CN112739667B - 陶瓷的处理方法及陶瓷构件 - Google Patents

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Abstract

本发明对激光处理作为陶瓷基材的表面处理的预处理时，通过在陶瓷基材的表面上形成几乎可以均匀地填充表面处理材料的沟槽，以制备能够以高强度与填充在沟槽中的表面处理材料紧密附着的陶瓷构件。通过用激光照射陶瓷基材C1的表面，在所述表面上设置凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，将所述表面上相邻的所述沟槽彼此之间设为平面。所述相邻的沟槽彼此的间距设为0.05mm以上且0.30mm以下。一个所述沟槽随着深度的增加而宽度变窄，在与所述一个方向正交的截面中最大宽度处朝所述一个沟槽的深度方向上的一侧开口。在所述一个沟槽中长径比为0.5以上且1.3以下，开口率为70％以上。

Description

陶瓷的处理方法及陶瓷构件
技术领域
本发明涉及用激光处理陶瓷基材的陶瓷的激光处理方法，对通过此方法(激光处理)获得的陶瓷构件进行热喷涂处理的陶瓷的热喷涂处理方法，以及通过这些方法(激光处理)获得的陶瓷构件和热喷涂处理陶瓷构件。
背景技术
陶瓷是由无机化合物(例如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等)构成的固体材料。陶瓷具有高硬度和优异的耐热性，被用于各种产品，例如半导体、医疗设备、信息设备、电子工业产品等。另一方面，陶瓷在抗氧化性、耐反应·腐蚀性方面仍有改进的空间。因此，可以在用具有抗氧化性、耐反应·腐蚀性的材料(表面处理材料)涂覆陶瓷表面之后使用。
但是，当在陶瓷上涂覆表面处理材料时，为了使陶瓷和表面处理材料以高强度彼此紧密附着，需要对陶瓷基材(作为用于预处理以涂覆表面处理材料的基材的陶瓷)进行预处理作为陶瓷构件，并对该陶瓷构件进行表面处理。通常该预处理是进行喷砂处理，但是当陶瓷基材的硬度太高而不能进行喷砂处理时，可以进行激光处理。
例如，专利文献1记载了通过在空气中用激光照射陶瓷基材(碳化硅等)以在陶瓷基材的表面上形成沟槽，通过在进行这样的激光处理(激光处理)得到的陶瓷构件上进行热喷涂处理(表面处理)，使热喷涂层(热喷涂材料)以高强度与陶瓷构件紧密附着。此外，所述文献还记载了通过激光照射使形成在陶瓷基材的表面上的沟槽以期望的形状进行图案化。
在上述专利文献1所所述的发明中，通过激光处理在陶瓷构件上形成氧化膜，通过所述氧化膜使陶瓷构件与热喷涂材料的紧密附着强度提高。然而，与未形成氧化膜的陶瓷构件相比，形成有氧化膜的陶瓷构件存在以下风险：作为陶瓷产品的质量降低，其使用受到限制。
另一方面，在专利文献1所所述的发明中，由于对形成于陶瓷基材上的沟槽的形状进行了图案化，因此虽然可以认为变得容易在整个沟槽内均匀地填充热喷涂材料(表面处理材料)，但是存在该形状以外的其他因素阻碍整个沟槽均匀地被热喷涂材料填充的风险。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：国际公开第2016/170895号
发明内容
本发明所要解决的技术问题
因此，本发明的目的是，当对陶瓷基材进行作为表面处理的预处理的激光处理时，通过在陶瓷基材的表面上形成可以使表面处理材料几乎均匀地填充的沟槽，从而制备能和充填到所述沟槽中的表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。
解决技术问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明提供了通过用激光照射陶瓷基材的表面，在所述表面上设置凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，将所述表面上相邻的所述沟槽彼此之间设为平面，所述相邻的沟槽彼此的间距设为0.05mm以上且0.30mm以下的陶瓷的激光处理方法，该方法具有以下特征：一个所述沟槽随着深度的增加而宽度变窄，在与所述一个方向正交的截面中最大宽度处朝所述一个沟槽的深度方向上的一侧开口，深度与所述最大宽度的比例(长径比)为0.5以上且1.3以下，当形成从所述凹面和/或所述平面朝与所述深度方向倾斜的方向突出的刺，且具有所述刺在所述深度方向上与所述凹面之间形成空间的沟槽封闭部时，从所述最大宽度减去所述截面上的所述沟槽封闭部在所述宽度方向上的长度而得到的值相对于所述最大宽度的比例(开口率)为70％以上。
