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公開番号2024141710
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023053502
出願日2023-03-29
発明の名称原料粉、成膜方法及び成膜体
出願人大阪瓦斯株式会社
代理人弁理士法人R&C
主分類C23C 24/04 20060101AFI20241003BHJP(金属質材料への被覆;金属質材料による材料への被覆;化学的表面処理;金属質材料の拡散処理;真空蒸着,スパッタリング,イオン注入法,または化学蒸着による被覆一般;金属質材料の防食または鉱皮の抑制一般)
要約【課題】エアロゾルデポジション法による一度の成膜処理で多孔質層と緻密層とを有する膜を形成できる原料粉を提供する。
【解決手段】原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルを基材Kの処理対象面Kaに向けて噴出して、処理対象面Ka上に膜を形成する方法に用いる原料粉であって、原料粉の体積基準での粒度分布について、粒子径が0.5μm未満の範囲を第1粒子径範囲と、粒子径が0.1μm以上2.0μm未満の範囲を第2粒子径範囲と、粒子径が1.0μm以上10μm以下の範囲を第3粒子径範囲とし、各粒子径範囲における頻度の積分値を第1積分値I1、第2積分値I2及び第3積分値I3と定義した場合に、第1積分値I1、第2積分値I2及び第3積分値I3が以下の式(1)及び式(2)の関係を満たす。
I1:I2=1～50:99～50 (1)
1<(I1+I2)/I3≦5 (2)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルを基材の処理対象面に向けて噴出して、前記処理対象面上に、多孔質層と緻密層とを有する膜を形成する方法に用いる原料粉であって、
前記原料粉の体積基準での粒度分布について、粒子径が０．５μｍ未満の範囲を第１粒子径範囲と、粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ未満の範囲を第２粒子径範囲と、粒子径が１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲を第３粒子径範囲とし、各粒子径範囲における頻度の積分値を第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２及び第３積分値Ｉ３と定義した場合に、前記第１積分値Ｉ１、前記第２積分値Ｉ２及び前記第３積分値Ｉ３が以下の式（１）及び式（２）の関係を満たす原料粉。
Ｉ１：Ｉ２＝１～５０：９９～５０（１）
１＜（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ３≦５（２）
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材の処理対象面に向けて噴出して、前記処理対象面上に、多孔質層と緻密層とを有する膜を形成する成膜方法であって、
前記原料粉は、体積基準での粒度分布について、粒子径が０．５μｍ未満の範囲を第１粒子径範囲と、粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ未満の範囲を第２粒子径範囲と、粒子径が１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲を第３粒子径範囲とし、各粒子径範囲における頻度の積分値を第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２及び第３積分値Ｉ３と定義した場合に、前記第１積分値Ｉ１、前記第２積分値Ｉ２及び前記第３積分値Ｉ３が以下の式（１）及び式（２）の関係を満たし、
前記基材の処理対象面における任意の位置が所定の移動経路を通るように前記基材と前記ノズルとを相対移動させる成膜方法。
Ｉ１：Ｉ２＝１～５０：９９～５０（１）
１＜（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ３≦５（２）
【請求項３】
前記第１粒子径範囲の粒子による多孔質体の形成と、前記第２粒子径範囲の粒子による緻密体の形成と、前記第３粒子径範囲の粒子による前記多孔質体及び前記緻密体の削り取りとの組み合わせによって、前記処理対象面上に膜を形成する請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記移動経路の調整によって前記処理対象面上に多孔質層と緻密層とが積層された前記膜を形成する請求項２に記載の成膜方法。
【請求項５】
走査回数の調整によって前記多孔質層と前記緻密層との繰り返し回数を変更する請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記移動経路は、前記処理対象面と平行な第１方向に沿った第１経路と、当該第１方向と直交し、前記処理対象面と平行な第２方向に沿った第２経路との組み合わせからなり、
前記ノズルから噴出されたエアロゾルの噴出方向と直交する断面領域を、
前記ノズルの軸心の延長線上の位置を中心とし、前記第１粒子径範囲、前記第２粒子径範囲及び前記第３粒子径範囲の粒子が含まれる第１衝突領域と、
前記第１衝突領域を取り囲み、含まれる粒子が前記第１粒子径範囲の粒子及び第２粒子径範囲の粒子よりも前記第３粒子径範囲の粒子の方が少ない第２衝突領域と、
前記第２衝突領域を取り囲み、含まれる粒子が前記第１粒子径範囲の粒子よりも前記第２粒子径範囲の粒子及び前記第３粒子径範囲の粒子の方が少ない第３衝突領域と、に分割した場合に、
前記移動経路における前記第１経路のピッチ幅は、前記第１衝突領域、前記第２衝突領域及び前記第３衝突領域の前記第２方向における幅よりも小さい請求項２に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１粒子径範囲は、粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の範囲である請求項２に記載の成膜方法。
【請求項８】
前記第２粒子径範囲は、粒子径が０．３μｍ以上１．５μｍ未満の範囲である請求項２に記載の成膜方法。
【請求項９】
