JP5099575B2 - Method for manufacturing brittle material structure - Google Patents
Method for manufacturing brittle material structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP5099575B2 JP5099575B2 JP2005064484A JP2005064484A JP5099575B2 JP 5099575 B2 JP5099575 B2 JP 5099575B2 JP 2005064484 A JP2005064484 A JP 2005064484A JP 2005064484 A JP2005064484 A JP 2005064484A JP 5099575 B2 JP5099575 B2 JP 5099575B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aerosol
- deposit
- nozzle
- base material
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 135
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 133
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 69
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 69
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 59
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 55
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 67
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 35
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 33
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 32
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 26
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 5
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000012854 evaluation process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Description
本発明は、脆性材料構造物の製造方法に関し、より詳細には、粉末と気体からなるエアロゾルを基材の表面に噴射して膜状体を形成する脆性材料構造物の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of the brittle material structure, and more particularly, relates to a manufacturing method of the brittle material structure aerosols consisting of powder and gas is injected into the surface of the substrate to form a film-like body.
基材表面に脆性材料の膜状体を形成させる方法として、「エアロゾルデポジション法」(以下、AD法)がある(例えば、特許文献1及び特許文献2)。これは、脆性材料を含む微粒子をガス中に分散させた「エアロゾル」をノズルから基材に向けて連続的に噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により脆性材料微粒子に変形や破砕を起させしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料からなる膜状体をダイレクトに形成させる方法である。この方法によれば、特に加熱手段などを必要とせず、常温で膜状体が形成が可能であり、焼成体と同等以上の機械的強度を有する膜状体を得ることができる。また、微粒子を衝突させる条件や微粒子の形状、組成などを制御することにより、膜状体の密度や機械強度、電気特性などを多様に変化させることが可能である。
AD法は、多くの場合、真空あるいは減圧雰囲気中で、基材にエアロゾルを連続的に噴射させることにより実施される。これに対して、大気圧あるいはこれに近い高い圧力のもとでも脆性材料からなる膜状体を堆積できると便利である。この観点から独自の検討を実施した結果、本発明者は、AD法の堆積のメカニズムについて新たな知見を得るに至った。 In many cases, the AD method is carried out by continuously injecting aerosol onto a substrate in a vacuum or a reduced-pressure atmosphere. On the other hand, it is convenient if a film-like body made of a brittle material can be deposited under atmospheric pressure or a high pressure close thereto. As a result of carrying out an independent study from this point of view, the present inventor has gained new knowledge about the deposition mechanism of the AD method.
本発明はかかる新たな知見に基づいてなされたものであり、真空あるいは減圧環境のみならず、大気圧あるいはこれに準ずる圧力下においても、脆性材料からなる膜状体を堆積できる脆性材料構造物の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made based on such new knowledge, and is a brittle material structure capable of depositing a film-like body made of a brittle material not only in a vacuum or reduced pressure environment but also at atmospheric pressure or a pressure equivalent thereto. A manufacturing method is provided.
本発明の一態様によれば、ノズルと基材とを相対的に変位させつつ、微粒子をガス中に分散させたエアロゾルが前記基材に衝突するように、前記エアロゾルを前記ノズルから前記基材に向けて噴射して、前記微粒子の構成材料からなる脆性材料構造物と前記基材との複合構造物を形成する脆性材料構造物の製造方法であって、前記基材へのエアロゾルの衝突は、実質的に大気圧の雰囲気下で行われ、前記基材に向けて前記エアロゾルを第1の所定時間の間噴射する第1工程と、前記基材への前記エアロゾルの噴射を第2の所定時間の間停止する第2工程と、を備え、前記第1工程と、前記第2工程と、を順次交互に繰り返すことで、前記基材に前記エアロゾルを間欠的に衝突させるものであって、前記第1の所定時間は1秒以下とされることを特徴とする脆性材料構造物の製造方法が提供される。
上記構成によれば、減圧環境を必要とせず脆性材料からなる膜状体を堆積できる脆性材料構造物の製造方法を提供できる。
According to one aspect of the present invention, while relatively displacing the nozzle and the substrate, fine particles as aerosol dispersed in gas collisions on the substrate, the base of the aerosol from the nozzle A method of manufacturing a brittle material structure , which is injected toward a material to form a composite structure of a brittle material structure composed of the fine particle constituent material and the base material, and the aerosol collides with the base material Is performed in an atmosphere of substantially atmospheric pressure, and a first step of injecting the aerosol toward the base material for a first predetermined time; and a second step of injecting the aerosol onto the base material. A second step of stopping for a predetermined time, and alternately repeating the first step and the second step to cause the aerosol to intermittently collide with the substrate. , the first predetermined time being less 1 second Method for producing a brittle material structure, wherein is provided.
According to the said structure, the manufacturing method of the brittle material structure which can deposit the film-form body which consists of a brittle material without requiring a pressure-reduced environment can be provided.
ここで、本願明細書において「間欠的」とは、基材上の特定の一部において、エアロゾルが時間的にみて不連続的に衝突する状態をいうものとする。従って、ノズルからエアロゾルが連続的に噴射される場合も、断続的に噴射される場合も包含するものとする。 Here, “intermittent” in the specification of the present application refers to a state where the aerosol collides discontinuously with respect to time in a specific part on the substrate. Therefore, the case where the aerosol is continuously ejected from the nozzle and the case where the aerosol is intermittently ejected are included.
例えば、前記エアロゾルの前記基材への間欠的な衝突が、前記ノズルの噴射口の位置の切替えに基づく基材上の特定部位への間欠的な衝突であるものとすることができる。 For example, the intermittent collision of the aerosol with the base material may be an intermittent collision with a specific part on the base material based on the switching of the position of the injection port of the nozzle.
または、前記エアロゾルの前記基材への間欠的な衝突が、前記エアロゾルの前記基材上への断続的な噴射に基づくものとすることもできる。 Alternatively, the intermittent collision of the aerosol on the substrate may be based on intermittent injection of the aerosol onto the substrate.
ここで、前記エアロゾルの前記基材への間欠的な衝突の間隔は、前記エアロゾルの前記基材への衝突を停止した後に前記エアロゾルの前記基材への衝突に基づき前記基材の表面近傍に形成されるガスの淀み領域が実質的に消失するまでの時間よりも長いものとすれば、ガスの淀み領域による圧力障壁の作用を回避して、微粒子を基材に高速で衝突させ、緻密な脆性材料構造物を高い堆積速度で形成することができる。 Here, the interval of the intermittent collision of the aerosol with the base material is close to the surface of the base material based on the collision of the aerosol with the base material after stopping the collision of the aerosol with the base material. If the gas stagnation region formed is longer than the time until the gas stagnation region substantially disappears, the action of the pressure barrier due to the gas stagnation region is avoided, and the fine particles collide with the substrate at high speed. Brittle material structures can be formed at high deposition rates.
また、前記エアロゾルの前記基材への衝突の間隔は、0.1秒以上であるものとすれば、ガスの淀み領域を効率的に解消させることができる。 Moreover, if the interval between the collision of the aerosol and the base material is 0.1 seconds or more, the gas stagnation region can be efficiently eliminated.
ここで、実質的に大気圧のもとで、前記エアロゾルを前記基材に衝突させるものとすれば、減圧環境を形成するための設備が不要となり、低コストで広範な用途に用いることができる脆性材料構造物の製造方法を提供できる。 Here, if the aerosol is made to collide with the base material under substantially atmospheric pressure, a facility for forming a reduced pressure environment is unnecessary, and it can be used for a wide range of applications at low cost. A method of manufacturing a brittle material structure can be provided.
また、前記脆性材料構造物が前記基材の表面に連続的に形成されるように前記ノズルと前記基材とを相対的に変位させるものとすれば、大気圧あるいはそれに近い圧力のもとでも高い堆積速度で連続的な膜状の脆性材料構造物を形成できる。 Further, if the nozzle and the base material are relatively displaced so that the brittle material structure is continuously formed on the surface of the base material, even under an atmospheric pressure or a pressure close thereto, A continuous film-like brittle material structure can be formed at a high deposition rate.
なお、本願明細書において「微粒子」とは、緻密質粒子である場合は、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡などにより同定される平均粒径が50マイクロメータ以下のものをいう。 In the specification of the present application, the term “fine particles” refers to particles having an average particle diameter of 50 micrometers or less identified by particle size distribution measurement, a scanning electron microscope, or the like in the case of dense particles.
また、本願明細書において「エアロゾル」とは、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらを含む混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させたものであり、これら微粒子が単独でガス中に分散している状態と、これら微粒子が凝集した凝集粒がガス中に分散した状態を含む。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を1気圧、温度を摂氏20度に換算した場合に、ノズルの噴出口から噴射される時点において0.0003mL/L〜0.06mL/Lの範囲内であることが膜状構造物の形成にとって望ましい。 In the present specification, “aerosol” is obtained by dispersing the above-mentioned fine particles in a gas such as helium, nitrogen, argon, oxygen, dry air, or a mixed gas containing these, and these fine particles are used as a gas alone. A state in which the fine particles are aggregated and a state in which the aggregated particles in which these fine particles are aggregated are dispersed in the gas. The gas pressure and temperature of the aerosol are arbitrary, but the concentration of fine particles in the gas is 0.0003 mL at the time of injection from the nozzle outlet when the gas pressure is converted to 1 atm and the temperature is converted to 20 degrees Celsius. It is desirable for the formation of a film-like structure to be in the range of / L to 0.06 mL / L.
また、エアロゾルを成膜基板に噴射する速度は任意ではあるが、20m/秒以上とすることが望ましく、100〜450m/秒の範囲内とすることがより望ましい。 Moreover, although the speed | rate which sprays aerosol to the film-forming board | substrate is arbitrary, it is desirable to set it as 20 m / sec or more, and it is more desirable to set it as the range of 100-450 m / sec.
