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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Salzschmelzbad, eine Abscheidung
und ein Verfahren zur Herstellung einer Metallabscheidung. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Salzschmelzbad, das leicht
eine Abscheidung mit einer glatten Oberfläche bereitstellen kann, eine
Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads erhalten wurde,
und ein Verfahren zur Herstellung einer Metallabscheidung unter Verwendung
des Salzschmelzbads.
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Hintergrund
der Technik
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Es
sind schon Forschungsanstrengungen zur Abscheidung eines Metalls
aus einem Salzschmelzbad durch Elektrolyse unter Verwendung eines
ein Metall enthaltenden Salzschmelzbads unternommen worden, um ein
Metallprodukt durch Elektroformen oder durch Auftragen einer Beschichtung
auf ein Substrat herzustellen. Insbesondere wird auf verschiedenen
Gebieten der Informationskommunikation, medizinischen Pflege, Biotechnologie,
Automobilen und dergleichen in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit
auf MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) gerichtet, die die Herstellung
von Feinmetallprodukt ermöglichen,
die eine kompakte Größe besitzen,
eine hohe Leistung aufweisen und energieeffizient sind. Es gibt
nun den Ansatz, Feinmetallprodukte herzustellen und/oder eine Beschichtung
auf die Oberfläche
eines Feinmetallproduktes, basierend auf der Anwendung von MEMS
unter Verwendung der Technik zur Abscheidung von Metall durch Elektrolyse aus
einem Salzschmelzbad aufzutragen.
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- Nicht-Patentdruckschrift 1: P.M. COPHAM, D.J. FRAY, "Selecting an optimum
electrolyte for zinc chloride electrolysis", JOURNAL OF APPLIED ELECTROCHEMISTRY
21 (1991), S. 158-165
- Nicht-Patentdruckschrift 2: M. Masuda, H. Takenishi, und A.
Katagiri, "Electrodeposition
of Tungsten and Related Voltammetric Study in a Basic ZnCl2-NaCl (40-60 mol%) Melt", Journal of the Electrochemical Society, 148(1),
2001, S. C59-C64
- Nicht-Patentdruckschrift 3: kira Katagiri, "Electrodeposition of Tungsten in ZnCl2-NaCl und ZnBr2-NaBr
Melts", Molten Salts
and High-temperature Chemistry, Band 37, Nr. 1, 1994, S. 23-38
- Nicht-Patentdruckschrift 4: Nikonowa I. N., Pawlenko S. P.,
Bergman A. G., "Polytherm
of the Ternary System NaCl-KCl-ZnCl2",
Bull. acad. sci. U.R.S.S., Classe sci. chim. (1941), S. 391-400
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die
Erfindung zu lösende
Probleme
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Als
die Merkmale eines Verfahrens zum Abscheiden von Metall aus einem
Salzschmelzbad können hauptsächlich die
drei Merkmale (1)-(3), die nachstehend dargestellt sind, betrachtet
werden.
- (1) Da ein Salzschmelzbad grundsätzlich kein
Wasser enthält,
kann Metall, das nicht aus einem herkömmlichen Elektrolytbad, das
prinzipiell Wasser enthält,
abgeschieden werden kann, d.h. Metall, das eine höhere Ionisierungsanfälligkeit
als Wasser besitzt, abgeschieden werden. Dies bedeutet, dass Metall,
wie etwa Chrom und Wolfram, die gegenüber Wärme und Korrosion hoch beständig sind,
abgeschieden werden können,
wenn ein Salzschmelzbad verwendet wird. Daher wird die Herstellung
eines Feinmetallprodukts und einer Beschichtung, die eine überlegene
Wärmebeständigkeit
und Haltbarkeit besitzen, ermöglicht.
- (2) In einem Elektrolytbad, das prinzipiell Wasser enthält, werden
die Metallionen in dem Elektrolytbad zunächst in ein Metallhydroxid
umgewandelt. Da Metall durch die Ladungsmobilität der Mehrzahl der Metallhydroxidionen
abgeschieden wird, wird die Abscheidung unvermeidlicherweise ein
Oxid enthalten. Oxide in Abscheidungen werden das Problem hervorrufen,
dass die Ungleichförmigkeit
der Oberfläche
der Abscheidung erhöht
wird und die mechanischen Eigenschaften der Abscheidung verschlechtert
werden (Brüchigwerden),
oder dergleichen. Andererseits ermöglicht das Salzschmelzbad einen
sauerstofffreien Zustand, da ein Salzschmelzbad grundsätzlich kein
Wasser enthält.