前記第３粒子径範囲は、粒子径が１．５μｍ以上７μｍ以下の範囲である請求項２に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記原料粉中の粒子は、比重が１ｇ／ｃｍ
３
以上１０ｇ／ｃｍ
３
以下の無機材料である請求項２に記載の成膜方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料粉、成膜方法及び成膜体に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
焼結のような高温での熱処理を経ることなく、セラミックス膜を基材上に形成する方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）と呼ばれる手法が知られている。このＡＤ法は、膜の材料となる粒子からなる原料粉を、ノズルから音速程度で基材に向けて噴射し、原料粉が基材に衝突する際のエネルギーによって粒子を破砕、変形させることで、基材上に緻密な膜を形成する手法である。
【０００３】
近年、ＡＤ法と他の手法とを組み合わせることにより、質の異なる２つの層を形成し、特有の機能性を持たせた膜を成膜する技術の開発が進められている。例えば、特許文献１には、良好な遮熱性、耐熱衝撃性及び酸素バリア性を有し、層間の界面乖離が抑制されたセラミックス積層体が開示されている。
【０００４】
特許文献１記載のセラミックス積層体は、第１のセラミックス膜の上に、当該第１のセラミックス膜よりも相対密度が高い第２のセラミックス膜が積層された構造を有している。このセラミックス積層体は、第１のセラミックス膜がプラズマ溶射法又は電子ビーム蒸着法により成膜され、第２のセラミックス膜がエアロゾルデポジション法により成膜されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
特開２００９－２９３０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のように、特許文献１では、ＡＤ法とプラズマ溶射法又は電子ビーム蒸着法とを組み合わせて第１及び第２セラミックス膜を有する積層体を形成している。つまり、特許文献１記載の方法では、質の異なる２つの層を有した膜を形成するために、少なくともＡＤ法による成膜工程と、プラズマ溶射法又は電子ビーム蒸着法による成膜工程との２つの工程が必要であり、成膜時における煩雑な作業が避けられず、成膜に要する作業時間も長くなる。このように、特許文献１記載の方法は、質の異なる２つの層を有する膜の形成手法として、改良の余地がある。
【０００７】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、エアロゾルデポジション法による一度の成膜処理で多孔質層と緻密層とを有する膜を形成できる成膜粉及び成膜方法、並びに当該成膜方法で成膜した成膜体の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る原料粉の特徴構成は、
原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルを基材の処理対象面に向けて噴出して、前記処理対象面上に、多孔質層と緻密層とを有する膜を形成する方法に用いる原料粉であって、
前記原料粉の体積基準での粒度分布について、粒子径が０．５μｍ未満の範囲を第１粒子径範囲と、粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ未満の範囲を第２粒子径範囲と、粒子径が１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲を第３粒子径範囲とし、各粒子径範囲における頻度の積分値を第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２及び第３積分値Ｉ３と定義した場合に、前記第１積分値Ｉ１、前記第２積分値Ｉ２及び前記第３積分値Ｉ３が以下の式（１）及び式（２）の関係を満たす点にある。
Ｉ１：Ｉ２＝１～５０：９９～５０（１）
１＜（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ３≦５（２）
【０００９】
本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルを基材の処理対象面に向けて噴出して処理対象面上に膜を形成する方法（エアロゾルデポジション法）を行う際に、上記原料粉を用いることにより、第１粒子径範囲の粒子、第２粒子径範囲の粒子及び第３粒子径範囲の粒子によって多孔質体の形成や緻密体の形成、多孔質体や緻密体の削り取りが起こり、多孔質層と緻密層という質の異なる２つの層を有した膜を形成できることを発見し、本発明を完成させた。
つまり、上記特徴構成によれば、上記原料粉を用いたエアロゾルデポジション法による一度の成膜処理を行うだけで、他の方法を併用することなく、多孔質層と緻密層という質の異なる２つの層を有した膜を形成できる。
なお、本願において、「原料粉の体積基準での粒度分布」は、マイクロトラックベル製のＭＴ３３００で測定したものとする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に成膜方法の特徴構成は、
原料粉を搬送ガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材の処理対象面に向けて噴出して、前記処理対象面上に、多孔質層と緻密層とを有する膜を形成する成膜方法であって、
前記原料粉は、体積基準での粒度分布について、粒子径が０．５μｍ未満の範囲を第１粒子径範囲と、粒子径が０．１μｍ以上２．０μｍ未満の範囲を第２粒子径範囲と、粒子径が１．０μｍ以上１０μｍ以下の範囲を第３粒子径範囲とし、各粒子径範囲における頻度の積分値を第１積分値Ｉ１、第２積分値Ｉ２及び第３積分値Ｉ３と定義した場合に、前記第１積分値Ｉ１、前記第２積分値Ｉ２及び前記第３積分値Ｉ３が以下の式（１）及び式（２）の関係を満たし、
前記基材の処理対象面における任意の位置が所定の移動経路を通るように前記基材と前記ノズルとを相対移動させる点にある。
Ｉ１：Ｉ２＝１～５０：９９～５０（１）
１＜（Ｉ１＋Ｉ２）／Ｉ３≦５（２）
（【００１１】以降は省略されています）

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