本発明によれば、微粒子と気体とからなるエアロゾルを基材表面に間欠的に噴射することにより、大気圧あるいはそれに近い高い圧力下においても、脆性材料からなる膜状体を安定的に製造でき、産業上のメリットは多大である。 According to the present invention, a film-like body made of a brittle material can be stably produced even under atmospheric pressure or a high pressure close thereto by intermittently injecting an aerosol comprising fine particles and gas onto the substrate surface. Industrial benefits are tremendous.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる脆性材料構造物の製造方法を表す模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Drawing 1 is a mimetic diagram showing the manufacturing method of the brittle material structure concerning an embodiment of the invention.
本実施形態においては、脆性材料を堆積する基材100と、エアロゾルを噴射するノズル200と、を相対的に変位させつつ、エアロゾルを間欠的に噴射する。
例えば、図1に表した具体例の場合、まず同図(a)に表したように、ノズル200から基材100の表面へ、パルス状のエアロゾルP1を噴射し、脆性材料からなる第1の堆積部D1を形成する。次に、エアロゾルの噴射を一旦停止した後、基材100をノズル200に対して相対的に水平方向Aへ移動する。ここで、基材100の移動量は、堆積部が連続的に形成されるように適宜決定することができる。なお、基材100を移動させる代わりにノズル200を移動させてもよく、これら両者を移動させてもよい。
次に、図1(b)に表したように、パルス状のエアロゾルP2を噴射し、脆性材料からなる第2の堆積部D2を第1の堆積部D1に隣接させあるいは一部を重複させて形成する。第1の堆積部D1と第2の堆積部D2との位置関係は、基材100の移動量により調節できる。このようして形成された第2の堆積部D2と第1の堆積部D1と、の界面は品質的に同質化しているため、均一な脆性材料からなる連続的な堆積部と見なすことができる。次に、エアロゾルの噴射を一旦停止した後、基材100をノズル200に対して相対的に水平方向Aへ移動する。
In the present embodiment, the aerosol is intermittently ejected while the base material 100 on which the brittle material is deposited and the nozzle 200 that ejects the aerosol are relatively displaced.
For example, in the case of the specific example shown in FIG. 1, first, as shown in FIG. 1A, a pulsed aerosol P <b> 1 is jetted from the nozzle 200 onto the surface of the base material 100 to form a first material made of a brittle material. The deposition part D1 is formed. Next, after the aerosol injection is temporarily stopped, the substrate 100 is moved in the horizontal direction A relative to the nozzle 200. Here, the moving amount of the base material 100 can be determined as appropriate so that the deposition part is continuously formed. In addition, instead of moving the base material 100, the nozzle 200 may be moved, or both of them may be moved.
Next, as shown in FIG. 1B, a pulsed aerosol P2 is injected, and the second deposition part D2 made of a brittle material is made adjacent to the first deposition part D1 or partially overlapped. Form. The positional relationship between the first deposition part D1 and the second deposition part D2 can be adjusted by the amount of movement of the substrate 100. Since the interface between the second deposition part D2 and the first deposition part D1 formed in this way is homogeneous in quality, it can be regarded as a continuous deposition part made of a uniform brittle material. . Next, after the aerosol injection is temporarily stopped, the substrate 100 is moved in the horizontal direction A relative to the nozzle 200.
しかる後に、図1(c)に表したように、パルス状のエアロゾルP3を噴射し、脆性材料からなる第3の堆積物D3を第2の堆積物D2に隣接させあるいは重複させて形成する。この際にも、第3の堆積物D3と第2の堆積物D2と、の界面構造は品質的に同質化しており、均一な脆性材料と見なすことができる。次に、エアロゾルの噴射を一旦停止した後、脆性構造材料が連続して形成できるように基材100をノズル200に対して相対的に水平方向Aへ移動する。
以上説明した一連のステップを順次繰り返し、図1(d)に表したように、パルス状のエアロゾルPnを 噴射して、脆性材料からなる第nの堆積物Dnを第n−1の堆積物Dn−1に隣接させあるいは重複させて形成する。このようにして、基材100の上に略均一な膜厚を有する脆性材料の連続的な膜状体を堆積させることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, a pulsed aerosol P3 is sprayed to form a third deposit D3 made of a brittle material adjacent to or overlapping the second deposit D2. Also in this case, the interface structure between the third deposit D3 and the second deposit D2 is homogeneous in quality, and can be regarded as a uniform brittle material. Next, after the aerosol injection is temporarily stopped, the substrate 100 is moved in the horizontal direction A relative to the nozzle 200 so that the brittle structural material can be continuously formed.
The series of steps described above are sequentially repeated, and, as shown in FIG. 1D, the pulsed aerosol Pn is injected to change the nth deposit Dn made of a brittle material into the (n-1) th deposit Dn. -1 adjacent or overlapping. In this way, a continuous film-like body of a brittle material having a substantially uniform film thickness can be deposited on the substrate 100.
なお、図1においては、エアロゾルを間欠的に噴射し、それに合わせて基材100を間欠的に移動させる具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、例えば、基材100とノズル200とを相対的に連続的に移動させながら、エアロゾルを間欠的に噴射させてもよい。 In addition, in FIG. 1, although the specific example which sprays aerosol intermittently and moves the base material 100 according to it intermittently was represented, this invention is not limited to this, For example, the base material 100 and The aerosol may be intermittently injected while moving the nozzle 200 relatively continuously.
図2乃至図6は、本実施の形態にかかる脆性材料構造物の製造方法のメカニズムを説明するための模式図である。
まず、図2は、大気圧力下にて、ノズルから基材表面へガスの噴射を開始した直後のガスの流れの変化を説明するための模式図である。
同図(a)は、ノズル200から基材100の表面へガスC10の噴射を開始した瞬間を表す。ノズル200から噴出したガスC10は、基材100の表面に向けて進み、その表面に衝突する。
そして、図2(b)に例示したように、衝突点を中心とし、基材100の表面に沿って拡がる方向に流出するガスC10の流れAが形成され始める。この時、ガスC10の基材100の表面で、衝突点の付近にガスの淀み領域B10が形成される。この淀み領域B10は、衝突点を中心として周囲に拡がる方向に流出するガスの流れAに取り囲まれるように形成され、周囲に比べてガスの密度(あるいは圧力)が高く、流体抵抗が大きい部分である。
2 to 6 are schematic views for explaining the mechanism of the method for manufacturing the brittle material structure according to the present embodiment.
First, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a change in the flow of gas immediately after the start of gas injection from the nozzle to the substrate surface under atmospheric pressure.
FIG. 5A shows the moment when the gas C10 starts to be injected from the nozzle 200 onto the surface of the substrate 100. FIG. The gas C10 ejected from the nozzle 200 travels toward the surface of the substrate 100 and collides with the surface.
Then, as illustrated in FIG. 2B, the flow A of the gas C <b> 10 flowing out in the direction of spreading along the surface of the base material 100 with the collision point as the center starts to be formed. At this time, a gas stagnation region B10 is formed in the vicinity of the collision point on the surface of the base material 100 of the gas C10. This stagnation region B10 is formed so as to be surrounded by a gas flow A flowing out in a direction spreading around the collision point, and is a portion where the gas density (or pressure) is higher than the surroundings and the fluid resistance is large. is there.
さらにガスC10の噴出を続けると、図2(c)に表したように、基材100との衝突点を中心として周囲に拡がるガスC10の定常的な流れAが形成される。この定常的な流れの形成に伴い、淀み領域B10も定常的なサイズに成長する。 When the gas C10 continues to be ejected, as shown in FIG. 2C, a steady flow A of the gas C10 spreading around the collision point with the base material 100 is formed. Along with the formation of this steady flow, the stagnation region B10 also grows to a steady size.
以上説明したように、ノズル200から基材100の表面に向けてガスの噴射を開始すると、時間の経過とともに、基材100への衝突点を中心として周囲に拡がるガスの定常的な流れAが形成され、その内側に定常的なガスの淀み領域B10が形成される。 As described above, when gas injection is started from the nozzle 200 toward the surface of the base material 100, a steady flow A of gas that spreads around the point of collision with the base material 100 as time passes is obtained. A steady gas stagnation region B10 is formed inside.
次に、エアロゾルを噴射した場合の微粒子の動きについて説明する。エアロゾルを噴射した場合、微粒子のサイズ(あるいは重さ)により、その動きが異なる。以下、小さい微粒子の動きと大きい微粒子の動きについて、それぞれ説明する。
なお、本発明者の実験によれば、粒径の小さな微粒子は基材の表面に堆積して堆積物を構成し、これに対して、粒径の大きな微粒子は、基材の表面には堆積しにくく、粒径の小さな微粒子に運動エネルギーを与えてその堆積を促進させる作用を有することが判明している。つまり、基板の表面付近に到達した小さい微粒子の上から衝突することにより、小さい微粒子に大きな衝突エネルギーを与え、緻密な堆積物を形成させる作用を有する。また一方、粒径の大きな微粒子は、堆積物に対するブラスト効果によるエッチング作用も有する。
Next, the movement of fine particles when aerosol is ejected will be described. When aerosol is injected, the movement varies depending on the size (or weight) of the fine particles. Hereinafter, the movement of small particles and the movement of large particles will be described.
According to the experiment by the present inventor, fine particles having a small particle size are deposited on the surface of the substrate to form a deposit, whereas fine particles having a large particle size are deposited on the surface of the substrate. It has been found that it has a function of imparting kinetic energy to fine particles having a small particle size and promoting the deposition thereof. In other words, by colliding from above the small fine particles that have reached the vicinity of the surface of the substrate, the small fine particles are given a large collision energy, thereby forming a dense deposit. On the other hand, fine particles having a large particle diameter also have an etching action due to the blast effect on the deposit.
