JPS6033248A - 複合セラミツクフイルムおよびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は機械的、電気的など各種の性質に特徴を持つ複
合セラミックフィルムおよびその製造方法に関する。

〔発明の背景〕

２棟以上の成分を複合させたセラミックスは、その各成
分の特徴を生かした特性を持たせることが可能である。

たとえば高温下で化学的に安定でかつ商い機械的強度を
有するセラミックスと導電性のセラミックスとを複合化
することによシ、高温で使用できる抵抗体や発熱体を得
ることができる。このような複合セラミックスをフィル
ム状にした場合にはさらにフィルムとしての特性が加わ
シ、用途が広がる。

セラミックフィルムの製造法としては、蒸着やスパッタ
リングなど気相から製造する方法、シート状の成形体を
焼成する方法などが挙げられる。

このうち気相から製造する方法でに、小面積の極めて薄
い膜しか製造できず、量産性に欠ける。また焼成法では
薄くするのに限度があり、フィルム形成後の加工性に問
題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、量産性および加工性にすぐれた各種の
特徴を持つ複合セラミックフィルムおよびその製造方法
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の複合セラミックフィルムは、一部の成分を溶融
させ、残りの成分をこれに分散させて形成したことを特
徴とする特に一部の成分を溶融させ残シの成分をこれに
分散させた混合融液の急冷によって得られることが望ま
しい。このとき溶融した成分は例えばガラス質とするこ
とができる。

溶融する成分を半導体もしくは良導体とする、或いは逆
に分散させる成分を半導体もしくは良導体とする、繊維
状の成分を分散させる、などによりそれぞれ特徴のある
複合セラミックスが得られる。

溶融成分が半導体若しくは良導体の場合には該溶融成分
の抵抗率は１０８Ωα以下とすることが望ましい。また
、溶融成分に分散させる成分が良導体或いは半導体であ
る場合にもこの分散成分は１０８Ωｍ以下が望ましい。

導電材を分散させる場合は、周期律表の■ａ、■ａまた
は■ａ族元率の炭化物、窒化物、ホウ化物などの高融点
化合物を用いることが望ましい。

本発明の複合セラミックフィルムの製造方法は、上記混
合融液を冷却する工程を含むことが特徴でめる。特に望
ましくは高速回転ロールを用いたロール法によって、１
０４〜１０’ｔ’／秒の冷却速度で急冷して作られる。

例えば、各成分の混合物をるつぼ中で加熱し、一部の成
分のみを溶融させて他の成分が分散した混合融液とする
。次いでこの融液を高速回転している二つのローラーの
間に落下させ、急冷することによって複合セラミックフ
ィルムとする。

このようにして作られる本発明の複合セラミックフィル
Ｊ・は、標準的には（代表的には）厚さが１０〜５０μ
ｍであシ、例えば幅数間、長さ数■〜数口のものが極め
て短時間で形成される。材料によっては幅が更に広く長
さも更に長いものも作成可能である。気相から形成させ
るにはこのような厚さにするには長時間がかかる他、小
面積のものしか得られず、量産性に欠ける。また焼成法
では例えば可とり性をもつほど薄いフィルムを作成する
ことは困難で、急冷法によるフィルムはよシ加工性に富
むほか、焼成の場合は長時間を要するため量産性におい
ても急冷法が優れている。

なお一部の成分を溶融する方法としては、ノズルまたは
るつぼをヒータまたは高周波で加熱して中の原料を溶融
する方法のほか、例えば原料組成物を固体試料としてこ
れをプラズマジェット加熱や赤外線集光加熱によって溶
融する方法が適用できる。

また混合融液を急冷する方法としては、高速回転してい
る一つのローラー上に落下させ、片面から冷却してフィ
ルムとする方法、二つのローラーの間に落下させて両面
から冷却してフィルムとすル方法、二つのゴム製ローラ
ーで２枚の金属板をはさみつけて金属板の間に融液を落
下させて冷却効果を高めてフィルムとする方法などが適
用できる。

〔発明の実施例〕

図に一例としてノズルをヒータで加熱して原料を溶融し
、二つのローラー間に落下させてフィルムを作製する場
合の装置の概略図を示す。

空気ピストン６にはノズル２が取シ付けられ、その脇に
ガス圧印加口５が開口している。ノズル２の先端部には
溶融体１（本発明の混合融液）が収納されている。ノズ
ル２の側部はヒータ３で囲まれてお９、ノズル２の前方
はローラー対４が配置されている。

