまた多
様化している。セラミック膜の製造方法には化学気相蒸
着法やスパッタリングに代表される物理気相法やゾルゲ
ル法に代表される液相法などがある。気相法は最も数多
く産業化しているが、一般に生産性が低く、また複雑な
組成のコントロールが難しい。それに対し液相法は複雑
で均一な組成が容易に得られ、且つ、焼成温度も比較的
低いなどの長所がある。しかしながら液相法においても
生産性は必ずしも高くなく、例えば、ゾルゲル法のディ
ッピングでは１回のコーティングで０.１〜０.３μm の
薄膜しか作成できず、用途によっては数１０〜数１００
回のコーティングを繰り返す必要がある。ゾルゲル法で
厚膜が困難なもう１つの理由はゾルのアルコール分の揮
発乾燥の時にゲルの収縮が起こるため割れ易く、その傾
向は膜が厚くなるに従い顕著となることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ゾルゲル法で処理対象
物表面に作成したゲルを空気中で溶媒を乾燥させた場
合、乾燥が進むにつれゲルは収縮し割れてしまう。これ
は、乾燥が進む段階で表面層にゲル骨格（固体）と溶媒
（液体）と空気（気体）の三者の境界が生じるので、ゲ
ル骨格を細孔側に引っ張るような毛細管力が生じる。そ
れに対しゲル内部は体積をそのまま保とうとするので、
表面層の引っ張り力がゲル骨格の強さよりも大きいとき
は表面層が亀裂し、激しいときは全体が破壊する為であ
るとされている。毛細管力の大きさは一般に ΔＰ＝２γ・ｃｏｓθ／ｒ ・・・（１） ｒ：毛細管半径 θ：濡れ角 γ：表面張力 で表される。本発明は、溶液を静電霧化により微粒子化
することにより、霧化部と処理対象間で揮散させ、処理
対象表面上に、溶媒分子をほとんど含まないゲル膜を形
成することにより、（１）式で定義される毛細管力を生
じなくすることにより、割れのない均一な膜を形成しよ
うというものである。また、本発明は更に、ワンパスプ
ロセスで厚膜を形成させ、生産性も飛躍的に向上させよ
うというものである。
物表面に作成したゲルを空気中で溶媒を乾燥させた場
合、乾燥が進むにつれゲルは収縮し割れてしまう。これ
は、乾燥が進む段階で表面層にゲル骨格（固体）と溶媒
（液体）と空気（気体）の三者の境界が生じるので、ゲ
ル骨格を細孔側に引っ張るような毛細管力が生じる。そ
れに対しゲル内部は体積をそのまま保とうとするので、
表面層の引っ張り力がゲル骨格の強さよりも大きいとき
は表面層が亀裂し、激しいときは全体が破壊する為であ
るとされている。毛細管力の大きさは一般に ΔＰ＝２γ・ｃｏｓθ／ｒ ・・・（１） ｒ：毛細管半径 θ：濡れ角 γ：表面張力 で表される。本発明は、溶液を静電霧化により微粒子化
することにより、霧化部と処理対象間で揮散させ、処理
対象表面上に、溶媒分子をほとんど含まないゲル膜を形
成することにより、（１）式で定義される毛細管力を生
じなくすることにより、割れのない均一な膜を形成しよ
うというものである。また、本発明は更に、ワンパスプ
ロセスで厚膜を形成させ、生産性も飛躍的に向上させよ
うというものである。
【０００４】
【実施例】本発明は上記目的達成のために、大別して３
つのプロセスからなる。第一プロセスは原料溶液の調製
である。構成元素の供給源となる金属化合物或いは珪素
化合物は溶媒に溶けることが必要であり、比熱が比較的
大きく蒸気圧が低いことが望ましい。例えば、アルコキ
シドであるＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4、Ａｌ(ＯＣ3Ｈ7)3など、金
属アセチルアセテートのＩｎ(ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3)な
ど、金属カルボキシレートのＰｂ(ＣＨ3ＣＯＯ)2、Ｙ
(Ｃ17Ｈ35ＣＯＯ)3など、硝酸塩のＮｉ(ＮＯ3)2、Ｙ(Ｎ
Ｏ3)3などがある。また原料自体は蒸気圧が高くても溶
液中で反応し蒸気圧の低い物質に変化するものであれば
かまわない。特に、アルコキシド化合物は少量の水と共
に用いると溶液中で加水分解、重縮合反応を経由して高
分子量となるので好適である。溶媒は上記の金属化合物
あるいは珪素化合物を溶かすことが必要であり、比熱が
小さく蒸気圧が高いことが望ましい。例としてエチルア
ルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、ジメトキシエタンなどがあげられる。特に、赤外線
吸収の大きい水酸基を有する化合物の場合は、赤外線を
照射することにより揮散を促進することが出来るので、
いっそう望ましい。これらの材料の混合プロセスは大気
中の水分との反応を防ぎたい場合には乾燥窒素、乾燥ア
ルゴン雰囲気で行うのが望ましい。大気中で行う場合
は、安定化剤（キレート剤）を混合すれば良く、ジエタ
ノールアミン、アセチルアセトンなどを用いることがで
きる。また、溶液には、目的に応じて粘度調節剤や酸、
アルカリなどを加えてもよい。第２プロセスは静電霧化
によるコーティングプロセスである。この方法は、アー
スした処理対象物を陽極、溶液霧化装置を陰極とし、こ
れに負の高電圧を与えて両極間に静電界を作り、霧化し
た微粒子を負に帯電させて、反対極である処理対象物に
効率よくコーティングさせる方法である。高電圧範囲
は、−３０〜−１２０ｋＶであり、好ましくは−６０〜
−９０ｋＶである。電極間の距離は１０〜２００ｃｍで