ここで、「小さい微粒子」とは、粒径が概ね1μm未満のものをいい、「大きな微粒子」とは、粒径が概ね1μm以上のものをいう。 Here, “small particles” means particles having a particle size of less than 1 μm, and “large particles” means particles having a particle size of approximately 1 μm or more.
図3は、小さい微粒子を含むエアロゾルを基材に噴射した場合の堆積挙動を表し、図4は大きい微粒子を含むエアロゾルを用いた場合の堆積挙動を表す模式図である。すなわち、これらの図面は、定常的な流れが形成されている状態での微粒子の動きを説明するための模式図である。
図3に表したように、ノズル200から基材100へ小さい微粒子SP10を含んだエアロゾルC10を噴射して定常的な流れが形成された状態においては、図2(c)に関して前述したように、基材100との衝突点を中心として周囲に拡がる流れAが形成され、その内側に淀み領域B10が形成される。
FIG. 3 shows a deposition behavior when an aerosol containing small fine particles is sprayed onto a substrate, and FIG. 4 is a schematic diagram showing a deposition behavior when an aerosol containing large fine particles is used. That is, these drawings are schematic diagrams for explaining the movement of the fine particles in a state where a steady flow is formed.
As shown in FIG. 3, in a state where a steady flow is formed by injecting the aerosol C10 containing the small fine particles SP10 from the nozzle 200 to the base material 100, as described above with reference to FIG. A flow A spreading around the collision point with the base material 100 is formed, and a stagnation region B10 is formed inside thereof.
この定常的な状態においては、小さい(あるいは軽い)微粒子は淀み領域B10の外側の流れAに沿って流出しやすいため、基材100には衝突しにくい。一方、矢印Bで表したように淀み領域B10に流入した小さい微粒子SP10は、淀み領域B10が圧力障壁として作用するためにその速度が大幅に減速され、基材100の表面に堆積しにくい。これら微粒子SP10が仮に堆積しても、堆積物の密度は低い。つまり、小さい微粒子は、慣性が小さいために淀み領域B10において大幅に減速されてしまい、緻密な膜状体を形成するために必要な衝突速度に達しない。
図4は、定常的な流れが形成されている状態での、大きい微粒子の動きを説明するための模式図である。
In this steady state, small (or light) fine particles tend to flow out along the flow A outside the stagnation region B10, and thus do not collide with the base material 100. On the other hand, the small fine particles SP10 that have flowed into the stagnation region B10 as represented by the arrow B are greatly reduced in speed because the stagnation region B10 acts as a pressure barrier, and are unlikely to accumulate on the surface of the substrate 100. Even if these fine particles SP10 are deposited, the density of the deposit is low. That is, the small fine particles are greatly decelerated in the stagnation region B10 due to their small inertia, and do not reach the collision speed necessary for forming a dense film-like body.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the movement of large fine particles in a state where a steady flow is formed.
同図(a)に表したように、ノズル200から基材100へ大きい微粒子LP10を含むエアロゾルC10を噴射して定常的な流れが形成された状態では、図2(c)に関して前述したように、基材100との衝突点の近傍に淀み領域B10が形成する。
この定常的な状態において、大きい(あるいは重い)微粒子LP10は、慣性が大きいために淀み領域B10に浸入し、圧力障壁としての影響を受けて速度が若干低下するが、そのまま直進して基材100の表面に衝突する確率が高い。しかし、このような大きな微粒子LP10は、ブラスト効果によるエッチング作用が大きく、結果として、堆積物として成長しにくい。
As shown in FIG. 2A, in a state where a steady flow is formed by injecting the aerosol C10 containing the large fine particles LP10 from the nozzle 200 to the base material 100, as described above with reference to FIG. The stagnation region B10 is formed in the vicinity of the collision point with the substrate 100.
In this steady state, the large (or heavy) fine particles LP10 enter the stagnation region B10 due to the large inertia, and the speed is slightly reduced due to the influence of the pressure barrier, but the substrate 100 moves straight as it is. There is a high probability of collision with the surface. However, such a large fine particle LP10 has a large etching effect due to the blast effect, and as a result, it is difficult to grow as a deposit.
図5は、大気圧に近い圧力下においてエアロゾルの噴射時間STに対する堆積速度の推移を例示したグラフ図である。
大気圧に近い圧力下において、基材の表面に対してエアロゾルの噴射を開始すると、エアロゾルの噴射時間STの増加に伴い、堆積速度DRが漸次的に低下する遷移領域T1が生じる。これは、図2乃至図4に関して前述したように、ガスの流れが定常状態に遷移するにつれて、ガスの淀み領域が形成され、堆積に寄与する微粒子が基材に対する衝突速度が低下しまたは衝突しにくくなるからである。
FIG. 5 is a graph illustrating the transition of the deposition rate with respect to the aerosol injection time ST under a pressure close to atmospheric pressure.
When the aerosol injection is started on the surface of the substrate under a pressure close to the atmospheric pressure, a transition region T1 in which the deposition rate DR gradually decreases as the aerosol injection time ST increases. This is because, as described above with reference to FIGS. 2 to 4, as the gas flow transitions to a steady state, a gas stagnation region is formed, and the particles contributing to the deposition decrease or collide with the substrate. This is because it becomes difficult.
淀み領域B10(図2)と、その周囲に向けて流出する流れAが定常的に形成されると、定常領域T2となる。定常領域T2においては、堆積速度DRは定常的なレベルに低下して安定する。後に実施例を参照しつつ詳述するように、定常領域T2における堆積速度DRは、非常に小さく、ゼロに近い場合もある。つまり、大気圧に近い圧力下においては、連続的にエアロゾルを噴射しても、厚い膜状態を形成することは困難となる。 When the stagnation region B10 (FIG. 2) and the flow A flowing out toward the periphery of the stagnation region B10 are constantly formed, a steady region T2 is obtained. In the steady region T2, the deposition rate DR decreases to a steady level and stabilizes. As will be described in detail later with reference to examples, the deposition rate DR in the steady region T2 is very small and may be close to zero. That is, under a pressure close to atmospheric pressure, it is difficult to form a thick film state even if aerosol is continuously ejected.
これに対して、本実施形態によれば、エアロゾルを間欠的に噴射することにより、高い堆積速度が得られる遷移領域T1を繰り返すことができる。その結果として、大気圧あるいはそれに近い高い圧力下においても、高い堆積速度で脆性材料の厚い膜状体を形成できる。
図6及び図7は、本実施形態においてノズルから基材表面へエアロゾルを間欠的に噴射したときの堆積の挙動を連続的に表した模式図である。
On the other hand, according to the present embodiment, the transition region T1 in which a high deposition rate can be obtained can be repeated by intermittently injecting aerosol. As a result, a thick film of brittle material can be formed at a high deposition rate even under atmospheric pressure or a high pressure close thereto.
6 and 7 are schematic diagrams continuously showing the behavior of deposition when aerosol is intermittently ejected from the nozzle to the substrate surface in the present embodiment.
まず、図6(a)に表したように、ノズル200から基材100へエアロゾルP10の噴射を開始する。エアロゾルP10が基材100の表面に衝突すると、図6(b)に表したように、堆積物D10の形成が開始され、これと同時に、衝突点近傍にガス淀み領域も形成され始める。そして、エアロゾルP10は基材表面100に沿って拡がる方向Aに流出する。 First, as shown in FIG. 6A, the injection of the aerosol P10 from the nozzle 200 to the base material 100 is started. When the aerosol P10 collides with the surface of the substrate 100, as shown in FIG. 6B, the formation of the deposit D10 is started, and at the same time, a gas stagnation region starts to be formed in the vicinity of the collision point. The aerosol P10 flows out in the direction A spreading along the substrate surface 100.
エアロゾルP10の噴射流の遷移状態においては、図6(c)に表したように堆積物D10が成長するとともに、淀み領域B10も拡大する。図6(d)に表したように、エアロゾルP10の噴射流が定常状態になると、淀み領域B10の存在によって堆積物D10の成長は停止し、または堆積速度が大幅に低下する。 In the transition state of the spray flow of the aerosol P10, as shown in FIG. 6C, the deposit D10 grows and the stagnation region B10 also expands. As shown in FIG. 6D, when the spray flow of the aerosol P10 reaches a steady state, the growth of the deposit D10 is stopped due to the presence of the stagnation region B10, or the deposition rate is significantly reduced.
次に、ガスの淀み領域B10を除去するために、同図(e)に表したように、エアロゾルの噴射を一旦停止する。そして、堆積物が連続して形成するように、基材100とノズル200とを相対的に水平方向A10へ移動させる。なお、基材100をエアロゾルの噴射に合わせて間欠的に移動させる代わりに、連続的に移動させてもよい。 Next, in order to remove the gas stagnation region B10, the aerosol injection is temporarily stopped as shown in FIG. And the base material 100 and the nozzle 200 are relatively moved to the horizontal direction A10 so that a deposit may form continuously. In addition, you may move the base material 100 continuously instead of moving intermittently according to the injection of aerosol.
そして、図7(a)に表したように、図6(e)のステップで堆積した堆積物D10に隣接あるいは重複するように、パルス状のエアロゾルP20の噴射を開始する。 Then, as shown in FIG. 7A, the injection of the pulsed aerosol P20 is started so as to be adjacent to or overlap the deposit D10 deposited in the step of FIG. 6E.