ガス圧印加口５よりガス圧がノズル２に印加されつつ、
ヒータ３による加熱が行われると、ノズル２の先端から
溶融体１が出てくる。この溶融体１をローン一対４で引
き出し、兼ねて延ばすことにより、セラミックフィルム
７が成形されることになる。

実施例１ 酸化アルミニウム（ＡＬｚ　Ｏｓ　ｌ粉末６０重量％お
よびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢｚ　）粉末４０重量％
をよく混合し、複合セラミックス組成物を調整した。次
いでこれをモリブデン製のノズル（内径６　ｕｓ　、中
心孔径１　ｒｍｔｒ　）に入れ、高周波電気炉で２１０
０ｔ：’に加熱してＡｔｚＯａ　のみ溶融したＯ次いで
得られた融液をアルゴンガスを用いて幅５０Ｂ。

直径２００ＴＩ！Ｉｎの回転するステンレス鋼製のロー
２一対の間に吹出した。ノズル先端と回転ロール対接触
部はなるべく近づけ、ローラーの回転数は４５０Ｏｒ−
とした。冷却面の温度は２０Ｃとした。

このような条件で冷却速度は１０５〜１０６Ｃ／秒であ
った。

得られた複合セラミックフィルムは、幅５　ｖｍ　。

長さ５　ｃｍ　＋厚さ２０μｍであった。このフィルム
をＸ線解析したところ、Ａ／、２０ｓ　とＺｒＢｚの結
晶粒に基づくピークが観察され、Ｚｒｆｈが酸化した様
子は見られなかった。フィルム中のｚｒＢ２の体積割合
は、３０チであった。

この複合セラミックフィルムの抵抗率をｐ３ｕＷ法によ
って測定したところ、室温で１０−３ΩＧと高い導電性
を示した。このフィルムの長尺方向に通電して昇湛くシ
返し試験を行ったところ、室温と赤熱部１ｏｏｏｔ：’
のサイクルを１万回くシ返した後の抵抗値の変化は約０
．３チと小さく、本実施例の複合セラミックフィルムは
発熱体として耐久性に優れていることがわかった。フィ
ルム状であるので複雑な形状にたとえばレーザ光を用い
て加工することもでき、各種用途に応用できる。特にマ
イクロヒータや、マイカ片等と組合わせることにより面
状発熱体として有用である。

なおＺｒＢ２のかわシにＨｆＢ２．　Ｔｉｃ　＊　Ｔｉ
Ｂ、　。

ＺｒＣ＋　ＮｂＢ２．ＴｉＮなどやその混合物を体積率
にして３０チ程度分散させた場合も、同様に１０−３Ω
ｃｒｔｌ以下の抵抗率と高温耐久性を備えた発熱体に適
するセラミックフィルムが得られた。分数成分の体積率
を変えることによ、Ｕ、１０−’Ω国から１０１２Ωｍ
以上の広い範囲で抵抗率の調節も可能であった。

実施例２ 酸化アルミニウム（Ａ１２０ｇ　）　、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）及び酸化ケイ素（Ｓｉｎ２）をモル比で２
：２：５の割合で複合した複酸化物を焼成した。

この複酸化物の融点は、１４７０ｔ’であった。この複
酸化物の粉末と炭化チタン（Ｔｉｃ）の粉末とを、焼結
体としての体積割合が１：１となるように混合し、実施
例１と同様にしてノズル中で１６００Ｃ’に加熱するこ
とにより複酸化物のみを融解した。

このＴｉＣを含む融液を回転するローラー対の間に吹出
させ、セラミックフィルムを作製した。

得られたセラミックフィルムは、幅が６１ｍ、長さが３
　ｃｍ　、厚さが３０μｍであった。このセラミックフ
ィルムは抵抗率が室温で３　Ｘ　１０”９口であシ、発
熱体に適している。またこのフィルムは遠赤外領域での
放射特性に優れていた。

実施例３ 酸化ケイ素（Ｓｉ０２）８０％、酸化アルミニウム（Ａ
ｔｚ　Ｏｓ　１２チ、酸化ホウ索（ＢｚＯｓ）１３チ。

酸化ナトリウム（ＮａｇＯ）４％及び酸化カリウム（、
ＫｘＯ）　１　％の組成から成るガラス粉末と窒化りン
タル（ＴａＮ＞の粉末とを、固形体としての体積割合が
ガラス６５％、ＴａＮ　３５９ｇとなるように混合し、
実施例１と同様にしてノズル中で１４０００に加熱する
ことによシガラスのみ溶融した。次いで得られた融液を
回転するローラー対の間に吹出し、セフミックフィルム
を作製した。