基于本发明，通过使长径比为0.5以上且1.3以下，且使开口率为70％以上，可在陶瓷基材的表面上形成几乎可以均匀地填充表面处理材料的沟槽，制备能够以高强度与填充在所述沟槽中的表面处理材料紧密附着的陶瓷构件。
也就是说，当长径比小于0.5时，沟槽的深度太浅，以致表面处理材料不会渗透到陶瓷构件(对陶瓷基材进行激光处理所得)的深处，即使填充表面处理材料至陶瓷构件的沟槽，陶瓷构件与表面处理材料之间的紧密附着强度也不会增加(在陶瓷构件与表面处理材料之间不会发生锚固效应)。另一方面，当长径比超过1.3时，沟槽深度过深，以致在陶瓷构件的沟槽深处部分未被表面处理材料填充，陶瓷构件与表面处理材料之间的紧密附着强度无法提高。但是，当长径比为0.5以上且1.3以下时，可以在陶瓷基材的表面上形成具有能够使表面处理材料几乎均匀地填充的形状的沟槽。
此外，当开口率小于70％时，在陶瓷构件的表面上朝与沟槽深度方向倾斜的方向突出的刺的情况下，在沟槽深度方向上与作为沟槽的表面的凹面形成空间，并在广范围内形成妨碍表面处理材料流入所述空间的沟槽封闭部。这使得表面处理材料难以散布到陶瓷构件的沟槽的整个内部。然而，当开口率为70％以上时，表面处理材料变得不受刺的阻碍而散布在沟槽的几乎整个内部。由此，可以不受到刺的阻碍并使表面处理材料充填到具有能够使表面处理材料几乎均匀地填充的形状的沟槽(长径比为0.5以上且1.3以下的沟槽)中。
因此，通过将长径比为0.5以上且1.3以下的沟槽的开口率设为70％以上，可在陶瓷基材的表面上形成能够使表面处理材料几乎均匀地填充的沟槽(具有能够使表面处理材料均匀地填充的形状，且该充填不被刺妨碍的沟槽)，制备可与填充于沟槽中的表面处理材料高强度地紧密附着的陶瓷构件。
此外，在所述陶瓷的激光处理方法中，由于随着所述沟槽的形成，所述陶瓷基材的一部分熔化和/或蒸发并以云状堆积在所述表面上所述相邻的沟槽彼此之间，从而使所述表面上的所述沟槽彼此间的部分或全部被粗糙化，在将所述堆积为云状的堆积物中形成所述空间的部分设为所述沟槽封闭部时，所述比例(开口率)为70％以上。
由此，通过熔化和/或蒸发的陶瓷基材以云状堆积的堆积物可以使陶瓷基材表面上相邻的沟槽彼此之间(沟槽间)有效地粗糙化，可以使陶瓷构件的表面上的沟槽间以高强度与表面处理材料紧密附着。此外，将在以云状堆积的堆积物中在沟槽深度方向上与凹面之间形成空间的部分设为沟槽封闭部，并且在此条件下将开口率设为70％以上，从而可以防止该堆积物阻碍表面处理材料填充到整个沟槽内部。结果，可以同时实现云状堆积物带来的沟槽间粗糙化和保持沟槽的高开口率，可以制备在沟槽间和沟槽内部两个部分都可与表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。
此外，在所述陶瓷的激光处理方法中，所述设置有多个的沟槽可以以直线状、曲线状或圆周状处理模式形成，也可以以彼此相交的形式形成。
此外，本发明涉及一种通过所述激光处理方法对陶瓷基材进行热喷涂预处理，并对通过所述热喷涂预处理获得的激光处理陶瓷构件进行热喷涂处理的陶瓷的热喷涂处理方法，该方法具有以下特征：所述热喷涂处理是通过将热喷涂材料充填到形成于所述激光处理陶瓷构件上的所述沟槽中，使所述热喷涂材料与所述激光处理陶瓷构件紧密附着的方法，一个所述沟槽内的空隙面积率为20％以下，所述空隙面积率是在将所述热喷涂材料填充到所述沟槽中的状态下，所述一个沟槽中的空腔体积相对于所述一个沟槽的容积的比例。
基于本发明，能够在形成于激光处理陶瓷构件的表面上的沟槽中几乎均匀地填充热喷涂材料，使填充在该沟槽中的热喷涂材料与激光处理陶瓷构件以高强度紧密附着。也就是说，就热喷涂处理而言，将熔化或半熔化状态的热喷涂材料(表面处理材料)沿形成在激光处理陶瓷构件上的沟槽的深度方向进行喷涂。因此，在激光处理陶瓷构件的沟槽因沟槽封闭部而开口率低的情况下，由于喷射在沟槽深度方向上的热喷涂材料因沟槽封闭部而不能抵达沟槽深度方向端部(凹面)，因此难以将热喷涂材料均匀地填充到所述沟槽中。但是，基于本发明，由于长径比和开口率在所述范围内，因此被喷涂在激光处理陶瓷构件的沟槽上的热喷涂材料几乎均匀沟槽的整个内部，能够使激光处理陶瓷构件与热喷涂材料以高强度紧密附着。
此外，本发明涉及在基部的表面上设有凹面沿至少一个方向延伸的多个沟槽，所述表面上相邻的所述沟槽彼此之间为平面，所述相邻的沟槽彼此的间距为0.05mm以上且0.30mm以下的陶瓷构件，所述陶瓷构件具有以下特征：一个所述沟槽随着深度的增加而宽度变窄，在与所述一个方向正交的截面中最大宽度处朝所述一个沟槽的深度方向上的一侧开口，深度相对于所述最大宽度的比例(长径比)为0.5以上且1.3以下，当形成从所述凹面和/或所述平面朝与所述深度方向倾斜的方向突出的刺，且具有所述刺在所述深度方向上与所述凹面之间形成空间的沟槽封闭部时，从所述最大宽度减去所述截面上的所述沟槽封闭部在所述宽度方向上的长度而得到的值相对于所述最大宽度的比例(开口率)为70％以上。