すると、図7(b)に表したように、堆積物D20の形成が堆積物D10に密接して開始されると同時に、衝突点近傍にガス淀み領域B20も形成され始め、エアロゾルP20は基材表面100および堆積物D10の表面に沿って拡がる方向Aに流出し始める。そして、エアロゾルP20の噴射流の遷移状態では、図7(c)に表したように堆積物D20は堆積物D10に密接して成長し続け、また、衝突点近傍のガス淀み領域B20も拡大する。 Then, as shown in FIG. 7B, the formation of the deposit D20 is started in close contact with the deposit D10, and at the same time, a gas stagnation region B20 starts to be formed in the vicinity of the collision point, and the aerosol P20 is formed on the base material. It begins to flow in the direction A extending along the surface 100 and the surface of the deposit D10. In the transition state of the spray flow of the aerosol P20, as shown in FIG. 7C, the deposit D20 continues to grow in close contact with the deposit D10, and the gas stagnation region B20 near the collision point also expands. .
その後、図7(d)に表したように、エアロゾルP20の噴射流が定常状態になると、堆積物D20の成長と、淀み領域B20の拡大と、は、ほぼ停止する。そこで、図7(e)に表したようにエアロゾルの噴射を一旦停止し、ガスの淀み領域B20を除去する。その後、堆積物D20と連続形成するように、基材100とノズル200とを相対的に水平方向A10に移動する。
以上説明したように、図6及び図7に表した一連のステップを繰り返すことにより、大気圧のような高い圧力下においても、高い堆積速度でAD法による脆性材料構造物の製造が可能になる。
Thereafter, as shown in FIG. 7D, when the spray flow of the aerosol P20 reaches a steady state, the growth of the deposit D20 and the expansion of the stagnation region B20 almost stop. Therefore, as shown in FIG. 7E, the aerosol injection is temporarily stopped, and the gas stagnation region B20 is removed. Thereafter, the base material 100 and the nozzle 200 are relatively moved in the horizontal direction A10 so as to be continuously formed with the deposit D20.
As described above, by repeating the series of steps shown in FIGS. 6 and 7, a brittle material structure can be manufactured by the AD method at a high deposition rate even under a high pressure such as atmospheric pressure. .
本実施形態においては、小さな微粒子SP10(図3)が基材100の表面に高速で衝突することにより堆積物SP10が形成される。微粒子が高速で衝突する際に形成される「ずれ面」や「破面」には、もともとの微粒子の内部に存在し、別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった「新生面」が形成される。表面エネルギーが高く活性なこの新生面が、基材100の表面や他の微粒子と結合することにより、基材100に対する付着強度が極めて高くかつ緻密な脆性材料構造物が形成する。 In the present embodiment, the deposit SP10 is formed by the small fine particles SP10 (FIG. 3) colliding with the surface of the substrate 100 at a high speed. The “developed surface” or “fracture surface” formed when the fine particles collide at high speed is the “new surface” in which the atoms that existed inside the original fine particles and were bonded to other atoms were exposed. Is formed. This new surface having a high surface energy and active bonds with the surface of the substrate 100 and other fine particles, thereby forming a dense brittle material structure having extremely high adhesion strength to the substrate 100.
また、本実施形態において、エアロゾルの粒子が基材の上で破砕・変形を起していることは、原料として用いる原料粒子と、形成された脆性材料構造物の結晶子サイズと、をX線回折法などで測定することにより確認できる。すなわち、多くの場合、AD法で形成された脆性材料構造物の結晶子サイズは、原料として用いる小さな微粒子SP10の結晶子サイズよりも小さい。 In the present embodiment, the fact that the aerosol particles are crushed and deformed on the base material means that the raw material particles used as the raw material and the crystallite size of the formed brittle material structure are X-rays. This can be confirmed by measuring with a diffraction method or the like. That is, in many cases, the crystallite size of the brittle material structure formed by the AD method is smaller than the crystallite size of the small fine particles SP10 used as a raw material.
さらにまた、その結晶は実質的に結晶配向性のない場合が多く、結晶同士の界面には、ガラス層からなる粒界層が実質的に存在しない。AD法により形成される脆性材料構造物は、粒子同士が圧力によりパッキングされ物理的な付着で形態を保っている状態のいわゆる「圧粉体」とは明らかに異なり、十分な強度を保有している。 Furthermore, the crystals often have substantially no crystal orientation, and there is substantially no grain boundary layer composed of a glass layer at the interface between the crystals. The brittle material structure formed by the AD method is clearly different from the so-called “compact” in which the particles are packed by pressure and kept in physical form, and possesses sufficient strength. Yes.
本発明の実施形態にかかる脆性材料構造物の製造方法の具体的な条件について例示すると以下の如くである。
まず、エアロゾルを噴射する際のノズル出口における噴射速度は、20m/秒以上であることが望ましい。噴射速度が20m/秒以下であると、基材に衝突した時の粉末粒子の破砕・変形が不十分であるため、基材100と堆積物D10との密着強度が弱く、剥離しやすくなる。
Examples of specific conditions of the method for manufacturing a brittle material structure according to the embodiment of the present invention are as follows.
First, it is desirable that the injection speed at the nozzle outlet when injecting the aerosol is 20 m / second or more. When the spray speed is 20 m / sec or less, the powder particles are not sufficiently crushed and deformed when they collide with the base material, so that the adhesion strength between the base material 100 and the deposit D10 is weak and easy to peel.
またその際、エアロゾルを間欠噴射する間隔を0.1秒以上とすることで、図6及び図7に関して前述したメカニズム通りにより、緻密な脆性材料構造物を高い堆積速度で製造することができる。間欠噴射の間隔が0.1秒以下であると、淀み領域B10、B20を十分に消失させることができず、堆積物の成長速度が低下したり、膜状体の緻密度が低下するおそれがある。また、間欠噴射の間隔がおよそ10秒以上であると、生産効率が低下する。 At that time, by setting the interval of intermittent aerosol injection to 0.1 seconds or more, a dense brittle material structure can be manufactured at a high deposition rate according to the mechanism described above with reference to FIGS. If the interval between the intermittent injections is 0.1 seconds or less, the stagnation regions B10 and B20 cannot be sufficiently disappeared, and the growth rate of the deposit may be reduced, or the density of the film-like body may be reduced. is there. Further, when the interval between intermittent injections is about 10 seconds or more, the production efficiency is lowered.
次に、本実施形態の脆性材料構造物の製造方法に用いて好適な製造装置について説明する。
図8は、本発明の実施形態にかかる脆性材料構造物の製造装置の基本構成を例示する模式図である。
本具体例の製造装置は、高圧ガス源1と、圧力調整弁2と、電磁弁3と、タイマー4と、固気混合器5と、ノズル6と、基材100を載置するXY移動台7と、タイマー4及びXY移動台7を制御する制御部8と、を有する。高圧ガス源としては、コンプレッサーや、ガスが高圧に充填されたガスボンベなどを用いることができる。高圧ガス源1から高圧のガスを供給し、圧力調整弁2で圧力調整を行う。制御部8に制御されるタイマー4から間欠的にガスを供給する電気信号を電磁弁3に送り、それを受けて電磁弁3でガス流路の開閉を行い、固気混合器5にガスを間欠的に供給する。
Next, a manufacturing apparatus suitable for use in the manufacturing method of the brittle material structure of the present embodiment will be described.
FIG. 8 is a schematic view illustrating the basic configuration of a brittle material structure manufacturing apparatus according to an embodiment of the invention.
The manufacturing apparatus of this specific example includes a high-pressure gas source 1, a pressure regulating valve 2, a solenoid valve 3, a timer 4, a solid-gas mixer 5, a nozzle 6, and an XY moving table on which a substrate 100 is placed. 7, and a control unit 8 that controls the timer 4 and the XY moving table 7. As the high-pressure gas source, a compressor, a gas cylinder filled with gas at a high pressure, or the like can be used. A high-pressure gas is supplied from the high-pressure gas source 1 and the pressure is adjusted by the pressure adjustment valve 2. An electric signal for intermittently supplying gas from the timer 4 controlled by the control unit 8 is sent to the electromagnetic valve 3, and the gas flow is opened and closed by the electromagnetic valve 3, and gas is supplied to the solid-gas mixer 5. Supply intermittently.
固気混合器5には、脆性材料を含む粉末が収容され、電磁弁3を介してガスが導入されると、微粒子が分散されたエアロゾルが形成される。形成されたエアロゾルは、ノズル6から、XY移動台7に載置した基材100へ噴射される。XY移動台7は、制御部8からの制御により、間欠的または連続的に移動する。エアロゾルを間欠的に噴射させつつ、XY移動台7を間欠的または連続的に移動させることにより、基材100の表面に脆性材料を含む膜状体を形成できる。 The solid-gas mixer 5 contains powder containing a brittle material. When gas is introduced through the electromagnetic valve 3, an aerosol in which fine particles are dispersed is formed. The formed aerosol is jetted from the nozzle 6 to the base material 100 placed on the XY moving table 7. The XY moving table 7 moves intermittently or continuously under the control of the control unit 8. A film-like body containing a brittle material can be formed on the surface of the substrate 100 by intermittently or continuously moving the XY moving table 7 while spraying aerosol.
なお、高圧ガス1から供給するガスとしては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムなど、各種のガスを用いることができる。また、ノズル6の先端の噴出口は、例えば、0.4×10ミリメータ程度のスリット状とすることができる。また、図8に表したように、電磁弁3とノズル6の噴出口との間に一定の空間体積が存在する場合は、圧縮性のガスを使用する都合上、間欠噴射の波形がなまり、電磁弁3を閉じている状態でも少量のガスが噴射される、いわゆる「脈動的噴射」となる場合もある。このような場合であっても、図6などに関して前述したメカニズムが実質的に働く状態であれば、これは本発明の間欠噴射に含まれるものとする。 As the gas supplied from the high-pressure gas 1, various gases such as air, nitrogen, argon, and helium can be used. Moreover, the nozzle outlet at the tip of the nozzle 6 can be formed in a slit shape of about 0.4 × 10 millimeters, for example. In addition, as shown in FIG. 8, when there is a certain space volume between the solenoid valve 3 and the jet outlet of the nozzle 6, the waveform of intermittent injection becomes sluggish for convenience of using compressible gas, Even when the electromagnetic valve 3 is closed, a small amount of gas may be injected, so-called “pulsating injection”. Even in such a case, as long as the mechanism described above with reference to FIG. 6 and the like is substantially working, this is included in the intermittent injection of the present invention.