あり、好ましくは２０〜１００ｃｍである。間隔が２０
０ｃｍより広くなると静電界が弱くなり、コーティング
効率が低くなるため好ましくなく、一方、１０ｃｍより
狭くなると、溶媒微粒子が揮散し難くなり好ましくな
い。溶液に１０-8Ｓｃｍ-1以上の導電性がある場合に
は、静電圧と溶液を霧化直前まで絶縁状態を保つように
すればよい。処理対象物はアースとするために少なくと
も処理表面に導電性がある必要があるが、対象物形状に
関しては大きな制限はなく曲面でも均一な膜を形成でき
る。処理対象表面は、ゾルとの濡れ性が高い方がよく、
低い場合には、表面処理を施しても良い。溶媒分子の揮
散は、電極間に赤外線、マイクロ波を照射することによ
り促進することができる。赤外線の発生装置は特に限定
はしないが、例えば、赤外線ランプ光をゴールドミラー
により平行光としたものなどが使用できる。マイクロ波
の出力は特に限定はしないが、通常、５００〜３０００
Ｗであり、好ましくは１０００〜２０００Ｗである。第
３プロセスは処理対象物を焼成するプロセスであり、目
的に応じて、大気中、窒素雰囲気、または真空中などで
行うことが出来、セラミック種により異なるが概ね３０
０〜１２００℃で目的のセラミックスを得ることができ
る。プログラミング温度コントローラなどで昇降温プロ
セスが管理されていることが望ましい。
つのプロセスからなる。第一プロセスは原料溶液の調製
である。構成元素の供給源となる金属化合物或いは珪素
化合物は溶媒に溶けることが必要であり、比熱が比較的
大きく蒸気圧が低いことが望ましい。例えば、アルコキ
シドであるＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4、Ａｌ(ＯＣ3Ｈ7)3など、金
属アセチルアセテートのＩｎ(ＣＯＣＨ2ＣＯＣＨ3)な
ど、金属カルボキシレートのＰｂ(ＣＨ3ＣＯＯ)2、Ｙ
(Ｃ17Ｈ35ＣＯＯ)3など、硝酸塩のＮｉ(ＮＯ3)2、Ｙ(Ｎ
Ｏ3)3などがある。また原料自体は蒸気圧が高くても溶
液中で反応し蒸気圧の低い物質に変化するものであれば
かまわない。特に、アルコキシド化合物は少量の水と共
に用いると溶液中で加水分解、重縮合反応を経由して高
分子量となるので好適である。溶媒は上記の金属化合物
あるいは珪素化合物を溶かすことが必要であり、比熱が
小さく蒸気圧が高いことが望ましい。例としてエチルア
ルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、ジメトキシエタンなどがあげられる。特に、赤外線
吸収の大きい水酸基を有する化合物の場合は、赤外線を
照射することにより揮散を促進することが出来るので、
いっそう望ましい。これらの材料の混合プロセスは大気
中の水分との反応を防ぎたい場合には乾燥窒素、乾燥ア
ルゴン雰囲気で行うのが望ましい。大気中で行う場合
は、安定化剤（キレート剤）を混合すれば良く、ジエタ
ノールアミン、アセチルアセトンなどを用いることがで
きる。また、溶液には、目的に応じて粘度調節剤や酸、
アルカリなどを加えてもよい。第２プロセスは静電霧化
によるコーティングプロセスである。この方法は、アー
スした処理対象物を陽極、溶液霧化装置を陰極とし、こ
れに負の高電圧を与えて両極間に静電界を作り、霧化し
た微粒子を負に帯電させて、反対極である処理対象物に
効率よくコーティングさせる方法である。高電圧範囲
は、−３０〜−１２０ｋＶであり、好ましくは−６０〜
−９０ｋＶである。電極間の距離は１０〜２００ｃｍで
あり、好ましくは２０〜１００ｃｍである。間隔が２０
０ｃｍより広くなると静電界が弱くなり、コーティング
効率が低くなるため好ましくなく、一方、１０ｃｍより
狭くなると、溶媒微粒子が揮散し難くなり好ましくな
い。溶液に１０-8Ｓｃｍ-1以上の導電性がある場合に
は、静電圧と溶液を霧化直前まで絶縁状態を保つように
すればよい。処理対象物はアースとするために少なくと
も処理表面に導電性がある必要があるが、対象物形状に
関しては大きな制限はなく曲面でも均一な膜を形成でき
る。処理対象表面は、ゾルとの濡れ性が高い方がよく、
低い場合には、表面処理を施しても良い。溶媒分子の揮
散は、電極間に赤外線、マイクロ波を照射することによ
り促進することができる。赤外線の発生装置は特に限定
はしないが、例えば、赤外線ランプ光をゴールドミラー
により平行光としたものなどが使用できる。マイクロ波
の出力は特に限定はしないが、通常、５００〜３０００
Ｗであり、好ましくは１０００〜２０００Ｗである。第
３プロセスは処理対象物を焼成するプロセスであり、目
的に応じて、大気中、窒素雰囲気、または真空中などで
行うことが出来、セラミック種により異なるが概ね３０
０〜１２００℃で目的のセラミックスを得ることができ
る。プログラミング温度コントローラなどで昇降温プロ
セスが管理されていることが望ましい。
【０００５】
【発明の効果】本発明に係る酸化物系セラミックスの製
造方法によれば、処理対象物表面に酸化物系セラミック
スの膜を割れることなく容易に製造することが出来る。
また、コーティング効率が高く、曲面にも適用でき、さ
らには焼成温度も比較的低いのでプロセスの高度化に大
きく貢献する。
造方法によれば、処理対象物表面に酸化物系セラミック
スの膜を割れることなく容易に製造することが出来る。
また、コーティング効率が高く、曲面にも適用でき、さ
らには焼成温度も比較的低いのでプロセスの高度化に大