Daher kann der Einschluss von unvermeidlichen Oxiden in einer Abscheidung
unterdrückt
werden.
- (3) In einem Salzschmelzbad kann die Stromdichte zur Elektrolyse
größer als
in einem Elektrolytbad, das prinzipiell Wasser enthält, hergestellt
werden. Demgemäß kann Metall
schneller abgeschieden werden.
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Ein
Beispiel für
ein solches Salzschmelzbad ist ein eutektisches LiCl (Lithiumchlorid)-KCl
(Kaliumchlorid) Salzschmelzbad. Im Einzelnen kann eine eutektische
Mischung mit LiCl und KCl, die bei dem Verhältnis von jeweils 45 Massen-%
und 55 Massen-% vermischt sind, verwendet werden. In dem Fall, dass
z. B. Wolfram abgeschieden wird, wird WClL4 (Wolframtetrachlorid)
in das Salzschmelzbad bei 0,1 bis 20 Massen-% (z. B. 1 Massen-%)
der Masse des Salzschmelzbads gegeben. Dann wird ein Strom von der
Stromdichte von einigen A/dm2 über die
Anode und Kathode, die in das Salzschmelzbad zur Elektrolyse eingetaucht
sind, unter einem Ar (Argon) Strom angelegt, wobei die Temperatur
des Salzschmelzbads auf ungefähr
500°C erhitzt
wird. Demgemäß wird Wolfram
auf der Oberfläche
der Kathode abgeschieden.
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Es
trat das Problem auf, dass die Abscheidung, wie etwa durch die Elektrolyse
eines solchen Salzschmelzbads erhaltenes Wolfram die Form eines
Pulvers mit einer großen
Korngröße annahm,
was ein Problem hinsichtlich der schlechten Oberflächenglattheit
darstellte. Zur Überwindung
dieses Problems musste die Korngröße der Abscheidung verringert
werden, indem der Strom zur Energieanlegung auf gepulste Weise angelegt
wurde, und/oder die Kombination des Salzschmelzbads und der Art
der Metallverbindung, die in das Salzschmelzbad zuzugeben waren,
mussten in geeigneter Weise eingestellt werden. Das Verfahren hierfür war extrem
kompliziert.
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In
dem Fall der Verwendung eines Elektrolytbads, das prinzipiell Wasser
enthält,
wird eine Elektrolyse bei niedrigen Temperaturen ermöglicht.
Daher kann eine Abscheidung mit einer glatten Oberfläche erhalten werden,
indem eine Elektrolyse mit einem Elektrolytbad, das ein Aufhellungsmittel
und/oder ein Schmiermittel vom organischen Typ enthält, durchgeführt werden.
In dem Fall, dass ein Salzschmelzbad verwendet wird, muss die Elektrolyse
bei der Temperatur des Salzschmelzbads, das auf mehr als 400°C erhitzt
wurde, durchgeführt
werden. Daher wird das Aufhellungsmittel und/oder Schmiermittel
vom organischen Typ sich sofort zersetzen. Daher war herkömmlicherweise
die Durchführung
einer Elektrolyse mit einem, in einem Salzschmelzbad eingeschlossenem
Aufhellungsmittel und/oder Schmiermittel vom organischen Typ undenkbar.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Salzschmelzbad, das
eine Abscheidung mit einer glatten Oberfläche leicht bereitstellen kann,
eine Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads erhalten wurde,
und ein Verfahren zur Herstellung einer Metallabscheidung unter
Verwendung des Salzschmelzbads bereitzustellen.
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Mittel zur
Lösung
des Problems
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Salzschmelzbad gerichtet, das
mindestens zwei Arten einschließt,
die aus der Gruppe ausgewählt
sind, die aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium,
Calcium, Strontium, und Barium ausgewählt sind; mindestens eine Art,
die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Fluor, Chlor, Brom, und Iod besteht; mindestens ein
Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Scandium,
Yttrium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom,
Molybdän,
Wolfram, Mangan, Technetium, Rhenium und Lanthanoid besteht, und
ein organisches Polymer, das mindestens eine Art aus einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung
und einer Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung einschließt. Wie
hierin verwendet bezieht sich Lanthanonid auf Lanthan, Cer, Praseodymium,
Neodymium, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium,
Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, oder Lutetium.