図9乃至図14は、本実施形態において用いることができる間欠噴射の機構を例示する模式図である。 9 to 14 are schematic views illustrating an intermittent injection mechanism that can be used in this embodiment.
図9は、間欠噴射機構の第1の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、ノズル6の前方に、切り欠きを有した円状のシャッター12が設けられている。ノズル6は、矢印Aの方向にエアロゾルが導入され、スリット状の噴出口6Aから矢印Bの方向にエアロゾルを噴出する。また、シャッター12は、モータ13により矢印A(またはその反対方向)に回転され、ノズル6から矢印Bの方向に噴射されるエアロゾルを間欠的に遮蔽する。このようにして、エアロゾルを間欠的に噴射することが可能となる。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a first specific example of the intermittent injection mechanism.
In this specific example, a circular shutter 12 having a notch is provided in front of the nozzle 6. The nozzle 6 is supplied with aerosol in the direction of arrow A, and ejects the aerosol in the direction of arrow B from the slit-shaped jet outlet 6A. The shutter 12 is rotated in the direction of arrow A (or the opposite direction) by the motor 13 and intermittently shields the aerosol ejected from the nozzle 6 in the direction of arrow B. In this way, it becomes possible to inject aerosols intermittently.
図10は、間欠噴射機構の第2の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、ノズル6の前方に、略長方形のシャッター15が設けれている。シャッター15は、モータ13によって矢印Cの方向に往復移動し、ノズル6の噴出口6Aを間欠的に遮蔽する。このようにして、エアロゾルを間欠的に噴射することが可能となる。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second specific example of the intermittent injection mechanism.
In this specific example, a substantially rectangular shutter 15 is provided in front of the nozzle 6. The shutter 15 is reciprocated in the direction of arrow C by the motor 13 to intermittently shield the jet outlet 6 </ b> A of the nozzle 6. In this way, it becomes possible to inject aerosols intermittently.
図11は、間欠的噴射機構の第3の具体例を表す模式図である。
ノズル6は、矢印Aの方向にエアロゾルが導入され、矢印Bの方向にエアロゾルを噴出する。そして、ノズル6にエアロゾルを送るためのフレックス管17が接続されている。フレックス管17は、ゴムや樹脂などの柔軟な材料により形成され、変形可能とされている。フレックス管17をモータ13で回転可能にした複数の偏心カム18で挟むことで、ノズル6にエアロゾルを間欠的に供給することが可能となる。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a third specific example of the intermittent injection mechanism.
In the nozzle 6, aerosol is introduced in the direction of arrow A, and the aerosol is ejected in the direction of arrow B. A flex tube 17 for sending aerosol to the nozzle 6 is connected. The flex tube 17 is made of a flexible material such as rubber or resin and can be deformed. By sandwiching the flex tube 17 with a plurality of eccentric cams 18 that can be rotated by the motor 13, it is possible to intermittently supply aerosol to the nozzle 6.
図12は、間欠噴射機構の第4の具体例を表す模式断面図である。
本具体例においては、ノズル6の噴射経路に直線的に往復する電磁ソレノイド20が設けられている。ソレノイド20の駆動軸21の先端にはスライド弁座22が取り付けられ、矢印Cの方向に移動可能とされている。図12は、スライド弁座22がノズル6のエアロゾル導入口6Bを塞いだ状態を表している。スライド弁座22が同図において上方向に移動すると、エアロゾル導入口6Bが開かれ、噴出口6Aからエアロゾルが噴射される。ソレノイド20によりスライド弁座22を往復摺動することにより、エアロゾルを間欠的に噴射することが可能となる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a fourth specific example of the intermittent injection mechanism.
In this specific example, an electromagnetic solenoid 20 that reciprocates linearly in the injection path of the nozzle 6 is provided. A slide valve seat 22 is attached to the tip of the drive shaft 21 of the solenoid 20 and is movable in the direction of arrow C. FIG. 12 shows a state in which the slide valve seat 22 blocks the aerosol inlet 6 </ b> B of the nozzle 6. When the slide valve seat 22 moves upward in the figure, the aerosol inlet 6B is opened and the aerosol is jetted from the jet outlet 6A. By reciprocatingly sliding the slide valve seat 22 by the solenoid 20, it becomes possible to inject aerosol intermittently.
図13は、間欠噴射機構の第5の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、ノズル6の少なくとも一部がゴムや樹脂などのフレキシブルな材料により形成され、同図に例示した如く変形させることにより、噴出口6Aの位置あるいは向きを変えることができる。ノズル6には直線状に往復運動するスイッチング装置22が接続され、ノズル6の先端はスイッチング装置22の動作も連動して直線状に往復運動する。例えば、ノズル6からは連続的にエアロゾルを噴出させながら、図13において、基材100上の、第1の位置100Aと、第2の位置100Bと、でそれぞれ所定の時間、ノズル6を停止することにより、これら2箇所においてパルス的にエアロゾルを噴射させることができる。この時、ノズル6の往復直線運動に連動させて、基材100を間欠的または連続的に移動させることにより、基材100の表面に広範囲に厚い膜状体を堆積できる。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a fifth specific example of the intermittent injection mechanism.
In this specific example, at least a part of the nozzle 6 is formed of a flexible material such as rubber or resin, and the position or orientation of the jet outlet 6A can be changed by deforming it as illustrated in FIG. A switching device 22 that reciprocates linearly is connected to the nozzle 6, and the tip of the nozzle 6 reciprocates linearly in conjunction with the operation of the switching device 22. For example, while continuously ejecting aerosol from the nozzle 6, the nozzle 6 is stopped at a first position 100 </ b> A and a second position 100 </ b> B on the base material 100 for a predetermined time in FIG. 13. Thus, aerosol can be ejected in pulses at these two locations. At this time, by moving the substrate 100 intermittently or continuously in conjunction with the reciprocating linear motion of the nozzle 6, a thick film-like body can be deposited on the surface of the substrate 100 over a wide range.
図14は、間欠噴射機構の第6の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、第4具体例に関して前述したものと同様に、ノズル6に、電磁ソレノイド20の駆動軸21により往復摺動するスライド弁座22が設けられている。そして、ノズル6にバイパス流出口6Cが設けられている。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a sixth specific example of the intermittent injection mechanism.
In this specific example, a slide valve seat 22 that reciprocally slides on the drive shaft 21 of the electromagnetic solenoid 20 is provided on the nozzle 6 in the same manner as described above with respect to the fourth specific example. The nozzle 6 is provided with a bypass outlet 6C.
図14(a)は、エアロゾル導入口6Bがバイパス流出口6Cに連通された状態を表す。すなわち、スライド弁座22は、ノズルの噴出口6Aを塞いだ状態にある。この時、エアロゾル導入口6Bに導入されたエアロゾルは、噴出口6Aからは噴射されず、バイパス流出口6Cを介して放出される。そして、図14(a)に表した状態から矢印C1で表した方向にスライド弁座22が摺動すると、図14(b)に表したように、バイパス流出口6Cが塞がれ、エアロゾル導入口6Bは、噴出口6Aと連通する。すなわち、ノズルの噴出口6Aから基材に向けてエアロゾルが噴射される。この後、スライド弁座22が矢印C2の方向に摺動すると、再び図14(a)に表したように、エアロゾル導入口6Bがバイパス流出口6Cに連通する。 FIG. 14A shows a state in which the aerosol inlet 6B communicates with the bypass outlet 6C. That is, the slide valve seat 22 is in a state of closing the nozzle outlet 6A. At this time, the aerosol introduced into the aerosol inlet 6B is not ejected from the jet outlet 6A but is discharged through the bypass outlet 6C. Then, when the slide valve seat 22 slides in the direction shown by the arrow C1 from the state shown in FIG. 14A, the bypass outlet 6C is closed as shown in FIG. 14B, and the aerosol is introduced. The mouth 6B communicates with the jet outlet 6A. That is, aerosol is jetted toward the base material from the nozzle outlet 6A. Thereafter, when the slide valve seat 22 slides in the direction of the arrow C2, as shown in FIG. 14A again, the aerosol introduction port 6B communicates with the bypass outlet 6C.
すなわち、本具体例においては、スライド弁座22が矢印C1、C2の方向に往復運動することにより、噴出口6Aからエアロゾルを間欠的に噴射させることができる。また、噴出口6Aからエアロゾルが噴射されていない状態においては、バイパス流出口6Cから放出されている。つまり、図示しないエアロゾル供給機構からノズル6に対して、常に一定量のエアロゾルを連続的に供給することができる。その結果として、エアロゾルをパルス的に噴射させた場合の立ち上がりが良好となる。 That is, in this specific example, aerosol can be intermittently injected from the jet outlet 6A by the reciprocating motion of the slide valve seat 22 in the directions of the arrows C1 and C2. Moreover, in the state where the aerosol is not injected from the jet outlet 6A, it is discharged from the bypass outlet 6C. That is, a constant amount of aerosol can be continuously supplied to the nozzle 6 from an aerosol supply mechanism (not shown). As a result, the rise when the aerosol is jetted in a pulse manner is good.