根据本发明，与上述发明相同，当长径比为0.5以上且1.3以下且开口率为70％以上时，可以在表面上形成能够使表面处理材料几乎均匀地填充的沟槽，可以得到能够与充填到所述沟槽中的表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。
此外，就所述陶瓷构件而言，由于在所述表面上所述相邻的沟槽彼此之间以云状构成，而在所述表面上的所述沟槽彼此之间的一部分或全部被粗糙化，在将所述表面上所述构成云状的部分中形成所述空间的部分设为所述沟槽封闭部时，所述比例(开口率)可以为70％以上。
结果，可使基部表面上相邻的沟槽彼此之间(沟槽间)有效地被粗糙化，制备基部表面上的沟槽间可以与表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。此外，由于在基部表面上的以云状构成的部分中，将沿沟槽的深度方向和凹面之间形成空间的部分设为沟槽封闭部分时开口率为70％以上，因此能够制备防止构成该云状的部分妨碍表面处理材料填充到整个沟槽内部中的陶瓷构件。结果，可以同时实现构成云状的部分带来的沟槽间的粗糙化和保持沟槽的高开口率，可以制备在沟槽间和沟槽内部两个部分都可与表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。
此外，在所述陶瓷构件中，所述设置有多个的沟槽可以以直线状、曲线状或圆周状处理模式形成，也可以以彼此相交的形式形成。
此外，本发明涉及一种热喷涂处理陶瓷构件，其特征在于：具有所述陶瓷构件(激光处理陶瓷构件)和填充在形成于所述陶瓷构件上的所述沟槽中且与所述陶瓷构件紧密附着的热喷涂材料，一个所述沟槽中的空隙面积率为20％以下，所述空隙面积率是在将所述热喷涂材料填充到所述沟槽中的状态下，所述一个沟槽中的空腔体积相对于所述一个沟槽的容积的比例。
结果，可在形成于激光处理陶瓷构件的表面上的沟槽中几乎均匀地填充热喷涂材料，并得到使填充在该沟槽中的热喷涂材料与激光处理陶瓷构件以高强度紧密附着的热喷涂处理陶瓷构件。
发明效果
如上所述，基于本发明，当对陶瓷基材进行作为表面处理的预处理的激光处理时，通过在陶瓷基材的表面上形成能够使表面处理材料几乎均匀地填充的沟槽，可以制备能够与充填到所述沟槽中的表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。此外，基于本发明，可以制备所述陶瓷构件与热喷涂材料以高强度紧密附着的热喷涂处理陶瓷构件。
附图说明
[图1]用于说明应用了基于本发明的陶瓷的激光处理方法和热喷涂处理方法的陶瓷处理方法的图。
[图2]是显示图1所示的激光处理工序中使用的激光处理装置的示意图。
[图3]是显示基于本发明的陶瓷构件的图，(a)显示了热喷涂处理陶瓷构件的截面，(b)显示了激光处理陶瓷构件的平面。
[图4]是用于说明在基于本发明的陶瓷构件中形成的沟槽的结构图，(a)是显示陶瓷构件中的沟槽及沟槽附近的结构的一个示例的图，(b)是显示陶瓷构件中的沟槽和沟槽附近的结构的另一个示例的图。
[图5]是用于说明基于本发明的陶瓷的激光处理方法和热喷涂处理方法的试验例的表。
[图6-1]通过图5所示的试验例的激光在陶瓷基材的表面上形成的沟槽的外观照片(全部实施例)。需要说明的是，实施例4的沟槽部的外观照片与图3(b)相同。
[图6-2]通过图5所示的试验例的激光在陶瓷基材的表面上形成的沟槽的外观照片(全部比较例)。
[图6-3]对通过图5所示的试验例(只有代表例)的激光形成沟槽后的陶瓷构件进行热喷涂处理后的沟槽部的截面照片。需要说明的是，实施例4的沟槽部的截面照片与图3(a)相同。
[图7]是显示图5所示的试验例的测试结果的图。
本发明的具体实施方式
接下来，将参考附图详细说明实施本发明的方式。
首先，将说明基于本发明的陶瓷的激光处理方法和热喷涂处理方法，以及陶瓷构件和热喷涂处理陶瓷构件。
图1是说明应用了基于本发明的陶瓷的激光处理方法和热喷涂处理方法的陶瓷处理方法的图。如图所示，该陶瓷处理方法具有以下工序：对陶瓷基材C1的表面进行激光处理以形成激光处理陶瓷构件C2的激光处理工序S1、和用热喷涂材料F对激光处理陶瓷构件C2进行热喷涂处理以形成热喷涂处理陶瓷构件C3的热喷涂处理工序S2。
在这里，陶瓷基材C1是指作为用于包覆热喷涂材料F(表面处理材料)而被预处理的基材的陶瓷。此外，陶瓷是由诸如氧化物、碳化物、氮化物或硼化物等无机化合物组成的固体材料。此外，作为用于陶瓷基材C1的陶瓷，可以使用碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化钇、氧化锆等。