きく貢献する。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属化合物あるいは珪素化合物のアルコ
ール溶液、水溶液、或いはゾルを静電霧化し、処理対象
物表面に塗着させることにより、均一な厚さの膜を形成
させた後、焼成することにより、処理対象物表面にセラ
ミックスを形成することを特徴とする酸化物系セラミッ
クス膜の製造方法。 - 【請求項２】 霧化部と、処理対象物表面の間に空間が
あり、その空間を移動する噴霧に対し、赤外線、或いは
マイクロ波を照射しアルコールおよび水分を揮散させる
ことを特徴とする請求項１記載の酸化物系セラミックス
膜の製造方法。 - 【請求項３】 金属化合物あるいは珪素化合物が少なく
とも１つはアルコキシド化合物であることを特徴とする
請求項１、２記載の酸化物系セラミックス膜の製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28029193A JPH07173634A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 酸化物系セラミックス膜の製造方法 |
| PCT/JP1994/001718 WO1995010640A1 (fr) | 1993-10-14 | 1994-10-13 | Procede de production d'un revetement en ceramique oxydee |
| EP94929654A EP0677596A1 (en) | 1993-10-14 | 1994-10-13 | Process for producing oxide ceramic coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28029193A JPH07173634A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 酸化物系セラミックス膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07173634A true JPH07173634A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=17622942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28029193A Pending JPH07173634A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 酸化物系セラミックス膜の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0677596A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07173634A (ja) |
| WO (1) | WO1995010640A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CN107146670A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-09-08 | 安泰科技股份有限公司 | 一种稀土永磁材料的制备方法 |
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| JPS63277770A (ja) * | 1987-05-09 | 1988-11-15 | Nippon Soda Co Ltd | 超電導セラミックス薄膜形成用組成物および超電導セラミックス薄膜の製造方法 |
| JPS63291665A (ja) * | 1987-05-21 | 1988-11-29 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐指紋性、耐摩耗性に優れたステンレス鋼板およびその製造方法 |
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| JPH06137805A (ja) * | 1992-10-27 | 1994-05-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ひずみゲージおよびその製造方法 |
-
1993
- 1993-10-14 JP JP28029193A patent/JPH07173634A/ja active Pending
-
1994
- 1994-10-13 EP EP94929654A patent/EP0677596A1/en not_active Ceased
- 1994-10-13 WO PCT/JP1994/001718 patent/WO1995010640A1/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0677596A1 (en) | 1995-10-18 |
| WO1995010640A1 (fr) | 1995-04-20 |
| EP0677596A4 (en) | 1995-08-23 |
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