図15は、間欠噴射機構の第7の具体例を表す模式図である。すなわち、同図(a)は、ノズルをその噴出口の方向から眺めた平面図であり、同図(b)及び(c)は、それぞれ動作状態での縦断面図である。
本具体例においては、ノズル6内の噴射ガス流路を変えることができる流路切替弁24が設けられている。流路切替弁24は、ノズル外部のスイッチング装置25に接続されている。スイッチング装置25を駆動させることにより、流路切替弁24を図15(a)の矢印Aの方向に適宜移動し、連続噴射を継続しながらでも、擬似的に間欠的な継続噴射が得られる。すなわち、図15(a)及び(b)に表したように、異なる2箇所から異なる2方向に交互にエアロゾルを噴射することができる。その結果として、第5具体例に関して前述したものと同様に、基材の表面の異なる2箇所に交互に間欠噴射できる。そして、流路切替弁24の動作に連動して基材100を間欠的あるいは連続的に移動させることにより、大気圧あるいはこれに近い圧力のもとでも、広い範囲にわたり脆性材料の厚い膜状物が得られる。
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a seventh specific example of the intermittent injection mechanism. That is, FIG. 5A is a plan view of the nozzle as viewed from the direction of the jet port, and FIGS. 5B and 5C are longitudinal sectional views in the operating state.
In this specific example, a flow path switching valve 24 that can change the injection gas flow path in the nozzle 6 is provided. The flow path switching valve 24 is connected to a switching device 25 outside the nozzle. By driving the switching device 25, the flow path switching valve 24 is appropriately moved in the direction of arrow A in FIG. 15A, and pseudo continuous intermittent injection is obtained even if continuous injection is continued. That is, as shown in FIGS. 15A and 15B, aerosols can be alternately injected from two different locations in two different directions. As a result, intermittent injection can be alternately performed at two different locations on the surface of the base material, as described above with reference to the fifth specific example. Then, by moving the substrate 100 intermittently or continuously in conjunction with the operation of the flow path switching valve 24, a thick film of brittle material over a wide range even under atmospheric pressure or a pressure close thereto. Is obtained.
以上、本発明において設けることができる間欠噴射機構の具体例について説明した。
次に、本発明者が実施した実施例及び比較例を参照しつつ、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
The specific examples of the intermittent injection mechanism that can be provided in the present invention have been described above.
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples implemented by the present inventors.
(第1の実施例)
まず、本発明の第1の実施例として、粒径の小さな微粒子と、粒径の大きな微粒子と、を混合したエアロゾルを間欠的に噴射して堆積物を形成した。
すなわち、大きな微粒子としての酸化アルミニウムAl2O3と、小さな微粒子としての酸化イットリウム(イットリア)Y2O3と、を所定の重量比となるように計量し、これらの粉末を混合攪拌することで、均一な混合粉体を調製した(調製工程)。
次に、図8に関して前述した脆性材料構造体の製造装置の固気混合器に充填し、圧縮空気を固気混合器5に供給し、固気混合器5内でエアロゾルを発生させ、大気圧下において、ノズル6から基材100の表面の5カ所に間欠的にそれぞれ噴射し(噴射工程)、脆性材料からなる膜状体を製造した。
そして、このようにして得られた脆性材料の膜状体の品質に関して、外観と、堆積物の表面プロファイルと、構成成分の同定により評価した(評価工程)。
(First embodiment)
First, as a first example of the present invention, an aerosol obtained by mixing fine particles having a small particle diameter and fine particles having a large particle diameter was intermittently ejected to form a deposit.
Specifically, aluminum oxide Al 2 O 3 as large fine particles and yttrium oxide (yttria) Y 2 O 3 as small fine particles are weighed so as to have a predetermined weight ratio, and these powders are mixed and stirred. A uniform mixed powder was prepared (preparation step).
Next, the solid-gas mixer of the brittle material structure manufacturing apparatus described above with reference to FIG. 8 is filled, compressed air is supplied to the solid-gas mixer 5, aerosol is generated in the solid-gas mixer 5, and atmospheric pressure Below, it sprayed intermittently to five places on the surface of the base material 100 from the nozzle 6 (injection process), and the film-form body which consists of a brittle material was manufactured.
The quality of the brittle material film thus obtained was evaluated by identifying the appearance, the surface profile of the deposit, and the constituent components (evaluation step).
本実施例の詳細な条件について以下に説明する。 Detailed conditions of the present embodiment will be described below.
調製工程:酸化アルミニウムAl2O3の粉体としては、純度99.8%、平均粒径5.8μmのものを用いた。また、酸化イットリウムY2O3の粉体としては、純度99.5%、平均粒径0.39μmのものを用いた。また、酸化アルミニウムと酸化イットリウムの重量比は、Al2O3/Y2O3=5〜50となるように調整した後、これら原料粉末を混合・撹拌した。 Preparation step: As the aluminum oxide Al 2 O 3 powder, one having a purity of 99.8% and an average particle size of 5.8 μm was used. As the yttrium oxide Y 2 O 3 powder, one having a purity of 99.5% and an average particle size of 0.39 μm was used. The weight ratio of aluminum oxide and yttrium oxide, after adjusted to Al 2 O 3 / Y 2 O 3 = 5~50, was mixed and stirred these raw material powders.
噴射工程:ノズル6は、噴射口の開口サイズが0.4ミリメータ×10ミリメータの矩形状のものを用いた。また、高圧ガス源1から供給する圧縮空気の圧力は0.6MPaとし、基材100の材質はステンレス(SUS304)とした。間欠噴射の条件は、0.5秒間の噴射と0.5秒間の停止とを1セットとして、1ショットあたり3セットを実施した。つまり、1ショットあたりの累積噴射時間は、1.5秒である。1ショットの間欠噴射の間は、基材100はノズル6に対して相対的に静止した状態を維持させた。そして、ショット毎に基材100の表面において、2ミリメータずつずらしながら、合計で5ショットの噴射を実施した。ここで、基材100の移動速度は毎分25ミリメータとした。つまり、2ミリメータを4.8秒でずらした。 Injection process: As the nozzle 6, a rectangular nozzle having an opening size of 0.4 mm × 10 mm was used. The pressure of the compressed air supplied from the high pressure gas source 1 was 0.6 MPa, and the material of the base material 100 was stainless steel (SUS304). The conditions for intermittent injection were three sets per shot, with one set of 0.5 second injection and 0.5 second stop. That is, the cumulative injection time per shot is 1.5 seconds. The substrate 100 was kept stationary relative to the nozzle 6 during one shot of intermittent injection. Then, a total of 5 shots were ejected on the surface of the substrate 100 for each shot while shifting by 2 millimeters. Here, the moving speed of the base material 100 was 25 millimeters per minute. In other words, 2 millimeters were shifted in 4.8 seconds.
評価工程:堆積物の外観は、肉眼およびカメラの接写撮影により観察した。また、堆積物の表面プロファイルと厚みは、東京精密株式会社製の触針式あらさ測定器サーフコム130Aを用いて測定し、脆性材料の膜状体の構成成分の同定は、X線回折法により実施した。 Evaluation process: The appearance of the deposit was observed by macroscopic and close-up photography with a camera. In addition, the surface profile and thickness of the deposit are measured using a stylus roughness tester Surfcom 130A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., and the components of the brittle material film are identified by the X-ray diffraction method. did.
図16(a)は、本実施例により形成された脆性材料の堆積物の外観写真である。
基材100の表面に、2ミリメータ間隔で、5ヶ所の堆積物が確認できる。これらの堆積物は、ノズル6の噴出口の形状に対応した形状で形成されている。なおここで、噴射はAからA’方向へ順次実施した。
FIG. 16A is an external view photograph of a deposit of brittle material formed in this example.
Five deposits can be confirmed on the surface of the substrate 100 at intervals of 2 millimeters. These deposits are formed in a shape corresponding to the shape of the ejection port of the nozzle 6. Here, the injection was performed sequentially from A to A ′.
また、図16(b)は、図16(a)に表したA−A’線上に沿って測定した堆積物の表面プロファイルを例示するグラフ図である。
いずれの堆積物も2等辺三角形的な断面形状を有し、その厚みは10〜20μm程度であることが確認できた。また、X線回折の結果によれば、これら堆積物は酸化イットリウムからなり、酸化アルミニウムは殆ど含有されていないことが判明した。つまり、これは、平均粒径が5.8μmと大きい酸化アルミニウムは、ブラスト効果によるエッチング作用が大きく、結果として基材100の表面に堆積しにくいからであると考えられる。
FIG. 16B is a graph illustrating the surface profile of the deposit measured along the line AA ′ shown in FIG.
It was confirmed that each deposit had an isosceles triangular cross-sectional shape and a thickness of about 10 to 20 μm. The results of X-ray diffraction revealed that these deposits consisted of yttrium oxide and contained almost no aluminum oxide. That is, it is considered that this is because aluminum oxide having a large average particle diameter of 5.8 μm has a large etching action due to the blast effect, and as a result, it is difficult to deposit on the surface of the substrate 100.
以上説明したように、本実施例によれば、大気圧において、累積時間1.5秒という極めて短い噴射時間で、厚みが10〜20μmの脆性材料からなる堆積物を形成できた。 As described above, according to the present example, a deposit made of a brittle material having a thickness of 10 to 20 μm could be formed in an extremely short spray time of 1.5 seconds at an atmospheric pressure.
(参考例)
次に、本発明の参考例として、前述した第1実施例と同様の調製粉末および製造装置を用い、大気圧のもとで基材100を0.5mmずつずらして間欠的にショットを実施した。
( Reference example)
Next, as a reference example of the present invention, the same preparation powder and manufacturing apparatus as those in the first example described above were used, and the substrate 100 was shifted by 0.5 mm under atmospheric pressure, and shots were intermittently performed. .