此外，作为热喷涂材料F，使用金属、以金属为主要成分的合金、陶瓷、以陶瓷为主要成分的复合陶瓷、或金属陶瓷等。在这里，作为金属，可以使用钨、钼、铌、钛、钽等。此外，作为热喷涂材料F的陶瓷，可以使用氧化铝、氧化钇、氧化锆等。此外，作为热喷涂法，优选使用等离子体热喷涂法，但是也可以使用其他热喷涂法。
图2是显示在图1所示的激光处理工序S1中使用的激光处理装置1的示意图。如图所示，激光处理装置1具有：使激光L振荡的激光振荡器2；改变从激光振荡器2振荡的激光L的方向的方向改变镜3；使方向改变镜3反射的激光L聚焦的聚焦镜4；反射由聚焦镜4聚焦的激光L以调整陶瓷基材C1上的X方向(陶瓷基材C1的长度方向)上的激光照射位置的X扫描器5；反射由X扫描器5反射的激光L以调整陶瓷基材C1上的Y方向(陶瓷基材C1的宽度方向)上的激光照射位置的Y扫描器6；以及向陶瓷基材C1的表面供给非氧化性气体G的气体供给装置7。
作为在激光振荡器2中振荡的激光L，可以使用连续振荡或脉冲振荡的激光中的任一种。另外，作为激光L，可以使用光纤激光、YVO4激光、准分子激光、CO2激光、紫外线激光、YAG激光、半导体激光等。
气体供给装置7在用激光L照射陶瓷基材C1时，将非氧化性气体G供给到陶瓷基材C1的表面。在这里，非氧化性气体G是在对陶瓷基材C1照射激光时用于防止(屏蔽)陶瓷基材C1的表面被氧化的气体。作为非氧化性气体G，可以使用氮气、氩气、氦气以及这些气体的混合气体等。
图3是显示基于本发明的陶瓷构件的图，其中(a)是显示热喷涂处理陶瓷构件101的截面的图，(b)是显示激光处理陶瓷构件102的平面的图。需要说明的是，图3(a)(b)所示的长度方向、宽度方向和深度方向分别是指同一图中所示的沟槽f的长度方向、宽度方向和深度方向。此外，图3(a)和(b)所示的热喷涂处理陶瓷构件101、基材102(激光处理陶瓷构件102)和热喷涂材料103分别对应图1所示的热喷涂处理陶瓷构件C3、激光处理陶瓷构件C2和热喷涂材料F。
如图3所示，热喷涂处理陶瓷构件101具有作为热喷涂处理陶瓷构件101的基部的基材102和基材102上紧密包覆的热喷涂材料103。在热喷涂处理陶瓷构件101中，沟槽f在图3(b)所示的长度方向(一个方向)上延伸并且以直线状形成，并且在图3(a)和3(b)所示的宽度方向上以预定间隔设置多个。然后，就热喷涂处理陶瓷构件101而言，通过在图1所示的热喷涂处理工序S2中将热喷涂材料103填充形成于基材102上的沟槽f中，使热喷涂材料103和基材102彼此紧密附着。
如图3B所示，在基材102的整个沟槽间部(整个表面)上连续形成有云状堆积物。这些云状堆积物将在后述的图4(b)的说明部分中详细说明。
图4是用于说明在基于本发明的陶瓷构件中形成的沟槽的结构的图，(a)是显示陶瓷构件上的沟槽和沟槽附近的结构的一个示例的图，(b)是显示陶瓷构件上的沟槽和沟槽附近的结构的另一示例的图。
图4(a)所示的激光处理陶瓷构件201(对应图1所示的激光处理陶瓷构件C2)的表面是由凹面(底面)c、沟槽间表面s和堆积物(刺)b的表面组成的。凹面c沿直线方向{对应图4(a)中的前后方向}延伸，以随着深度增加而宽度变窄的形式形成。并且由凹面c形成的空间是沟槽f。此外，沟槽间表面s是激光陶瓷构件201的表面上的相邻的沟槽f彼此之间的平面。另外，堆积物(刺)b是指从凹面c和/或沟槽间表面s沿向沟槽f的深度方向倾斜的方向突出的部分。且在与沟槽f延伸方向的直线方向{与图4(a)中的前后方向相对应}正交的截面CS上，沟槽f在最大宽度W1处朝深度方向上的一侧开口(形成开口a)。此外，堆积物(刺)b具有与沟槽f的深度方向上的凹面c之间形成空间的沟槽封闭部o。
在这里，间距P是指在激光处理陶瓷构件201的表面上相邻的沟槽f彼此的中心点之间的距离。并且间距P为0.05mm以上且0.30mm以下。另外，长径比是由深度D/最大宽度W1表示的比。并且长径比为0.5以上且1.3以下。此外，开口率是由(最大宽度W1-沟槽封闭宽度W2)×100/最大宽度W1表示的比例。并且开孔率为70％以上，优选为80％以上。需要说明的是，深度D是指沟槽f在截面CS上的最大深度。另外，最大宽度W1是指沟槽f在截面CS上的最大宽度。此外，沟槽封闭宽度W2是截面CS上的沟槽封闭部o的长度(沟槽f的宽度方向上的长度)。
如此，通过将长径比和开口率调整在所述范围内，能够使在激光处理陶瓷构件201的沟槽f内填充热喷涂材料(未图示)而制备的热喷涂处理陶瓷构件(未图示)中空隙面积率为20％以下(优选为15％以下)、拉伸紧密附着强度为3MPa以上(优选为5MPa以上)，可制备满足实用标准的热喷涂处理的陶瓷构件(未图示)。在这里，空隙面积率是热喷涂处理陶瓷构件的沟槽f内部的空腔(沟槽f内部未填充热喷涂材料的空间)的体积相对于沟槽f的内部容积(由凹面c和开口a所限定的空间的容积)的比例(百分比)。此外，拉伸紧密附着强度是指在热喷涂处理陶瓷构件中，当把填充在沟槽f中的热喷涂材料从激光处理陶瓷构件201上拉伸时，从激光处理陶瓷构件201的界面(沟槽间表面s的延伸表面)剥离热喷涂材料时每单位面积的拉力。
在图4(b)所示的激光处理陶瓷构件301上，从沟槽间表面s突出的堆积物(刺)b由云状堆积物d1和d2(对应图3b所示的沟槽间部表面上观察到的云状堆积物)构成。云状堆积物d1和d2如下形成：在图1所示的激光处理工序S1中，伴随沟槽的形成，陶瓷基材C1的一部分熔化和/或蒸发并以云状堆积在陶瓷基材C1的表面上相邻的沟槽f彼此之间，从而使陶瓷基材C1表面上的沟槽f彼此之间的一部分或全部粗糙化。在这里，在将云状堆积物d1、d2设为堆积物(刺)b的情况下，激光处理陶瓷构件301的开口率是为70％以上，优选为80％以上。具体而言，就激光处理陶瓷构件301的开口率而言，使用云状堆积物d1的沟槽封闭部o1中的沟槽封闭宽度W2a和云状堆积物d2的沟槽封闭部o2中的沟槽封闭宽度W2b，以(W1-W2a-W2b)×100/W1表示。
接下来，将说明基于本发明的陶瓷处理方法和陶瓷构件的试验例。
首先，将参考图1和图2说明测试条件。就该试验而言，以陶瓷处理装置1对陶瓷基材C1进行激光处理，然后对激光处理陶瓷构件C2进行热喷涂处理。在这里，在激光处理装置1中，激光振荡器2使用连续波的光纤激光，气体供给装置7供给的非氧化性气体G使用氮气。此外，在热喷涂处理中，使用Y2O3作为热喷涂材料F进行等离子体热喷涂。
在这里，在图5的左栏中，输出是指激光的输出，波长是指激光的波长，光斑直径是指在激光振荡器2中照射激光L的光斑的直径，能量密度是指激光输出密度，激光照射速度是指激光照射点在陶瓷基材C1上移动的速度，重复次数是指激光L被照射到陶瓷基材C1上相同位置的次数。处理面积是指用激光L照射陶瓷基材C1的面积，处理时间是指用激光L照射陶瓷基材C1的时间。
另外，在图5的左栏中，沟槽宽度是指图4所示的最大宽度W1，沟槽深度是指图4所示的深度D，沟槽间间距是指图4所示的间距P。长径比是指沟槽深度/沟槽宽度，开口率、空隙面积率和拉伸紧密附着强度如图4的说明中所述的一样。另外，云状堆积物的面积率是沟槽间表面积中形成云状堆积物(刺)的面积的百分比。
在这里，关于拉伸紧密附着强度，使用Elcometer株式会社制的“Elcomet er(注册商标)510，型号S”作为测量装置。
然后，本发明要解决的问题是(1)在陶瓷基材的表面上形成能够使表面处理材料几乎均匀地填充的沟槽，(2)以制备能够与充填到所述沟槽中的表面处理材料以高强度紧密附着的陶瓷构件。在这里，如果空隙面积率为20％以下(可实用标准)，则满足所述(1)的必要条件，如果拉伸紧密附着强度为3MPa以上(可实用标准)，则满足所述(2)的必要条件。
在图5中显示，在比较例2中，在长径比不是0.5以上且1.3以下(超过1.3时)的情况下，开口率变高(70％以上)，拉伸紧密附着强度变高(3MPa以上)，空隙面积率也变高(超过20％)。也就是说，比较例2仅仅增加沟槽的深度以增加拉伸紧密附着强度，并非通过将热喷涂材料几乎均匀地填充到沟槽中来增加拉伸紧密附着强度。因此，比较例2不能解决本发明的所述问题(1)。
另一方面，在实施例1至7和比较例1中，长径比为0.5以上且1.3以下，并且开口率彼此不同。在比较例1中，空隙面积率为35％(大于20％)，拉伸紧密附着强度为2.1MPa(小于3MPa)，无法解决本发明的所述两个问题(1)和(2)。但是在实施例1至7中，空隙面积率为20％以下，拉伸紧密附着强度为3MPa以上，能够解决本发明的所述问题(1)和(2)。为了可以更容易地理解实施例1至7和比较例1的开口率、空隙面积率和拉伸紧密附着强度之间的关系，将这些关系绘制在图7中。此外，当云状堆积物的面积率为45％以上(优选为65％以上)时，可以有效地提高拉伸紧密附着强度。
图6-1是通过图5所示的试验例的激光在陶瓷基材的表面上形成的沟槽部的外观照片(全部实施例)。需要说明的是，实施例4的沟槽部的外观照片与图3(b)相同。图6-2是通过图5所示的试验例的激光在陶瓷基材的表面上形成的沟槽部的外观照片(全部比较例)。图6-3是对以图5所示的试验例(仅代表例)的激光形成沟槽后的陶瓷构件进行了热喷涂处理之后的沟槽部的截面照片。需要说明的是，实施例4的沟槽部截面照片与图3(a)相同。图5中所述的沟槽宽度、沟槽深度、沟槽间间距、长径比、有无云状堆积物、云状堆积物的面积率、开口率和空隙面积率是基于所述外部照片和截面照片所求出的。
在图6-1中，e1表示在实施例1中未被云状堆积物覆盖的沟槽间部。e2表示实施例3中未被云状堆积物覆盖的沟槽间部。e3表示在实施例7中未被云状堆积物覆盖的沟槽间部。在图6-2中，e4表示比较例1中的沟槽。e5表示在比较例1中沟槽被云状堆积物填埋而开口率减小的状态。e6表示比较例3中的沟槽间部。e7表示比较例3中的堆积物。e8表示比较例3中的云状堆积物。e9表示比较例3中的沟槽。在图6-3中，e10表示实施例3中的云状堆积物。e11表示在实施例3中未形成云状堆积物的沟槽间部。e12表示实施例3中的热喷涂材料。e13表示实施例4中的热喷涂材料。e14表示在实施例4中整个沟槽间被云状堆积物覆盖的状态。e15表示在比较例2中的空隙(由于长径比大而产生)。e16表示比较例2中的热喷涂材料。
图7是表示图5所示的试验的结果(图5所示的实施例1至7和比较例1)的图。具体而言，在图7中，横轴表示图5所示的开口率，右纵轴表示图5所示的拉伸紧密附着强度(紧密附着强度)，左纵轴表示图5中所示的空隙面积率。然后，如图7所示，当开孔率为70％以上，特别是80％以上时，与开孔率小于所述情况相比，紧密附着强度显著提高(开孔率70％以上时为3MPa以上，开孔率80％以上时为5MPa以上)，空隙面积率显著降低(当开口率为70％以上时为20％以下，当开口率为80％以上时为15％以下)。因此，图7显示了，通过将长径比调整为0.5以上且1.3以下，并将开口率调整为70％以上，优选为80％以上，可以解决所述(1)和(2)的问题。
如上所述，根据所述实施方式，通过将长径比调整到0.5以上且1.3以下，并且将开口率调整到70％以上，如图1和图3所示，可在陶瓷基材C1的表面上形成能够使热喷涂材料F几乎均匀地填充的沟槽f，制备能够以高强度与填充在沟槽f中的热喷涂材料F紧密附着的激光处理陶瓷构件C2。
也就是说，当长径比小于0.5时，如果参考图4(a)所示的激光处理陶瓷构件201进行说明(其中，激光处理陶瓷构件201并非表示长径比小于0.5的状态)，因为沟槽f的深度过浅，所以热喷涂材料不会渗透到激光处理陶瓷构件201的深处，即使激光处理陶瓷构件201的沟槽f被热喷涂材料填充，激光处理陶瓷构件201与热喷涂材料之间的紧密附着强度不会提高(激光处理陶瓷构件201与热喷涂材料之间不会发生锚固效应)。另一方面，当长径比超过1.3时，沟槽f的深度过深，以至于激光处理陶瓷构件201的沟槽f的深处部分未被热喷涂材料填充。激光处理陶瓷构件201与热喷涂材料的紧密附着强度不会增加。但是，当长径比为0.5以上且1.3以下时，如图3所示，能够在基材102的表面上形成具有可以使热喷涂材料103几乎均匀地填充的形状的沟槽f。
此外，当开口率小于70％时，如果参考图4(a)所示的激光处理陶瓷构件201进行说明(其中，激光处理陶瓷构件201并非显示开口率小于70％的状态)，在激光处理陶瓷构件201的表面上朝与沟槽深度方向倾斜的方向突出的堆积物(刺)b的情况下，在沟槽深度方向上和作为沟槽f的表面的凹面c之间形成空间，并广范围地形成妨碍热喷涂材料流入所述空间的沟槽封闭部o。这使得热喷涂材料难以散布在激光处理陶瓷构件201的沟槽f的整个内部。但是，当开口率为70％以上时，热喷涂材料变得不受堆积物(刺)b的阻碍而散布在沟槽f的几乎整个内部。结果，热喷涂材料可以不受堆积物(刺)b的阻碍，几乎均匀地填充在具有能够使热喷涂材料几乎均匀地填充的形状的沟槽f(长径比为0.5以上且1.3以下的沟槽)中。
因此，通过将长径比为0.5以上且1.3以下的沟槽的开口率调整为70％以上，如图1所示，可在陶瓷基材C1上形成可以使热喷涂材料F几乎均匀地填充的沟槽，制备能够以高强度与填充在该沟槽中的热喷涂材料F紧密附着的激光处理陶瓷构件C2。
此外，在所述实施方式中，如图1和图4(b)所示，在激光处理工序S1中，通过陶瓷基材C1熔化或/和蒸发的部分以云状堆积形成的云状堆积物d1和d2，可使陶瓷基材C1的表面上相邻的沟槽彼此之间(沟槽间)进行有效的粗糙化，能够使得激光处理陶瓷构件C2的表面上的沟槽间可与热喷涂材料F以高强度紧密附着。此外，将在以云状堆积的云状堆积物d1和d2中，在沟槽f的深度方向上和凹面c之间形成空间的部分设为沟槽封闭部o1和o2，并且在此条件下将开口率设为70％以上，从而可以防止云状堆积物d1、d2妨碍热喷涂材料F填充到沟槽f的整个内部。其结果，可以通过云状堆积物d1和d2同时实现沟槽间的粗糙化和保持沟槽f的高开口率，可以制备在沟槽间和沟槽f内部两个部分都可与热喷涂材料F以高强度紧密附着的激光处理陶瓷构件C2。