得られたフィルムは、幅が５肩、長さが８ＣＦ７１１厚
さが２０μｍであった。Ｘ線解析によシ、このフィルム
がガラス質とＴａＮ結晶粒とから成ることが確かめられ
た。このフィルムの抵抗率は室温で２　Ｘ　Ｉ　Ｆ’Ω
口であった。また、このフィルムは可とう性がある。従
って曲面に密着させて使用するヒータ材として適してい
る。

実施例４ ケイ素（Ｓｉ）粉末と炭化ケイ素（ＳｉＣ）ファイバー
とを、固形体としての体積割合が１：ｌとなるように混
合し、実施例１と同様にしてノズル中で１５００ｔ：’
に加熱することによりＳｉのみを融解した。この融ｅ、
を回転するローラー上に落下させ、セラミックスフィル
ムを作製した。なおノズル中は融解時はＡｒ雰囲気とし
た。

得られたセラミックフィルムは、幅がｇ　ｗａ　、長さ
が６　ｃｍ　、厚さが４０μｍであった。このセラミッ
クフィルムは、抵抗率が室温で７　Ｘ　１０−”Ｑｃｍ
であり、”型の半導体であった。このフィルムについて
曲げ強さを同サイズの多結晶Ｓｉフィルムと比較したと
ころ、２倍以上の強さを有した。これはＳｉＣファイバ
ーの分散の効果と考えられる。

〔発明の効果〕

以上に述べた如く、本発明によれば厚さ１０〜５０μｍ
の複合セラミックフィルムを短時間で作製することがで
き、量産性と加工性に優れたまた可とり性を備えた複合
セラミックフィルムが得られる効果がある。また複合化
したことにより、導電性１機械的強度などに特徴を持つ
セラミックフィルムが得られる効果がある。この効果は
実施例に限らず、他の成分の組合せ、また既に述べたよ
うなフィルム作製法によって作製した場合において、同
様に得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の複合セラミックフィルムを作製する装置の
一例を示す構成図である。 １・・・溶融体、２・・・ノズル、３・・・ヒータ、４
・・・ローラー対、５・・・ガス圧印加口、６・・・空
気ピストン、第１頁の続き ［株］発　明　者　小　杉　哲　夫　日立市幸町３丁目
所内 ０発　明　者　中　村　浩　介　日立市幸町３丁目所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２種以上のセラミックス成分からなるセンミックフ
   ィルムにおいて、一部の成分を溶融させ残シの成分をこ
   れに分散させて形成したことを特徴とする複合セラミッ
   クフィルム。 ２、特許請求の範囲第１項記載において、一部の成分を
   溶融させ残りの成分をこれに分散させた混合融液を急冷
   して形成したことを特徴とする複合セラミックフィルム
   。 ３、％許請求の範囲第１項または第２項記載において、
   前記溶融成分がガラス質を形成していることを特徴とす
   る複合セラミックフィルム。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか記載に
   おいて、前記溶融成分が抵抗率が１０”Ωα以下の半導
   体もしくは良導体であることを特徴とする複合セラミッ
   クフィルム。 ５、特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか記載に
   おいて、前記溶融成分に分散させる成分として抵抗率が
   １０８Ωｃｎｌ以下の半導体若しくは良導体を含むこと
   を特徴とする複合センミックフィルム。 ６、％許請求の範囲第１項ないし第５項いずれか記載に
   おいて、前記溶融成分に分散させる成分として繊維状の
   成分を含むことを特徴とする複合セラミックフィルム。 ７、特許請求の範囲第５項において、前記分散成分とし
   て周期律表のｆｉａ、■、ａまたは■ａ族元素の炭化物
   、窒化物またはホウ化物のうち一種以上を含むことを特
   徴とする複合セラミックフィルム。 ８、一部の成分を溶融させ残シの成分をこれに分散させ
   た混合融液を冷却する工程を貧むことを特徴とする複合
   セラミックフィルムの製造方法。 ９、特許請求の範囲第８項記載にお匹て、前記冷却速度
   が１０４〜１０’Ｃ／秒であることを特徴とする複合セ
   ラミックフィルムの製造方法。 １０、特許請求の範囲第８項または第９項記載において
   、前記冷却を高速回転ローラーを用いたロール法によシ
   行うことを特徴とする複合セラミックフィルムの製造方
   法。