図17(a)は、本参考例において形成された堆積物の外観写真である。基材100の表面に連続した膜状の堆積物が形成している様子が確認できる。ここで、エアロゾルの噴射は、AからA’方向へ実施した。 FIG. 17A is an appearance photograph of the deposit formed in this reference example. It can be seen that a continuous film-like deposit is formed on the surface of the substrate 100. Here, aerosol injection was performed from A to A ′.
また、図17(b)は、図17(a)に表したA−A’線上の堆積物の表面プロファイルを表すグラフ図である。本参考例において形成された堆積物は、多少に凹凸を有するものの、基材100の表面に膜状に連続的に形成され、その平均厚みが10μm程度であることが確認できた。このように、ショット毎の間隔を適宜設定することにより、ショット毎の堆積物が隣接しあるいは重複して形成され、結果として、大気圧下においても、連続的な膜状の厚い堆積物を形成できることを確認できた。 Moreover, FIG.17 (b) is a graph showing the surface profile of the deposit on the AA 'line represented to Fig.17 (a). Although the deposit formed in this reference example has some unevenness, it was confirmed that the deposit was continuously formed in a film shape on the surface of the substrate 100 and the average thickness was about 10 μm. In this way, by setting the interval for each shot as appropriate, the deposits for each shot are formed adjacent to each other or overlapped, resulting in the formation of a continuous film-like thick deposit even under atmospheric pressure. I was able to confirm that I could do it.
また、本参考例においても、X線回折の結果、形成された堆積物は酸化イットリウムを主成分としていることが確認できた。 Also in this reference example, as a result of X-ray diffraction, it was confirmed that the formed deposit was mainly composed of yttrium oxide.
(第1の比較例)
次に、本発明の第1の比較例として、前述した第1及び参考例と同一の調製粉末及び製造装置を用い、大気圧のもとでエアロゾルを連続的に噴射しながら基材100を移動させて堆積を試みた。すなわち、本比較例においては、基材の表面にエアロゾルを5回、あるいは10回スキャンしながら、連続噴射を実施した(噴射工程)。そして、形成された脆性材料からなる堆積物の厚みを第1及び参考例と同様の方法により評価した。本比較例の詳細な条件は、以下の通りである。
噴射工程:圧縮空気の圧力は0.6MPa、基材の材質はステンレス(SUS304)、エアロゾルのスキャン速度は25mm/分とした。
(First comparative example)
Next, as the first comparative example of the present invention, the same preparation powder and manufacturing apparatus as those of the first and reference examples described above are used, and the substrate 100 is moved while continuously injecting aerosol under atmospheric pressure. I tried to deposit. That is, in this comparative example, continuous injection was carried out while scanning aerosol on the surface of the substrate 5 times or 10 times (injection step). And the thickness of the deposit consisting of the formed brittle material was evaluated by the same method as the first and reference examples. The detailed conditions of this comparative example are as follows.
Injection step: The pressure of compressed air was 0.6 MPa, the material of the base material was stainless steel (SUS304), and the scan speed of aerosol was 25 mm / min.
図18(a)は、本比較例において、エアロゾルを5回スキャンした時の堆積物の表面プロファイルを表すグラフ図である。すなわち、同図は、基材100の表面にエアロゾルを連続的に噴射させながら、同一の部分を5回スキャンさせて得られた堆積物の表面プロファイルである。 FIG. 18A is a graph showing the surface profile of the deposit when the aerosol is scanned five times in this comparative example. That is, this figure is a surface profile of a deposit obtained by scanning the same portion five times while continuously injecting aerosol onto the surface of the substrate 100.
この結果から、堆積物の平均厚みは4.5μm程度であることが分かる。また、エアロゾルを最初に噴射させた左端において、膜厚がおよそ20μmに及ぶピーク状の厚みを有する部分(矢印A)があることが分かる。この部分は、図2に関して前述したように、エアロゾルの噴射を開始してからガスの淀み領域が形成されるまでの間に堆積した部分であり、定常的なガスの流れが形成されるまでの間は極めて高い堆積速度が得られていることが分かる。 From this result, it is understood that the average thickness of the deposit is about 4.5 μm. In addition, it can be seen that there is a portion (arrow A) having a peak thickness with a film thickness of approximately 20 μm at the left end where the aerosol is first injected. As described above with reference to FIG. 2, this portion is a portion accumulated from the start of aerosol injection until the gas stagnation region is formed, and until the steady gas flow is formed. It can be seen that a very high deposition rate is obtained during this period.
一方、図18(b)は、本比較例においてエアロゾルを10回スキャンした時の堆積物の表面プロファイルである。同図(a)に表したものと同様に、エアロゾルの噴射を最初に開始した部分に厚みのピーク(矢印A)が見られるが、それ以外の部分における平均的な厚みは、やはり4.5μm程度である。つまり、エアロゾルを5回スキャンしても10回スキャンしても、平均的な厚みは殆ど変化しないことが分かった。これは、図2乃至図4に関して前述したように、大気圧のもとでは、定常状態においてガスの淀み領域が形成され、堆積に寄与する小さい微粒子(酸化イットリウム)からなる堆積物の緻密度が低くなり、大きな粒子(酸化アルミニウム)のブラスト効果によるエッチング作用と堆積物の成長とが平衡を保つために、堆積物の成長が困難になるからであると考えられる。 On the other hand, FIG. 18B is a surface profile of the deposit when the aerosol is scanned 10 times in this comparative example. Similar to the one shown in FIG. 1A, a peak of thickness (arrow A) is observed at the part where the aerosol injection is first started, but the average thickness at the other part is still 4.5 μm. Degree. That is, it was found that the average thickness hardly changed even when the aerosol was scanned 5 times or 10 times. As described above with reference to FIGS. 2 to 4, a gas stagnation region is formed in a steady state under atmospheric pressure, and the density of the deposit composed of small fine particles (yttrium oxide) contributing to the deposition is low. This is probably because the growth of the deposit becomes difficult because the etching action due to the blast effect of large particles (aluminum oxide) and the growth of the deposit are balanced.
これに対して、図18(a)及び(b)の左端に見えられるピーク状の厚みの部分(矢印A)は、ガスの淀み領域が形成される前に微粒子が基材に対して高速で衝突し、緻密な堆積物が形成されたために、その後のブラスト効果によってもエッチングされにくかったものと考えられる。ただし、図18(a)と比較して図18(b)の厚みのピークは低く、10回スキャンしたことにより、徐々にエッチングが進行したことが推測される。 On the other hand, the peak-shaped thickness portion (arrow A) that can be seen at the left end of FIGS. It is thought that since the collision occurred and a dense deposit was formed, it was difficult to be etched by the subsequent blast effect. However, the thickness peak of FIG. 18B is lower than that of FIG. 18A, and it is estimated that the etching progressed gradually by scanning 10 times.
以上説明したように、本比較例においては、大気圧のもとでエアロゾルを連続的に噴射させながらスキャンさせた結果、堆積物の成長は停止し、スキャンを繰り返しても堆積物の厚みが増加しにくいことが判明した。つまり、エアロゾルを連続的に噴射させた場合、厚い堆積物を形成することが困難であることが確認できた。 As described above, in this comparative example, as a result of scanning while aerosol was continuously injected under atmospheric pressure, the growth of the deposits stopped, and the thickness of the deposits increased even after repeated scanning. It turned out to be difficult. That is, it was confirmed that it was difficult to form a thick deposit when aerosol was continuously sprayed.
(第3の実施例)
次に、本発明の第3の実施例として、小さな微粒子のみを用いたエアロゾルを大気圧のもとで間欠的に噴射させて脆性材料の堆積を実施した。
すなわち、純度99.9パーセント、平均粒径0.2μmのチタン酸バリウムを用いてエアロゾルを形成した。用いた製造装置は、前述した第1実施例と同様であるが、噴射工程の間欠条件は噴射を1.0秒間行い、その後、停止を1.0秒間することを1セットとして、1ショット当たり5セットの噴射を実施した。そして、基材100の表面に2mm間隔で5ショットの噴射を実施した。形成された脆性材料の堆積物の評価は、第1実施例と同様の手法により行った。
(Third embodiment)
Next, as a third example of the present invention, an aerosol using only small fine particles was intermittently jetted under atmospheric pressure to deposit a brittle material.
That is, an aerosol was formed using barium titanate having a purity of 99.9% and an average particle size of 0.2 μm. The manufacturing apparatus used is the same as that of the first embodiment described above, but the intermittent condition of the injection process is that the injection is performed for 1.0 second and then the stop is performed for 1.0 second as one set. Five sets of injections were performed. Then, 5 shots were sprayed on the surface of the substrate 100 at intervals of 2 mm. Evaluation of the formed brittle material deposit was performed by the same method as in the first example.
図19(a)は、間欠噴射により形成された堆積物の外観写真である。基材100の表面の6ヶ所に堆積物が形成されていることが確認できる。なおここで、エアロゾルの噴射は、AからA’の方向に実施した。 FIG. 19A is an external view photograph of a deposit formed by intermittent injection. It can be confirmed that deposits are formed at six locations on the surface of the substrate 100. Here, the aerosol was sprayed from A to A ′.
また、同図(b)は、図19(a)に表したA−A’線に沿って測定した表面プロファイルを表すグラフ図である。いずれの堆積物も2等辺三角形的な断面形状を有し、その厚みは2.0μm程度に達することが確認できた。すなわち、本実施例によれば、小さな微粒子のみを用いて間欠噴射を実施しても、大気圧のもとで脆性材料からなる堆積物を形成できることが確認できた。 FIG. 19B is a graph showing the surface profile measured along the line A-A ′ shown in FIG. All of the deposits have an isosceles triangular cross-sectional shape, and it was confirmed that the thickness reached about 2.0 μm. That is, according to this example, it was confirmed that a deposit made of a brittle material could be formed under atmospheric pressure even when intermittent injection was performed using only small particles.