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In
dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
kann das organische Polymer Dipole enthalten.
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Ferner
schließt
das erfindungsgemäße Salzschmelzbad
vorzugsweise mindestens ein Element ein, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Aluminium, Zink, und Zinn besteht.
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Ferner
schließt
das erfindungsgemäße Salzschmelzbad
vorzugsweise mindestens ein Element ein, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Chrom, Wolfram, und Molybdän besteht.
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Ferner
kann in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
das organische Polymer Polyethylenglycol sein. Ferner kann in dem
erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
das organische Polymer Polyethylenimin sein.
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Ferner
besitzt in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
das organische Polymer vorzugsweise ein Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht
von mindestens 3000.
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Zudem
ist die vorliegende Erfindung auf eine Abscheidung gerichtet, die
unter Verwendung des Salzschmelzbads erhalten wurde, das vorstehend
dargestellt wurde.
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Ferner
besitzt die Oberfläche
der erfindungsgemäßen Abscheidung
eine durchschnittliche Zehnpunkt-Rauhigkeit Rz (JIS B0601-1994)
von weniger als 10 μm.
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Zudem
ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung
einer Metallabscheidung einschließlich des Schrittes zum Abscheiden
mindestens einer Art von Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus Scandium, Yttrium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal,
Chrom, Molybdän,
Wolfram, Mangan, Technetium, Rhenium, und Lanthanoid ausgewählt ist,
gerichtet.
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In
dem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Metallabscheidung
kann ein Element, das zu dem Element des abgeschiedenen Metalls
identisch ist, zusätzlich
in das Salzschmelzbad zugeführt
werden.
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In
dem Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Metallabscheidung
wird mindestens eine Art von Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Scandium, Yttrium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob,
Tantal, Chrom, Molybdän,
Wolfram, Mangan, Technetium, Rhenium, und Lanthan besteht, unter der
Temperatur von höchstens
400°C für das Salzschmelzbad
abgeschieden.
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Effekt der
Erfindung
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Erfindungsgemäß kann ein
Salzschmelzbad, das leicht eine Abscheidung mit einer glatten Oberfläche bereitstellen
kann, eine Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads erhalten
wurde, und ein Verfahren zur Herstellung einer Metallabscheidung
unter Verwendung des Salzschmelzbads bereitgestellt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt
eine schematische Struktur eines Beispiels eines Geräts zur Durchführung von
Elektrolyse unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Salzschmelzbads dar.
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2 ist
eine schematische vergrößerte Schnittansicht
eines Beispiels für
eine Kathode, folgend auf die Anlegung einer Spannung über eine
Anode und Kathode, die in das erfindungsgemäße Salzschmelzbad eingetaucht
sind.
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3 ist
eine schematische vergrößerte Schnittansicht
eines Beispiels, folgend auf die Abscheidung eines Schwermetalls
auf die Oberfläche
der Kathode, die in 2 gezeigt wird.
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Beschreibung
der Bezugszeichen
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1 Elektrolyttank, 2 Salzschmelzbad, 3 Anode, 4 Kathode, 4a konkav, 4b konvex, 5 organisches
Polymer, 6 Abscheidung, 7 Referenzelektrode.
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Beste Ausführungsform
zum Durchführen
der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
wird nachstehend beschrieben. In den Zeichnungen der vorliegenden
Anmeldung stellen die gleichen Bezugszeichen gleiche oder entsprechende
Elemente dar.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Salzschmelzbad gerichtet, das
mindestens zwei Arten einschließt,
die aus der Gruppe ausgewählt
sind, die aus Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium,
Calcium, Strontium, und Barium; mindestens eine Art, die aus der
Gruppe ausgewählt
ist, die aus Fluor, Chlor, Brom, und Iod besteht; mindestens ein
Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Scandium,
Yttrium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom,
Molybdän,
Wolfram, Mangan, Technetium, Rhenium, und Lanthanoid (nachstehend
kann dieses Element auch als "Schwermetall" bezeichnet werden)
besteht; und ein organisches Polymer, das aus mindestens einer Art
aus einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung
und einer Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung
einschließt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass
eine Abscheidung eines Schwermetalls mit einer glatten Oberfläche basierend
auf einem Salzschmelzbad mit der vorstehend dargestellten Zusammensetzung
erhalten werden kann.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass die Elektrolyse eines geschmolzenen
Salzes einschließlich mindestens
zwei Arten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Halid
(Fluor, Chlor, Brom, oder Iod) eines vorbestimmten Alkalimetalls
(Lithium, Natrium, Kalium oder Rubidium) und eines Halids eines
vorbestimmten Erdalkalimetalls (Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium
oder Barium), und mindestens der Schwermetallverbindung, wie vorstehend
dargestellt, bei der niedrigen Temperatur von höchstens 400°C für das geschmolzene Salz durchgeführt werden
kann, und dass eine Abscheidung eines Schwermetalls in dem Salzschmelzbad
durch eine solche Elektrolyse erhalten werden kann.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass die Oberfläche der Schwermetallabscheidung
glatter gemacht werden kann, indem eine Elektrolyse in einem Salzschmelzbad
mit einem organischen Polymer, das mindestens eine Art einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung
und einer Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung
einschließt,
in dem vorstehend dargestellten, geschmolzenen Salz, das Elektrolyse
bei der Temperatur von höchstens
400°C ermöglicht,
durchgeführt
wird.
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Es
wird angenommen, dass die Oberfläche
der Schwermetallabscheidung aus nachstehend dargestelltem Grund
glatter gemacht wird.
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Das
erfindungsgemäße Salzschmelzbad
wird in einem Elektrolyttank 1, das in dem schematischen
Diagramm von 1 gezeigt wird, gelagert. Eine
Anode 3, eine Kathode 4, und eine Referenzelektrode 7 werden in
ein Salzschmelzbad 2, das in einem Elektrolysetank 1 gehalten
wird, eingetaucht. Ein Strom wird über die Anode 3 und
die Kathode 4 zur Elektrolyse im Salzschmelzbad 2 geleitet,
wodurch Schwermetall im Salzschmelzbad 2 auf der Oberfläche der
Kathode 4 abgeschieden wird.
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Da
die Oberfläche
der in das erfindungsgemäße Salzschmelzbad
eingetauchten Kathode geringfügig rau
ist, wird die Anlegung einer Spannung über die Anode und Kathode eine
Absorption von vielen organischen Polymeren 4, die Dipole
mit mindestens einer Bindung aus Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoff
und Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoff an einem konvexen Teil 4b der
Kathode 4 hervorrufen, wie in der schematischen vergrößerten Schnittansicht
von 2 gezeigt. Dies beruht auf der Tatsache, dass
organische Polymere 4, die Dipole enthalten, in dem Salzschmelzbad
mit Priorität
an dem konvexen Teil 4b mit hoher Stromdichte adsorbiert
werden.
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Anschließend zur
Adsorption von organischen Polymeren 5 wird die Abscheidung
von Schwermetall an dem konvexen Teil 4b der Kathode 4 mehr
als an dem konkaven Teil 4a der Kathode 4 aufgrund
der Reduktionsreaktion von Schwermetallionen unterdrückt. Dies
ist der Grund, warum die Oberfläche
der Schwermetallabscheidung 6 auf der Oberfläche der
Kathode 4 glatt ist, wie durch die schematische vergrößerte Schnittansicht
von 3 gezeigt.
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Beispiele
für ein
erfindungsgemäß verwendetes
organisches Polymer sind Polyethylenglycol, Polypropylenglycol,
oder ein Copolymer aus Polyethylenglycol und Polypropylenglycol,
das eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung besitzt, oder
Polyamin oder Polyethylenimin, das eine Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung
besitzt.
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Ferner
beträgt
das Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht des organischen Polymers,
das erfindungsgemäß verwendet
wird, vorzugsweise mindestens 3000. In diesem Fall steigt die Zersetzungstemperatur
des organischen Polymers an, so dass eine Zersetzung in dem Salzschmelzbad
unterdrückt
werden kann. Darüber
hinaus gibt es die Tendenz, dass Elektronen in dem organischen Polymer
durch die Länge
der Molekülkette
lokalisiert sind. So gibt es eine Tendenz, dass die Adsorption von
organischen Polymeren an dem konvexen Teil der Kathode erleichtert
wird.
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Das
organische Polymer wird vorzugsweise so vermischt, dass das erfindungsgemäße geschmolzene Salzband
mindestens 0,0001 Massen-% und nicht mehr als 1 Massen-% organisches
Polymer enthält.
Wenn das organische Polymer in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad vermischt
wird, um weniger als 0,0001 Massen-% zu entsprechen, gibt es die
Tendenz, dass der Effekt einer glatten Oberfläche für die Abscheidung schwer erhalten
wird, da die Menge von auf dem konvexen Teil der Abscheidungsoberfläche adsorbierten,
organischen Polymeren unzureichend ist. Wenn das organische Polymer
in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
vermischt wird, um mehr als 1 Massen-% zu entsprechen, gibt es die
Tendenz der Adsorption an einer Stelle, die sich von dem konvexen
Teil der Abscheidungsoberfläche
unterscheidet, wobei ein Eutektoid induziert wird, d.h. die Einführung von
organischen Polymeren in die Abscheidung, um zur Bildung von vielen Hohlräumen in
der Abscheidung zu führen.
Ferner gibt es in dem Fall, dass das organische Polymer in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
mehr als 1 Massen-% entspricht, die Tendenz, dass die Viskosität des Salzschmelzbads
höher wird,
um das Streuen der Metallionen in dem Salzschmelzbad herabzusetzen.
Es besteht die Tendenz, dass die Abscheidung einen Dentritform annimmt.
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Ferner
gibt es in dem Fall, dass das erfindungsgemäße Salzschmelzbad mit mindestens
einer Art von Halid (Fluor, Chlor, Brom oder Iod) hergestellt wird,
das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Aluminium, Zink, und Zinn besteht, die vermischt sind,
eine Tendenz, dass der Schmelzpunkt des erfindungsgemäßen Salzschmelzbads
herabgesetzt wird, und so die Temperatur des Salzschmelzbads zur
Zeit der Elektrolyse weiter verringert wird. In diesem Fall enthält das erfindungsgemäße Salzschmelzbad
Aluminium, Zink, oder Zinn. Mindestens eine Art von Halid, das aus
der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Aluminium, Zink, und Zinn besteht, wird vorzugsweise
vermischt, so dass der Gesamtgehalt von Aluminium, Zink und Zinn
in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
mindestens 0,01 mol% und nicht mehr als die Sättigungsmenge beträgt. In dem
Fall, dass mindestens eine Art von Halid, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Aluminium, Zink und Zinn besteht, vermischt wird, so dass
der Gesamtgehalt von Aluminium, Zink und Zinn in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
weniger als 0,01 mol% beträgt,
wird die Gesamtmenge von Aluminium, Zink und Zinn so gering hinsichtlich
des Stroms zur Elektrolyse des Salzschmelzbads sein, dass der meiste
Strom bei der Zersetzung der Feuchtigkeit in dem Salzschmelzbad
verwendet werden wird. Es gibt eine Tendenz der signifikanten Verschlechterung
der Effizienz des Stroms, der zur Erzeugung einer Abscheidung verwendet
wird.
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Ferner
kann in dem Fall, dass mindestens ein Element, das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Chrom, Wolfram und Molybdän besteht, in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
eingeschlossen ist, mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Chrom, Wolfram und Molybdän besteht, abgeschieden werden.
Daher kann eine Abscheidung, die eine hohe Wärmebeständigkeit und Haltbarkeit besitzt, erhalten
werden. Mindestens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Chrom, Wolfram und Molybdän besteht, wird vorzugsweise
vermischt, so dass der Gesamtgehalt von Chrom, Wolfram und Molybdän in dem
erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
mindestens 0,01 mol% und nicht mehr als die Sättigungsmenge beträgt. Wenn
mindestens eine Art von Element, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Chrom, Wolfram und Molybdän besteht, vermischt wird,
so dass die Gesamtmenge von Chrom, Wolfram und Molybdän in dem
erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
weniger als 0,01 mol% beträgt,
wird die Gesamtmenge von Chrom, Wolfram und Molybdän hinsichtlich
des Stroms zur Elektrolyse des Salzschmelzbads so gering werden,
dass der meiste Strom zur Zersetzung der Feuchtigkeit in dem Salzschmelzbad
verwendet wird. Daher gibt es eine Tendenz der signifikanten Verringerung
der Effizienz des Stroms, der zur Erzeugung einer Abscheidung verwendet
wird.
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Die
Form von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Beryllium, Magnesium,
Calcium, Strontium, Barium, Fluor, Chlor, Brom, Iod, Scandium, Yttrium,
Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niobium, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram,
Mangan, Technetium, Rhenium, Lanthan, Aluminium, Zink oder Zinn,
die in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
enthalten sein kann, ist nicht besonders begrenzt. Diese Elemente
können
z. B. als Ionen oder in einer Form, die einen Komplex zusammensetzt,
in dem Salzschmelzbad vorhanden sein. Das Vorhandensein dieser Elemente
kann nachgewiesen werden, indem eine ICP (induktiv gekoppelte Plasmaspektrometrie)-Analyse
einer Probe durchgeführt
wird, die durch Auflösen
des erfindungsgemäßen Salzschmelzbads
in Wasser hergestellt wurde.
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Ferner
kann das Vorhandensein eines organischen Polymers mit mindestens
einer Art aus einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung und einer Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung
in dem erfindungsgemäßen Salzschmelzbad
nachgewiesen werden, indem eine FT-IR (Fourier Transform-Spektroskopie)-Analyse
einer Probe durchgeführt
wird, die durch Auflösen
des erfindungsgemäßen Salzschmelzbads
in Wasser hergestellt wurde.
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Durch
Verwendung des vorstehend dargestellten, erfindungsgemäßen Salzschmelzbads
wird eine Elektrolyse eines Salzschmelzbads bei der niedrigen Temperatur
von weniger als 400°C
für das
Salzschmelzbad möglich.
Daher kann sogar in dem Fall, dass eine Elektroformungsform mit
einem Resistmuster, das durch Richten eines Röntgenstrahls auf Harz, wie
etwa Polymethylmethacrylat (PMMA), auf einem leitenden Substrat
erzeugt wurde, als die Kathode in das Salzschmelzbad eingetaucht
wird, eine durch die Temperatur des Salzschmelzbads hervorgerufene
Deformierung des Resistmusters unterdrückt werden.
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Beispiele
für ein
leitendes Substrats sind ein Substrat, das aus einem Metall allein
oder einer Legierung erzeugt wurde, ein Substrat mit einer Beschichtung
aus einem leitenden Metall oder dergleichen, das auf ein nicht-leitendes
Substrat, wie etwa Glas und dergleichen aufgetragen wurde. Auf den
ausgesetzten Teil der Oberfläche
des leitenden Substrats, wo kein Resistmuster gebildet wird, wird
das Schwermetall in dem Salzschmelzbad durch die Elektrolyse des
Salzschmelzbads abgeschieden. Die so erhaltene Abscheidung wird
z. B. in einer Kontaktmesssonde, Micro-Connector, Micro-Relay, oder
verschiedenen Sensorkomponenten verwendet. Die Abscheidung wird
auch für
RFMEMS (Radio Frequency Micro Electro Mechanical System), wie etwa
ein variabler Kondensator, Induktor, Array, oder Antenne, optische
MEMS-Elemente, Tintenstrahlköpfe, Elektroden
in Biosensoren, MEMS-Leistungselemente (wie etwa eine Elektrode)
oder dergleichen verwendet.
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Wenn
die Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung signifikant ist, besteht angesichts der Anwendung auf
einen relativ dicken Beschichtungsfilm oder Elektroformen besteht
für die
erfindungsgemäße Abscheidung eine
hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Abscheidung in dem Erzeugungsverfahren
hierfür
einen Hohlraum enthält.
Daher besitzt die Oberfläche
der erfindungsgemäßen Abscheidung
vorzugsweise eine durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit Rz (JIS
B0601-1994) von weniger als 10 μm.
Weiter bevorzugt beträgt
die durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit Rz der Oberfläche der
erfindungsgemäßen Abscheidung
weniger als 1 μm.
Die Oberflächenglattheit
der Abscheidung kann in dem Fall kritisch sein, dass die erfindungsgemäße Abscheidung als
der Plattierfilm zur Oberflächenbeschichtung
verwendet wird. Dies beruht darauf, dass bei Verwendung der Abscheidung
als ein Plattierfilm zur Oberflächenbeschichtung
einer mikroskopischen Komponente es schwierig sein wird, die Abscheidung
nach deren Erzeugung zu polieren.
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Beispiel
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(Beispiel 1)
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Die
Pulver von LiBr (Lithiumbromid), KBr (Kaliumbromid) und CsBr (Cäsiumbromid)
wurden jeweils in einer Glovebox bzw. Handschuhkasten unter Ar (Argon)
Atmosphäre
abgewogen, und so eine eutektische Zusammensetzung mit dem Molverhältnis von
56,1:18,9:25,0 erreicht. Dann wurde das Pulver in einen Aluminiumoxidtiegel
in der gleichen Glovebox platziert.
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Ferner
wurde das Pulver von CrCl2 (Chromdichlorid)
in der gleichen Glovebox abgewogen, so dass CrCl2 2,78
mol hinsichtlich der 100 mol Mischung von LiBr und KBr und CsBr
betrug, die in dem vorstehend erwähnten Aluminiumoxidtiegel gelagert
wurden. Das CrCl2 Pulver wurde in dem vorstehend
erwähnten
Aluminiumoxidtiegel platziert.
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Dann
wurde der Aluminiumoxidtiegel mit LiBr, KBr, CsBr and CrCl2 in der vorstehend dargestellten Glovebox
erhitzt, so dass das Pulver in dem Aluminiumoxidtiegel schmolz.
So wurden 150 g geschmolzenes Salz hergestellt. 0,0195 g Polyethylenglycol
(PEG) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 20 000 wurde zu
dem geschmolzenen Salz gegeben, um das Salzschmelzbad von Beispiel
1 zu vervollständigen.
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In
diesem Salzschmelzbad von Beispiel 1 wurde eine Nickelplatte mit
dem Oxid an der Oberfläche, das
durch eine NaHF2 enthaltene Lösung entfernt
wurde, als die Kathode eingetaucht und ein Chromstab wurde als die
Anode in die vorstehend dargestellte Glovebox eingetaucht. Zudem
wurde eine Ag+/Ag Elektrode als eine Referenzelektrode eingetaucht.
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Die
Elektrolyse mit konstantem Strom wurde für 2 Stunden bei dem Potential
von 50 mV, das niedriger als das Schwellenpotential des Reduktionsstroms
war, das durch Abscheidung von Cr (Chrom) unter dem Zustand hervorgerufen
wurde, dass die Temperatur des Salzschmelzbads bei 250°C gehalten
wurde, wodurch Cr auf die Oberfläche
der Mikroplatte, die als die Kathode qualifiziert war, abgeschieden
wurde. Die vorstehend erwähnte
Elektrolyse bei konstantem Strom wurde durchgeführt, während zusätzlich CrCl2 Pulver
auf geeignete Weise in das Salzschmelzbad zugeführt wurde. Daher ist ein zu
dem Abgeschiedenem identisches Element zusätzlich in das Salzschmelzbad
von Beispiel 1 zugegeben worden.
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Dann
wurde die einer Cr-Abscheidung unterzogenen Nickelplatte aus der
Glovebox in die Atmosphäre entnommen.
Die Oberflächenrauhigkeit
der Cr-Abscheidung wurde bewertet. Das Ergebnis wird in Tabelle
1 gezeigt. Die Bewertung der Oberflächenrauhigkeit der Cr-Abscheidung
wurde unter Verwendung eines Lasermikroskops (Typ " VK-8500" von Keyence Co.)
durchgeführt.
Ein niedrigerer Wert für
die in 1 gezeigte Oberflächenrauhigkeit stellt eine
Abscheidung mit einer glatteren Oberfläche dar. Die in Tabelle 1 gezeigte Oberflächenrauhigkeit
entspricht einer durchschnittlichen Zehnpunktrauhigkeit Rz (JIS
B0601-1994).
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit Rz an der Oberfläche der
Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von Beispiel
1 erhalten wurde, betrug 1 μm,
wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiel 2)
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Ein
Salzschmelzbad von Beispiel 2 wurde auf eine Weise hergestellt,
die ähnlich
zu derjenigen von Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass 0,0705
g Polyethylenglycol (PEG) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht
von 20 000 zugegeben wurde. Cr wurde auf der Oberfläche der
Nickelplatte, die als der Kathode qualifiziert war, abgeschieden,
und die Bewertung wurde ähnlich
wie diejenige von Beispiel 1 für die
Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrug 0,5 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Beispiel 2 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiel 3)
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Ein
Salzschmelzbad von Beispiel 3 wurde auf eine Weise hergestellt,
die ähnlich
zu derjenigen von Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass 0,0225
g Polyethylenglycol (PEG) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht
von 100 000 zugegeben wurde. Cr wurde auf der Oberfläche der
Mikroplatte, die als die Kathode qualifiziert war, abgeschieden,
und die Bewertung wurde ähnlich
zu derjenigen von Beispiel 1 für die
Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrug 0,91 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Beispiel 3 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiel 4)
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Ein
Salzschmelzbad von Beispiel 4 wurde auf die gleiche Weise wie dasjenige
von Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 0,048 g Polyethylenglycol
(PEG) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 100 000
zugegeben wurde. Cr wurde auf die Oberfläche der Mikroplatte, die als
die Kathode qualifiziert war, abgeschieden, und die Bewertung wurde ähnlich zu
derjenigen von Beispiel 1 für
die Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrug 0,82 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Beispiel 4 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiel 5)
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Ein
Salzschmelzbad von Beispiel 5 wurde auf eine Weise die ähnlich zu
derjenige von Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass 0,0855 g Polyethylenglycol
(PEG) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 100 000
zugegeben wurde. Cr wurde auf die Oberfläche der Mikroplatte, die als
die Kathode qualifiziert war, abgeschieden, und die Bewertung wurde ähnlich zu
derjenigen von Beispiel 1 für
die Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrugt 0,75 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Beispiel 5 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Beispiel 6)
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Ein
Salzschmelzbad von Beispiel 6 wurde auf eine Weise, die ähnlich zu
derjenige von Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass 0,0045 g Polyethylenimin
(PEI) mit einem Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht von 750 000
anstelle von Polyethylenglycol zugegeben wurde. Cr wurde auf die
Oberfläche
der Mikroplatte, die als die Kathode qualifiziert war, abgeschieden,
und eine Bewertung, die ähnlich
zu derjenigen von Beispiel 1 war, wurde für die Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrugt 0,46 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Beispiel 6 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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(Vergleichsbeispiel)
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Ein
Salzschmelzbad von Vergleichsbeispiel 1 wurde auf eine Weise, die ähnlich zu
derjenige von Beispiel 1 war, mit der Ausnahme, dass ein organisches
Polymer, wie etwa Polyethylenglycol (PEG), nicht zugegeben wurde.
Cr wurde auf die Oberfläche
der Mikroplatte, die als die Kathode qualifiziert war, in das Salzschmelzbad
von Vergleichsbeispiel 1 eingetaucht, und eine Bewertung, die ähnlich zu
derjenigen von Beispiel 1 war, wurde für die Oberflächenrauhigkeit
der Abscheidung durchgeführt.
Das Ergebnis wird in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit (Rz) betrug 10 μm an der
Oberfläche
der Cr-Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, besaßen
alle Cr-Abscheidungen, die unter Verwendung der geschmolzenen Salzbäder von
Beispielen 1 bis 6 erhalten wurden, die Polyethylenglycol (PEG)
oder Polyethylenimin (PEI) enthielten, eine durchschnittliche Zehnpunktrauhigkeit
Rz, die unterhalb 1 μm
liegt. Es wurde bestätigt,
dass die Oberfläche
glatter als die Oberfläche
der Cr-Abscheidung war, die unter Verwendung des Salzschmelzbads von
Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurde, das vollständig frei von einem organischen
Polymer, wie etwa Polyethylenglycol (PEG) ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen und Beispiele,
die hierin offenbart werden, der Veranschaulichung dienen, und in
jeder Hinsicht nicht beschränkend
sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird stärker durch
die Ausdrücke
der Ansprüche
als die vorstehende Beschreibung definiert, und es ist beabsichtigt,
eine beliebige Modifikation innerhalb des Umfangs und der Bedeutung,
die den Ausdrücken des
Anspruchs entspricht, einzuschließen.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Durch
das erfindungsgemäße Salzschmelzbad
kann eine Abscheidung mit einer glatten Oberfläche erhalten werden.
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Zusammenfassung
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Ein
Salzschmelzbad schließt
mindestens zwei Arten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lithium,
Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium,
Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, und Barium besteht; mindestens
eine Art, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fluor, Chlor,
Brom, und Iod besteht; mindestens ein Element, das aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die Scandium, Yttrium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob,
Tantal, Chrom, Molybdän,
Wolfram, Mangan, Technetium, Rhenium und Lanthanoid besteht; und
ein organisches Polymer mit mindestens einer Art aus einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Kohlenstoffbindung
und einer Kohlenstoff-Stickstoff-Kohlenstoffbindung
ein. Eine Abscheidung, die unter Verwendung des Salzschmelzbads erhalten
wurde, und ein Verfahren zur Herstellung einer Metallabscheidung
unter Verwendung des Salzschmelzbads werden bereitgestellt.