此外，根据所述实施方式，如图1和图2所示，通过具有将防止在激光照射期间陶瓷基材C1的表面被氧化的非氧化性气体G供给至陶瓷基材C1表面的气体供给装置7，可以防止在激光照射时在陶瓷基材C1上形成氧化膜，可以制备在使用时不受氧化膜不利影响的激光处理陶瓷构件C2。
此外，如图1和图4(a)所示，根据所述实施方式，可将热喷涂材料F几乎均匀地填充到在激光处理陶瓷构件C2表面上形成的沟槽f中，填充到该沟槽f中的热喷涂材料F和激光处理陶瓷构件C2以高强度彼此紧密附着。也就是说，在热喷涂处理中，将熔化或半熔化状态的热喷涂材料F向在激光处理陶瓷构件C2上形成的沟槽f的深度方向进行喷涂。因此，当由于沟槽封闭部o而使激光处理陶瓷构件C2的沟槽f的开口率降低时，由于向沟槽f的深度方向上喷涂的热喷涂材料F因沟槽封闭部o而无法到达沟槽f深度方向的端部(凹面c)，因此难以在该沟槽f内均匀地填充热喷涂材料F。但是，基于本发明，由于长径比和开口率在所述范围内，因此被喷涂在激光处理陶瓷构件C2的沟槽f上的热喷涂材料F可几乎填充沟槽f的整个内部，激光处理陶瓷构件C2和热喷涂材料F可以高强度彼此紧密附着。
另外，在所述实施方式中，在陶瓷基材C1的表面上设置有多个的沟槽f以直线状处理模式形成，也可以以曲线状或圆周状处理模式形成。此外，这些多个的沟槽f也可以以彼此相交形式形成。
需要说明的是，在所述实施方式中，图1所示的陶瓷的处理方法具备热喷涂处理工序S2，也可仅具备激光处理工序S1。
符号说明
1激光处理装置
2激光振荡器
3方向改变镜
4聚焦镜
5X扫描器
6Y扫描器
7气体供给装置
101热喷涂处理陶瓷构件
102基材(激光处理陶瓷构件)
103热喷涂材料
201激光处理陶瓷构件
301激光处理陶瓷构件
a开口
b堆积物(刺)
c凹面(底面)
CS截面
C1陶瓷基材
C2激光处理陶瓷构件
C3热喷涂陶瓷构件
D深度
d1、d2云状堆积物
F热喷涂材料
f沟槽
G非氧化性气体
L激光
o、o1、o2沟槽封闭部
P间距
s沟槽间表面
W1最大宽度
W2、W2a、W2b沟槽封闭宽度

Claims (6)

1.一种陶瓷的激光处理方法，其是对陶瓷基材表面进行激光照射而在该表面上形成凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，并且同时进行所述陶瓷基材中的沟槽间表面的粗糙化的陶瓷的激光处理方法，其中，
所述沟槽间表面位于所述陶瓷基材的表面中相邻的所述沟槽彼此之间，
相邻的所述沟槽彼此的间距为0.05mm以上且0.30mm以下，
所述沟槽中的宽度以所述沟槽中的开口部为起点在所述沟槽中随着深度的增加而变窄，
所述沟槽的深度与所述开口部中的所述宽度的比例即长径比为0.5以上且1.3以下，
所述沟槽间表面的粗糙化，通过在所述沟槽间表面上形成云状堆积物而进行，
所述沟槽中的开口率定义为：非封闭宽度×100/开口宽度，
所述开口宽度是所述开口部中计算所述开口率的计算部位的所述宽度，
所述非封闭宽度是从所述开口宽度减去封闭宽度而得到的值，
所述封闭宽度是所述计算部位的所述宽度方向上的沟槽封闭部的长度，
所述沟槽封闭部是所述云状堆积物中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的底面形成有刺的情况下，所述沟槽封闭部是所述云状堆积物和所述刺中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的所述开口部中所述开口率最低的部分处，所述开口率也为70％以上。
2.根据权利要求1所述的陶瓷的激光处理方法，其中，
所述云状堆积物是熔化物和/或蒸发物堆积在所述沟槽间表面而得到的，
所述熔化物是通过所述激光照射而使所述陶瓷基材的一部分融化而凝固并堆积在该陶瓷基材的剩余部分而得到的，
所述蒸发物是通过所述激光照射而使所述陶瓷基材的一部分蒸发而冷凝/凝固并堆积在该陶瓷基材的剩余部分而得到的。
3.一种陶瓷的热喷涂处理方法，其具备：
对陶瓷基材照射激光而生成激光处理陶瓷构件的热喷涂预处理工序；和
使热喷涂材料紧密附着于所述激光处理陶瓷构件的热喷涂处理工序，其中，
在所述热喷涂预处理工序中，通过对所述陶瓷基材的表面照射所述激光而在该表面上形成凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，并且同时进行所述陶瓷基材中的沟槽间表面的粗糙化，从而生成所述激光处理陶瓷部件，
所述沟槽间表面位于所述陶瓷基材的表面中相邻的所述沟槽彼此之间，
相邻的所述沟槽彼此的间距为0.05mm以上且0.30mm以下，
所述沟槽中的宽度以所述沟槽中的开口部为起点在所述沟槽中随着深度的增加而变窄，
所述沟槽的深度与所述开口部中的所述宽度的比例即长径比为0.5以上且1.3以下，
所述沟槽间表面的粗糙化，通过在所述沟槽间表面上形成云状堆积物而进行，
所述沟槽中的开口率定义为：非封闭宽度×100/开口宽度，
所述开口宽度是所述开口部中计算所述开口率的计算部位的所述宽度，
所述非封闭宽度是从所述开口宽度减去封闭宽度而得到的值，
所述封闭宽度是所述计算部位的所述宽度方向上的沟槽封闭部的长度，
所述沟槽封闭部是所述云状堆积物中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的底面形成有刺的情况下，所述沟槽封闭部是所述云状堆积物和所述刺中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的所述开口部中所述开口率最低的部分处，所述开口率也为70％以上，
在所述热喷涂处理工序中，通过在形成于所述激光处理陶瓷构件上的所述沟槽中充填所述热喷涂材料，而使所述热喷涂材料与所述激光处理陶瓷构件紧密附着，
所述沟槽内的空隙面积率为20％以下，
所述空隙面积率是在将所述热喷涂材料填充到所述沟槽中的状态下，所述沟槽中的空腔体积相对于所述沟槽的容积的比例。
4.权利要求3所述的陶瓷的热喷涂处理方法，其中，
所述云状堆积物是熔化物和/或蒸发物堆积在所述沟槽间表面而得到的，
所述熔化物是通过所述激光照射而使所述陶瓷基材的一部分融化而凝固并堆积在该陶瓷基材的剩余部分而得到的，
所述蒸发物是通过所述激光照射而使所述陶瓷基材的一部分蒸发而冷凝/凝固并堆积在该陶瓷基材的剩余部分而得到的。
5.一种陶瓷构件，其中，
在基部的表面形成有凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，
相邻的所述沟槽彼此的间距为0.05mm以上且0.30mm以下，
所述沟槽中的宽度以所述沟槽中的开口部为起点在所述沟槽中随着深度的增加而变窄，
所述沟槽的深度与所述开口部中的所述宽度的比例即长径比为0.5以上且1.3以下，
在所述基部的表面上，沟槽间表面位于相邻的所述沟槽彼此之间，
所述沟槽间表面上形成有云状堆积物，
所述沟槽中的开口率定义为：非封闭宽度×100/开口宽度，
所述开口宽度是所述开口部中计算所述开口率的计算部位的所述宽度，
所述非封闭宽度是从所述开口宽度减去封闭宽度而得到的值，
所述封闭宽度是所述计算部位的所述宽度方向上的沟槽封闭部的长度，
所述沟槽封闭部是所述云状堆积物中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的底面形成有刺的情况下，所述沟槽封闭部是所述云状堆积物和所述刺中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的所述开口部中所述开口率最低的部分处，所述开口率也为70％以上。
6.一种热喷涂处理陶瓷构件，其具备：
激光处理陶瓷部件、和
与所述激光处理陶瓷部件紧密附着的热喷涂材料，其中，
在所述激光处理陶瓷部件的表面形成有凹面沿至少一个方向延伸而形成的多个沟槽，
相邻的所述沟槽彼此的间距为0.05mm以上且0.30mm以下，
所述沟槽中的宽度以所述沟槽中的开口部为起点在所述沟槽中随着深度的增加而变窄，
所述沟槽的深度与所述开口部中的所述宽度的比例即长径比为0.5以上且1.3以下，
在所述激光处理陶瓷部件的表面上，沟槽间表面位于相邻的所述沟槽彼此之间，
所述沟槽间表面上形成有云状堆积物，
所述沟槽中的开口率定义为：非封闭宽度×100/开口宽度，
所述开口宽度是所述开口部中计算所述开口率的计算部位的所述宽度，
所述非封闭宽度是从所述开口宽度减去封闭宽度而得到的值，
所述封闭宽度是所述计算部位的所述宽度方向上的沟槽封闭部的长度，
所述沟槽封闭部是所述云状堆积物中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的底面形成有刺的情况下，所述沟槽封闭部是所述云状堆积物和所述刺中，在沟槽的深度方向上与沟槽的凹面之间形成空间的部分，
在所述沟槽中的所述开口部中所述开口率最低的部分处，所述开口率也为70％以上，
所述热喷涂材料填充在形成于所述激光处理陶瓷构件上的所述沟槽中，
所述沟槽内的空隙面积率为20％以下，
所述空隙面积率是在将所述热喷涂材料填充到所述沟槽中的状态下，所述沟槽中的空腔体积相对于所述沟槽的容积的比例。
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