(第2の比較例)
次に、前述した第3実施例に対する比較例として、小さな微粒子のみを用いたエアロゾルを大気圧のもとで連続的に噴射して脆性材料の堆積を試みた。
(Second comparative example)
Next, as a comparative example to the above-described third example, an attempt was made to deposit brittle material by continuously injecting aerosol using only small fine particles under atmospheric pressure.
すなわち、本比較例においては、第3実施例と同一のチタン酸バリウムの微粒子からなるエアロゾルを用いた。製造装置とその条件は、前述した第1比較例1と同様としたが、スキャン回数のみを5回として、脆性材料からなる堆積物の形成を試みた
図20(a)は、エアロゾルの噴射後の基材100の表面を表す外観写真である。同図に表したように、本比較例においては、エアロゾルを照射した領域に見かけ上、連続したコントラストが観察されるが、これは、基材100の表面が若干着色している程度の変化に過ぎない。
That is, in the present comparative example, the same aerosol composed of fine particles of barium titanate as in the third example was used. Although the manufacturing apparatus and its conditions were the same as those of the first comparative example 1 described above, only the number of scans was five, and an attempt was made to form a deposit made of a brittle material. FIG. It is an external appearance photograph showing the surface of the base material 100 of. As shown in the figure, in this comparative example, an apparent continuous contrast is observed in the area irradiated with the aerosol, but this is a change to the extent that the surface of the substrate 100 is slightly colored. Not too much.
図20(b)は、図19(a)のA−A’線に沿って測定した表面プロファイルを表すグラフ図である。エアロゾルを最初に噴射した左端に、1μm弱の厚みのピークが見られるが、それ以外の部分においては、有意の厚みを有する堆積物は形成されていない。つまり、小さい微粒子を用いたエアロゾルを大気圧のもとで連続的に噴射させても、膜状の連続的な堆積物を形成することは困難であることが分かった。これに対して、本発明によれば、第3実施例に関して前述したように、小さい微粒子のみを用いた場合であっても、エアロゾルを間欠的に噴射させることにより、大気圧のもとで厚みのある堆積物の形成が可能となる。 FIG. 20B is a graph showing the surface profile measured along the line A-A ′ in FIG. A peak having a thickness of less than 1 μm is observed at the left end where the aerosol is first injected, but in other portions, a deposit having a significant thickness is not formed. That is, it has been found that it is difficult to form a continuous film-like deposit even when aerosols using small fine particles are continuously ejected under atmospheric pressure. On the other hand, according to the present invention, as described above with respect to the third embodiment, even when only small particles are used, the aerosol is intermittently ejected to obtain a thickness under atmospheric pressure. It is possible to form a deposit with a certain thickness.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
例えば、基材に対するエアロゾルの噴射角度は、必ずしも垂直である必要はなく、基材の表面に対して斜め方向にエアロゾルを噴射させてもよい。また、堆積物を形成する雰囲気は、大気圧には限定されず、ノズルをチャンバー内などに設置しての減圧下、真空環境下での実施においても、もちろん効果的である。 For example, the spray angle of the aerosol with respect to the base material is not necessarily perpendicular, and the aerosol may be sprayed in an oblique direction with respect to the surface of the base material. Further, the atmosphere for forming the deposit is not limited to atmospheric pressure, and it is of course effective for implementation in a vacuum environment under reduced pressure with a nozzle installed in a chamber or the like.
また、本発明の脆性材料構造物の製造方法及び製造装置において用いる、脆性材料の種類、その粒径、濃度、また混合するガスの種類や圧力、流量、基材として用いる材料の種類やサイズ、形状、ノズルから基材までの距離や、その噴射時間と噴射間隔、間欠噴射機構などの各種のパラメータについては、前述した具体例に限定されるものではなく、これらをいかように変えたとしても、本発明の要旨を有する限りにおいて、本発明の範囲に包含される。 Further, the type of brittle material used in the method and apparatus for manufacturing the brittle material structure of the present invention, its particle size, concentration, type and pressure of gas to be mixed, flow rate, type and size of material used as a substrate, Various parameters such as shape, distance from nozzle to base material, injection time and interval, and intermittent injection mechanism are not limited to the specific examples described above. As long as it has the gist of the present invention, it is included in the scope of the present invention.
1 高圧ガス源
2 圧力調整弁
3 電磁弁
4 タイマー
5 固気混合器
6 ノズル
6A 噴出口
6B エアロゾル導入口
6C バイパス流出口
7 移動台
8 制御部
12 シャッター
13 モータ
15 シャッター
17 フレックス管
18 偏心カム
20 電磁ソレノイド
21 駆動軸
22 スイッチング装置
22 スライド弁座
24 流路切替弁
25 スイッチング装置
100 基材
200 ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High pressure gas source 2 Pressure regulating valve 3 Solenoid valve 4 Timer 5 Solid gas mixer 6 Nozzle 6A Jet 6B Aerosol inlet 6C Bypass outlet 7 Moving stand 8 Control part 12 Shutter 13 Motor 15 Shutter 17 Flex pipe 18 Eccentric cam 20 Electromagnetic solenoid 21 Drive shaft 22 Switching device 22 Slide valve seat 24 Flow path switching valve 25 Switching device 100 Base material 200 Nozzle
Claims (2)
前記基材へのエアロゾルの衝突は、実質的に大気圧の雰囲気下で行われ、
前記基材に向けて前記エアロゾルを第1の所定時間の間噴射する第1工程と、
前記基材への前記エアロゾルの噴射を第2の所定時間の間停止する第2工程と、
を備え、
前記第1工程と、前記第2工程と、を順次交互に繰り返すことで、前記基材に前記エアロゾルを間欠的に衝突させるものであって、
前記第1の所定時間は1秒以下とされることを特徴とする脆性材料構造物の製造方法。 The fine particles are sprayed from the nozzle toward the base material so that the aerosol in which the fine particles are dispersed in the gas collides with the base material while relatively displacing the nozzle and the base material. A method for producing a brittle material structure for forming a composite structure of a brittle material structure composed of the above-mentioned constituent material and the base material,
The collision of the aerosol with the substrate is performed under an atmosphere of substantially atmospheric pressure,
A first step of injecting the aerosol toward the substrate for a first predetermined time;
A second step of stopping injection of the aerosol onto the substrate for a second predetermined time;
With
The aerosol is intermittently collided with the base material by alternately repeating the first step and the second step,
The method for manufacturing a brittle material structure, wherein the first predetermined time is 1 second or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005064484A JP5099575B2 (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Method for manufacturing brittle material structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005064484A JP5099575B2 (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Method for manufacturing brittle material structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006249461A JP2006249461A (en) | 2006-09-21 |
| JP5099575B2 true JP5099575B2 (en) | 2012-12-19 |
Family
ID=37090257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005064484A Expired - Fee Related JP5099575B2 (en) | 2005-03-08 | 2005-03-08 | Method for manufacturing brittle material structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5099575B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5159634B2 (en) * | 2006-12-07 | 2013-03-06 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Warm spray coating method and its particles |
| CN101978097B (en) * | 2007-10-16 | 2013-02-13 | 松下电器产业株式会社 | Film formation method and film formation apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6241409A (en) * | 1985-08-19 | 1987-02-23 | Canon Inc | Particulate flow control device |
| JP2002235181A (en) * | 1999-10-12 | 2002-08-23 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Composite structure, method of manufacturing the same, and manufacturing apparatus |
| JP4487306B2 (en) * | 2003-03-17 | 2010-06-23 | Toto株式会社 | Composite structure forming apparatus and forming method |
-
2005
- 2005-03-08 JP JP2005064484A patent/JP5099575B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2006249461A (en) | 2006-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6349480B1 (en) | Liquid material application apparatus and liquid material application method | |
| KR101538443B1 (en) | Apparatus and method of transferring, focusing and purging of powder for direct printing at low temperature | |
| JP5099575B2 (en) | Method for manufacturing brittle material structure | |
| KR101219206B1 (en) | Apparatus to deposit powder using aerosol | |
| JP2004122341A (en) | Filming method | |
| JP2010133019A (en) | Structure formation apparatus | |
| JP2003119575A (en) | Composite structure forming method and composite structure forming apparatus | |
| KR101986306B1 (en) | Vacuum suspension plasma spray aparattus and vacuum suspension plasma spray method | |
| JP4552067B2 (en) | Adhesive tape and method for producing the same, electronic device | |
| KR100964060B1 (en) | Apparatus and method of depositing powder through transient supply of conveying gas | |
| KR100965024B1 (en) | Powder coating method and apparatus | |
| KR101806413B1 (en) | Apparatus for film deposition and method for preparing thermoelctric device using the same | |
| CN108754423B (en) | A kind of organic vapor deposition device and control method thereof | |
| JP6347189B2 (en) | Membrane manufacturing apparatus and membrane manufacturing method | |
| KR101806414B1 (en) | Apparatus and method for film deposition | |
| JP4553630B2 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| CN101151102A (en) | Film forming apparatus | |
| JP2024141710A (en) | Raw material powder, film formation method and film formed body | |
| JP2007162077A (en) | Film forming apparatus, film forming method, ceramic film, inorganic structure, and device | |
| JP2007063582A (en) | Film forming method and film forming apparatus | |
| KR20190087260A (en) | Aerosol deposition apparatus and method for manufacturing coating layer using the same | |
| KR20180101670A (en) | Aerosol deposition apparatus and aerosol deposition method | |
| JP2010236056A (en) | Composite structure forming nozzle and composite structure forming method and device using the same | |
| JP2005305341A (en) | Film formation device | |
| JP3994895B2 (en) | Composite structure forming device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080304 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101222 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110216 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111011 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120528 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120810 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20120820 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120903 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120916 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151005 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5099575 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |