JP2000147207A - Production of functionally gradient material - Google Patents

Production of functionally gradient material

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JP2000147207A
JP2000147207A JP10317753A JP31775398A JP2000147207A JP 2000147207 A JP2000147207 A JP 2000147207A JP 10317753 A JP10317753 A JP 10317753A JP 31775398 A JP31775398 A JP 31775398A JP 2000147207 A JP2000147207 A JP 2000147207A
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JP
Japan
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electrodes
substrate
gas
thin film
continuously
Prior art date
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JP10317753A
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Japanese (ja)
Inventor
Motokazu Yuasa
基和 湯浅
Hideki Hayashi
秀樹 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously coat even a long-sized substrate with a functionally gradient thin film and to form the thin film at a high speed without requiring a high degree of vacuum by carrying out plasma discharge under a pressure close to atmospheric pressure. SOLUTION: Two different gases are introduced into the gap between opposite electrodes 3, 4 while continuously transferring a substrate 5 between the electrodes 3, 4 under a pressure close to atmospheric pressure. One of the gases is introduced from the substrate inlet side and the other from the substrate outlet side. Plasma discharge treatment is carried out by impressing voltage between the electrodes 3, 4 to form a thin film whose composition varies continuously in the thickness direction on the substrate 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、傾斜機能材料の製
造方法に関する。
[0001] The present invention relates to a method for producing a functionally gradient material.

【0002】[0002]

【従来の技術】傾斜機能材料は新しい概念に基づく材料
であり、電気・磁気、光学、化学、生体・医学、航空・
宇宙等の広い分野で応用が望まれている。上記傾斜機能
材料は、PVD、CVD等の気相合成法等を利用して製
造されている。上記傾斜機能材料は、クラック防止や基
材への密着性の向上手段として効果的であることは公知
である。そこで、近年、屈折率を連続的に変化させ新し
い光学材料への応用が報告されつつある。
2. Description of the Related Art Functionally graded materials are materials based on a new concept, such as electric / magnetic, optical, chemical, biological / medical, aviation /
Application is desired in a wide field such as space. The functionally graded material is manufactured using a vapor phase synthesis method such as PVD or CVD. It is known that the functionally graded material is effective as a means for preventing cracks and improving the adhesion to a substrate. Therefore, in recent years, applications to new optical materials by continuously changing the refractive index have been reported.

【0003】また、カラーディスプレイの普及に伴い、
高い解像度が要求されており、光の干渉を利用した多層
の蒸着膜やCVD膜を被覆した反射防止機能が付与され
たものが実用化されている。しかし、これらの多層被覆
膜による反射防止膜は、その形成コストが高いため、限
られた高級品種のみに適用されているのが現状であり、
高性能の反射防止膜を低コストで得ることが課題となっ
ている。
[0003] With the spread of color displays,
A high resolution is required, and a multi-layer deposited film utilizing light interference or a film coated with a CVD film and provided with an antireflection function has been put to practical use. However, antireflection coatings made of these multi-layer coatings are currently applied only to a limited number of high-grade products due to their high formation costs.
The challenge is to obtain a high-performance antireflection film at low cost.

【0004】例えば、プラスチック基材上にプラズマC
VD法でハードコート層を形成するにあたり、プラスチ
ック基材と接触する部位の屈折率が略等しく、厚さ方向
に向かって連続的に低下させることにより反射率を広域
にわたり減少させる方法(特開平7─56002号公
報)が提案されている。
[0004] For example, a plasma C
In forming a hard coat layer by the VD method, a method of reducing the reflectance over a wide area by continuously lowering the refractive index at a portion in contact with the plastic substrate in the thickness direction (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. No. 56002) has been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法
は、プラズマCVD法でハードコート層を形成するにあ
たり、高度の真空度が必要となり、特に長尺品に連続的
に薄膜を形成できないという欠点があった。さらに、大
気圧近傍でプラズマ放電を行うと、基材への損傷が大き
いため、耐熱性の低い基材上への薄膜形成には適用でき
なかった。
However, the above-mentioned method requires a high degree of vacuum when forming a hard coat layer by a plasma CVD method, and in particular, cannot form a thin film continuously on a long product. was there. Further, when plasma discharge is performed near atmospheric pressure, damage to the substrate is large, so that it cannot be applied to the formation of a thin film on a substrate having low heat resistance.

【0006】本発明は上記の課題を解決し、長尺基材で
も連続的に傾斜機能薄膜を被覆でき、且つ、高度の真空
度を必要とせず、大気圧近傍でプラズマ放電を行うこと
により、高速で薄膜を形成できる傾斜機能材料の製造方
法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, and enables continuous coating of a functionally graded thin film even on a long base material, and does not require a high degree of vacuum, and performs plasma discharge near atmospheric pressure. It is an object of the present invention to provide a method for producing a functionally gradient material capable of forming a thin film at high speed.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の傾斜機能材料の
製造方法は、大気圧近傍の圧力下で、対向する電極間に
基材を連続的に移動させながら、該電極間に2種類の異
なるガスを、一方は基材入口側から、他方は基材出口側
から電極間に導入し、電極間に電圧を印加することによ
り放電プラズマ処理を行って、上記基材上に、組成が厚
み方向で連続的に変化する薄膜を形成するものである。
According to the present invention, there is provided a method for producing a functionally graded material, comprising the steps of: Different gases are introduced between the electrodes, one from the base material inlet side and the other from the base material outlet side, and a discharge plasma treatment is performed by applying a voltage between the electrodes. It forms a thin film that changes continuously in the direction.

【0008】本発明において大気圧近傍の圧力下とは、
100〜800Torrの圧力下を指す。圧力調整が容
易で、装置が簡便になる700〜780Torrの範囲
が好ましい。
In the present invention, the term “under a pressure near the atmospheric pressure” refers to
Refers to a pressure of 100 to 800 Torr. The pressure is preferably in the range of 700 to 780 Torr, which facilitates pressure adjustment and makes the apparatus simple.

【0009】本発明において使用される対向する電極と
しては、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、
真鍮等の合金、金属間化合物等からなるものが挙げられ
る。上記対向する電極は、電界集中によるアーク放電の
発生を避けるために、対向電極間の距離が略一定となる
構造であることが好ましい。この条件を満たす電極構造
としては、平行平板型、円筒対向平板型、球対向平板
型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙げられ
る。
The opposing electrodes used in the present invention include simple metals such as copper and aluminum, stainless steel, and the like.
Examples include alloys such as brass, and intermetallic compounds. It is preferable that the opposed electrodes have a structure in which the distance between the opposed electrodes is substantially constant in order to avoid occurrence of arc discharge due to electric field concentration. Examples of an electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylindrical opposed plate type, a spherical opposed plate type, a hyperboloid opposed plate type, and a coaxial cylindrical structure.

【0010】さらに、通常、当該電極の対向面の少なく
とも一方に固体誘電体が設置されている装置において行
われる。この場合プラズマが発生する部位は、上記電極
の一方に固体誘電体を設置した場合は、固体誘電体と電
極の間、上記電極の双方に固体誘電体を設置した場合
は、固体誘電体同士の間の空間である。
[0010] Further, it is usually carried out in a device in which a solid dielectric is provided on at least one of the opposing surfaces of the electrodes. In this case, the portion where the plasma is generated is located between the solid dielectric and the electrode when a solid dielectric is provided on one of the electrodes, and between the solid dielectrics when the solid dielectric is provided on both of the electrodes. The space between them.

【0011】上記固体誘電体の材質としては、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の
プラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化
物、チタン酸バリウム等の複酸化物等が挙げられる。
Examples of the material of the solid dielectric include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate. And the like.

【0012】上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、
印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮し
て決定されるが、1〜50mmであることが好ましい。
1mm未満では、電極間の間隔を置いて設置するのに充
分でない。50mmを超えると、均一な放電プラズマを
発生させることが困難である。
The distance between the electrodes is determined by the thickness of the solid dielectric,
It is determined in consideration of the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing the plasma, and the like, and is preferably 1 to 50 mm.
If it is less than 1 mm, it is not enough to place the electrodes at intervals. If it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0013】本発明において使用される基材としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラ
フルオロエチレン、アクリル樹脂等のプラスチック、ガ
ラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状と
しては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、特
にこれらに限定されない。本発明の表面処理方法によれ
ば、様々な形状を有する基材の処理に容易に対応するこ
とができる。
The substrate used in the present invention includes:
Examples thereof include plastics such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, and acrylic resin, glass, ceramic, and metal. Examples of the shape of the substrate include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited thereto. According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to easily cope with the treatment of substrates having various shapes.

【0014】本発明においては、2種類の異なるガス
を、一方は基材入口側から、他方は基材出口側から電極
間に導入し、基材に対して、入口側から導入されたガス
により、第1の金属酸化物皮膜が積層され、その上に、
出口側から導入されたガスにより、第2の金属酸化物皮
膜が積層される。2種類のガスは電極間で濃度勾配をも
って混合されているので、得られた薄膜は組成が連続的
に変化したものとなる。
In the present invention, two types of different gases are introduced between the electrodes, one from the base material inlet side and the other from the base material outlet side. , A first metal oxide film is laminated thereon,
The second metal oxide film is laminated by the gas introduced from the outlet side. Since the two gases are mixed with a concentration gradient between the electrodes, the resulting thin film has a continuously changing composition.

【0015】上記薄膜を形成するにあたり、電極間に電
圧を印加することにより放電プラズマ処理を行うための
気体(以下、反応ガスという。)の選択により任意の処
理が可能である。
In forming the thin film, any treatment can be performed by selecting a gas (hereinafter, referred to as a reaction gas) for performing a discharge plasma treatment by applying a voltage between the electrodes.

【0016】形成される薄膜を、金属又はその化合物と
したい場合には、有機金属化合物、金属水素化物、金属
ハロゲン化物が使用される。
When a thin film to be formed is made of a metal or a compound thereof, an organic metal compound, a metal hydride or a metal halide is used.

【0017】上記金属としては、例えば、Al、As、
Bi、B、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Ga、G
e、Au、In、Ir、Hf、Fe、Pb、Li、N
a、Mg、Mn、Hg、Mo、Ni、P、Pt、Po、
Rh、Sb、Se、Si、Sn、Ta、Te、Ti、
V、W、Y、Zn、Zr等の金属が挙げられ、これらは
単独で使用されてもよいし、2種類以上併用されてもよ
い。
Examples of the metal include Al, As,
Bi, B, Ca, Cd, Cr, Co, Cu, Ga, G
e, Au, In, Ir, Hf, Fe, Pb, Li, N
a, Mg, Mn, Hg, Mo, Ni, P, Pt, Po,
Rh, Sb, Se, Si, Sn, Ta, Te, Ti,
Examples include metals such as V, W, Y, Zn, and Zr, which may be used alone or in combination of two or more.

【0018】上記金属がSiである場合、例えば、テト
ラメチルシラン〔Si(CH3)4]、ジメチルシラン〔S
i(CH3)22]、テトラエチルシラン〔Si(C25)
4]等の有機金属化合物;4フッ化珪素(SiF4)、4塩
化珪素(SiCl4)、2塩化珪素(SiH2Cl2)等の
金属ハロゲン化合物;モノシラン(SiH4)、ジシラン
(SiH3SiH3)、トリシラン(SiH3SiH2Si
3)等の金属水素化合物;テトラメトキシシラン〔Si
(OCH3)4]、テトラエトキシシラン〔Si(OC
25)4]、トリエトキシメチルシラン〔SiCH3(OC2
5)] 等の金属アルコキシドなどが挙げられる。これら
は単独で使用されてもよいし、2種類以上併用されても
よい。
When the metal is Si, for example, tetramethylsilane [Si (CH 3 ) 4 ], dimethylsilane [S
i (CH 3 ) 2 H 2 ], tetraethylsilane [Si (C 2 H 5 )
4 ] and the like; metal halide compounds such as silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silicon chloride (SiCl 4 ) and silicon chloride (SiH 2 Cl 2 ); monosilane (SiH 4 ), disilane (SiH 3 ) SiH 3 ), trisilane (SiH 3 SiH 2 Si)
H 3 ) and other metal hydrogen compounds; tetramethoxysilane [Si
(OCH 3 ) 4 ], tetraethoxysilane [Si (OC
2 H 5 ) 4 ], triethoxymethylsilane [SiCH 3 (OC 2
H 5 )] and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

【0019】上記金属がTiである場合、例えば、テト
ラメチルチタン〔Ti(CH3)4]、ジメチルチタン〔T
i(CH3)22]、テトラエチルチタン〔Ti(C25)
4]等の有機金属化合物;4フッ化珪素(TiF4)、4塩
化珪素(TiCl4)、2塩化珪素(TiH2Cl2)等の
金属ハロゲン化合物;モノチタン(TiH4)、ジチタン
(TiH3TiH3)、トリチタン(TiH3TiH2Ti
3)等の金属水素化合物;テトラメトキシチタン〔Ti
(OCH3)4]、テトライソプロポキシチタン〔Ti(O
CH3CHCH3)4]等の金属アルコキシドなどが挙げら
れる。これらは単独で使用されてもよいし、2種類以上
併用されてもよい。上記の金属含有ガスに於いて、安全
性を考慮して、金属アルコキシドや金属ハロゲン化合物
などの常温、大気中で発火、爆発など危険性がないもの
が好ましく、腐食性、有害ガスの発生の点から、金属ア
ルコキシドが好適に使用される。
When the metal is Ti, for example, tetramethyl titanium [Ti (CH 3 ) 4 ], dimethyl titanium [T
i (CH 3 ) 2 H 2 ], tetraethyl titanium [Ti (C 2 H 5 )
4] an organometallic compound such as; 4 silicon fluoride (TiF 4), 4 silicon tetrachloride (TiCl 4), metal halide compounds such as 2 silicon tetrachloride (TiH 2 Cl 2); Mono titanium (TiH 4), Jichitan (TiH 3 TiH 3 ), trititanium (TiH 3 TiH 2 Ti)
H 3) metal hydride such as; tetramethoxy titanium [Ti
(OCH 3 ) 4 ], tetraisopropoxy titanium [Ti (O
CH 3 CHCH 3 ) 4 ]. These may be used alone or in combination of two or more. Among the above-mentioned metal-containing gases, in consideration of safety, it is preferable that there is no danger of ignition or explosion in the atmosphere, such as metal alkoxides and metal halides, at normal temperature and in the air. Thus, metal alkoxides are preferably used.

【0020】上記の金属含有ガスが気体であれば、放電
空間にそのまま導入することができるが、液体、固体状
であれば、気化装置を経て放電空間に導入すればよい。
このような処理ガスを用いることによりSiO2 、Ti
2 、SnO2 等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表
面に電気的、光学的機能を与えることが出来る。
If the metal-containing gas is a gas, it can be introduced into the discharge space as it is. If it is liquid or solid, it can be introduced into the discharge space via a vaporizer.
By using such a processing gas, SiO 2 , Ti
By forming a thin film of a metal oxide such as O 2 or SnO 2 , electrical and optical functions can be imparted to the substrate surface.

【0021】経済性及び安全性の観点から、上記反応ガ
ス単独の雰囲気よりも、希釈ガスで薄められた雰囲気中
で処理を行うことが好ましい。希釈ガスとしては、例え
ば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガ
ス、窒素ガス等が挙げられ、これらは単独で使用されて
もよいし、2種類以上併用されてもよい。又、希釈ガス
を用いる場合、反応ガスの割合は1〜10体積%である
ことが好ましい。また、反応ガスとして金属アルコキシ
ドを使用する場合には、有機成分が少ない緻密な金属酸
化物薄膜を形成するためには、酸素ガスが添加されるの
が好ましい。この場合、酸素ガスは金属アルコキシドの
10体積%以上であることが好ましい。
From the viewpoint of economy and safety, it is preferable to carry out the treatment in an atmosphere diluted with a diluent gas, rather than in the atmosphere of the reaction gas alone. Examples of the diluting gas include rare gases such as helium, neon, argon, and xenon, and nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more. When a diluent gas is used, the ratio of the reaction gas is preferably 1 to 10% by volume. When a metal alkoxide is used as a reaction gas, it is preferable to add an oxygen gas in order to form a dense metal oxide thin film having few organic components. In this case, the oxygen gas is preferably at least 10% by volume of the metal alkoxide.

【0022】さらに、上記反応ガスとしてフッ素含有化
合物ガスを用いることによって、基材表面にフッ素含有
重合膜を形成させて表面エネルギーを低くし、撥水性表
面を得ることが出来る。
Further, by using a fluorine-containing compound gas as the above-mentioned reaction gas, a fluorine-containing polymer film can be formed on the surface of the substrate to lower the surface energy and obtain a water-repellent surface.

【0023】また、分子内に親水性基と重合性不飽和結
合を有するモノマーの雰囲気下で処理を行うことによ
り、親水性の重合膜を堆積させることもできる。
Further, by performing the treatment in an atmosphere of a monomer having a hydrophilic group and a polymerizable unsaturated bond in the molecule, a hydrophilic polymer film can be deposited.

【0024】尚、上述したように、雰囲気ガス(反応ガ
ス)としては電子を多く有する化合物のほうがプラズマ
密度を高め高速処理を行う上で有利である。しかし、ア
ルゴン又は窒素が、入手が容易で、安価である点で好適
である。
As described above, a compound having more electrons is more advantageous as the atmospheric gas (reactive gas) in increasing the plasma density and performing high-speed processing. However, argon or nitrogen is preferred in that it is easily available and inexpensive.

【0025】また、経済性及び安全性の観点から、上記
反応ガスが不活性ガスによって希釈された雰囲気中で処
理を行うことが好ましい。不活性ガスとしては、ヘリウ
ムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス等の
希ガスや、窒素ガスなどが挙げられる。これらは単独で
も2種以上を混合して用いてもよい。
From the viewpoint of economy and safety, it is preferable to perform the treatment in an atmosphere in which the above-mentioned reaction gas is diluted with an inert gas. Examples of the inert gas include rare gases such as helium gas, neon gas, argon gas, and xenon gas, and nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more.

【0026】また、希釈ガスを用いる場合、反応ガスの
割合は1〜10体積%であることが好ましい。
When a diluent gas is used, the ratio of the reaction gas is preferably 1 to 10% by volume.

【0027】なお、上述したように、雰囲気ガスとして
は電子を多く有する化合物のほうがプラズマ密度を高め
高速処理を行う上で有利である。よって入手の容易さと
経済性、処理速度を考慮した上で最も望ましい選択は、
アルゴン及び/又は窒素を希釈ガスとして含有する雰囲
気である。
As described above, a compound having more electrons is more advantageous as the atmospheric gas in increasing the plasma density and performing high-speed processing. Therefore, the most desirable choice in consideration of availability, economy, processing speed,
This is an atmosphere containing argon and / or nitrogen as a diluent gas.

【0028】本発明においては、上記電極間に印加され
る電界がパルス化されたものが好ましい。このようにす
ることによって、ヘリウム、ケトン等の特定のガスに限
定されずに、アーク放電に移行する前に放電をとめた状
態になり、プラズマ処理を施すことができる。
In the present invention, it is preferable that the electric field applied between the electrodes is pulsed. By doing so, discharge is stopped before transition to arc discharge without being limited to a specific gas such as helium or ketone, and plasma processing can be performed.

【0029】上記電界をパルス化する場合、電圧立ち上
がり時間が40ns〜100μs、電界強度が1〜10
0kV/cmとなされているのが好ましい。
When the electric field is pulsed, the voltage rise time is 40 ns to 100 μs and the electric field strength is 1 to 10 μs.
It is preferably 0 kV / cm.

【0030】パルス電圧としては、インパルス型が好ま
しく、この場合、正電圧と負電圧が交互に印加されても
よいし、正電圧と負電圧のいずれか一方が印加されても
よい。
The pulse voltage is preferably an impulse type. In this case, a positive voltage and a negative voltage may be alternately applied, or one of a positive voltage and a negative voltage may be applied.

【0031】本発明におけるパルス電圧波形は、上記波
形に限定されないが、パルスの立ち上がり時間が短いほ
どプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行われる。
パルスの立ち上がり時間が100μsを超えると放電状
態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、パルス
電界による高密度プラズマ状態を期待できなくなる。ま
た、立ち上がり時間は早いほうがよいが、常圧でプラズ
マが発生する程度の大きさの電界強度を有し、かつ、立
ち上がり時間が早い電界を発生させる装置には制約があ
り、現実的には40ns未満の立ち上がり時間のパルス
電界を実現することは困難である。より好ましくは立ち
上がり時間が50ns〜5μsである。なお、ここでい
う立ち上がり時間とは、電圧変化が連続して正である時
間を指すものとする。
Although the pulse voltage waveform in the present invention is not limited to the above-mentioned waveform, the shorter the rise time of the pulse, the more efficiently the ionization of the gas during the generation of the plasma.
If the rise time of the pulse exceeds 100 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, so that a high-density plasma state due to a pulse electric field cannot be expected. Further, it is better that the rise time is short. However, there is a limit to a device that has an electric field intensity large enough to generate plasma at normal pressure and generates a short rise time electric field. It is difficult to achieve a pulsed electric field with a rise time of less than. More preferably, the rise time is 50 ns to 5 μs. Here, the rise time refers to a time during which the voltage change is continuously positive.

【0032】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の100
μs以下のタイムスケールであることが好ましい。パル
ス電界発生技術によっても異なるが、例えば、本発明の
実施例で使用した電源装置では、立ち上がり時間と立ち
上がり時間が同じ時間に設定できる。
It is preferable that the fall time of the pulse electric field is also steep.
It is preferable that the time scale is less than μs. For example, in the power supply device used in the embodiment of the present invention, the rise time and the rise time can be set to the same time, although it differs depending on the pulse electric field generation technique.

【0033】さらに、パルス波形、立ち上がり時間、周
波数の異なるパルスを用いて変調を行ってもよい。
Further, the modulation may be performed using pulses having different pulse waveforms, rise times, and frequencies.

【0034】パルス電界の周波数は、0.5kHz〜1
00kHzであることが好ましい。0.5kHz未満で
あるとプラズマ密度が低いため処理に時間がかかりす
ぎ、100kHzを超えるとアーク放電が発生しやすく
なる。より好ましくは、1kHz以上であり、このよう
な高周波数のパルス電界を印加することにより、処理速
度を大きく向上させることができる。
The frequency of the pulse electric field is 0.5 kHz to 1
Preferably, it is 00 kHz. If the frequency is less than 0.5 kHz, the plasma density is low, so that it takes too much time for the treatment. If the frequency exceeds 100 kHz, arc discharge is likely to occur. More preferably, the frequency is 1 kHz or more. By applying such a high-frequency pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.

【0035】また、上記パルス電界におけるパルス継続
時間は、1〜1000μsであることが好ましい。1μ
s未満であると放電が不安定なものとなり、1000μ
sを超えるとアーク放電に移行しやすくなる。より好ま
しくは、3μs〜200μsである。ここで、ひとつの
パルス継続時間とは、ON、OFFの繰り返しからなる
パルス電界における、パルスが連続する時間をいう。
It is preferable that the pulse duration in the pulse electric field is 1 to 1000 μs. 1μ
s, the discharge becomes unstable, and
If it exceeds s, it is easy to shift to arc discharge. More preferably, it is 3 μs to 200 μs. Here, one pulse duration refers to a time during which a pulse is continuous in a pulse electric field composed of repetition of ON and OFF.

【0036】上記放電は電圧の印加によって行われる。
電圧の大きさは適宜決められるが、本発明においては、
電極間の電界強度が1〜100kV/cmとなる範囲に
する。1kV/cm未満であると処理に時間がかかりす
ぎ、100kV/cmを超えるとアーク放電が発生しや
すくなる。また、パルス電圧の印加において、直流を重
畳してもよい。
The above discharge is performed by applying a voltage.
Although the magnitude of the voltage is appropriately determined, in the present invention,
The electric field strength between the electrodes is set in a range of 1 to 100 kV / cm. If it is less than 1 kV / cm, it takes too much time for the treatment, and if it exceeds 100 kV / cm, arc discharge is likely to occur. In applying the pulse voltage, a direct current may be superimposed.

【0037】大気圧近傍の圧力下でのグロー放電では、
下記に示すように、放電電流密度がプラズマ密度を反映
し、表面処理効果を左右する値であることが、本発明者
らの研究により明らかにされており、電極間の放電電流
密度を前記した0.2〜300mA/cm2 の範囲とす
ることにより、均一な放電プラズマを発生して良好な表
面処理を行うことができる。なお、詳細は、特開平10
−154598号公報に記載した通りである。
In a glow discharge under a pressure near the atmospheric pressure,
As shown below, it has been revealed by the present inventors that the discharge current density reflects the plasma density and is a value that affects the surface treatment effect, and the discharge current density between the electrodes has been described above. When the content is in the range of 0.2 to 300 mA / cm 2 , uniform surface discharge plasma can be generated and good surface treatment can be performed. For details, refer to
As described in JP-A-154598.

【0038】(作用)本発明の傾斜機能材料の製造方法
は、大気圧近傍の圧力下で、対向する電極間に基材を連
続的に移動させながら、該電極間に2種類の異なるガス
を、一方は基材入口側から、他方は基材出口側から電極
間に導入し、電極間に電圧を印加することにより放電プ
ラズマ処理を行って、上記基材上に、組成が厚み方向で
連続的に変化するものであるから、薄膜を形成する製膜
時の応力集中がないため、基材と薄膜との密着性に優
れ、膜自身も明確な界面が存在しない傾斜機能材料を得
ることができる。また、大気圧近傍の圧力下で処理を行
うため、処理空間を完全な密閉系にする必要がなく、表
面に薄膜を形成される基材を連続して供給することがで
き、長尺品にも対応できる。
(Function) In the method for producing a functionally gradient material of the present invention, two kinds of different gases are supplied between electrodes while continuously moving the base material between the opposing electrodes under a pressure near the atmospheric pressure. One is introduced from the base material inlet side and the other is introduced between the electrodes from the base material outlet side, and discharge plasma treatment is performed by applying a voltage between the electrodes, and the composition is continuously formed on the base material in the thickness direction. Since there is no stress concentration during film formation to form a thin film, it is possible to obtain a functionally graded material that has excellent adhesion between the substrate and the thin film and does not have a clear interface in the film itself. it can. In addition, since the treatment is performed under a pressure close to the atmospheric pressure, the treatment space does not need to be a completely closed system, and the substrate on which the thin film is formed can be continuously supplied, so that a long product can be obtained. Can also respond.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面に基
づいて詳しく説明する。図1は、本発明の傾斜機能材料
を製造するための装置の一例を示した模式断面図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for producing a functionally gradient material according to the present invention.

【0040】図1に示すように、本発明の傾斜機能材料
を製造するための装置は、容器2の中に、対向する電極
3、4が設けられ、上部電極3はパルス電源1に電気的
に接続され、下部電極4は接地されており、上部電極3
と下部電極4の間にパルス電圧が印加されるようになさ
れている。
As shown in FIG. 1, the apparatus for producing a functionally graded material of the present invention is provided with opposed electrodes 3 and 4 in a container 2, and the upper electrode 3 is electrically connected to a pulse power supply 1. , The lower electrode 4 is grounded, and the upper electrode 3
A pulse voltage is applied between the first electrode and the lower electrode 4.

【0041】一方、巻回ロール12から巻き出された基
材5は、基材入口10を通過して、支持ロール13を経
て、下部電極4上を通過しながらパルス電圧が印加され
て、プラズマ処理が行われた後に、支持ロール14を経
て、基材出口11から巻き取りロール15によって巻き
取られる。
On the other hand, the base material 5 unwound from the winding roll 12 passes through the base material inlet 10, passes through the support roll 13, passes over the lower electrode 4, and is applied with a pulse voltage. After the processing is performed, it is wound up by the take-up roll 15 from the substrate outlet 11 via the support roll 14.

【0042】また、一方の反応ガスは、反応ガス供給部
8から流量制御部110を経て、ガス導入部6から、電
極3と、基材5の間に供給される。また、他方の反応ガ
スは、反応ガス供給部9から流量制御部111を経て、
ガス導入部7から、電極3と、基材5の間に供給され
る。この場合、一方のガスは基材の搬送方向と同方向
に、他方のガスは基材の搬送方向と逆方向に送られる。
Further, one of the reaction gases is supplied from the reaction gas supply section 8 to the flow rate control section 110 and from the gas introduction section 6 to the space between the electrode 3 and the base material 5. The other reaction gas passes through the flow control unit 111 from the reaction gas supply unit 9,
The gas is supplied from the gas inlet 7 to the space between the electrode 3 and the substrate 5. In this case, one gas is sent in the same direction as the transport direction of the substrate, and the other gas is sent in the opposite direction to the transport direction of the substrate.

【実施例】本発明を実施例をもってさらに詳しく説明す
る。なお、以下の実施例では、パルス電源1として、半
導体素子(IXYS社製、型番「TO−247AD」)
を用いたハイデン研究所社製の電源を使用した。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to Examples. In the following embodiment, a semiconductor device (model “TO-247AD” manufactured by IXYS) is used as the pulse power supply 1.
A power supply manufactured by Heiden Laboratory Co., Ltd. was used.

【0043】図1に示した装置において、上部電極3と
下部電極4(SUS304製、長さ350mm、幅15
0mm、厚み20mm)のそれぞれの対向面に、固体誘
電体として8重量%の酸化イットリウムを含むジルコニ
ウムの溶射膜(比誘電率16、膜圧500μm)が密着
形成されているものを用いた。上部電極3と下部電極4
の距離は3mmとし、基材5として5μmの多官能アク
リル系ハードコート剤(大日精化社製、品番「EXF−
37」)からなる皮膜が形成された厚み80μmのトリ
アセチルセルロースを下部電極4上に載置した。
In the apparatus shown in FIG. 1, an upper electrode 3 and a lower electrode 4 (made of SUS304, length 350 mm, width 15
A sprayed film of zirconium containing 8% by weight of yttrium oxide (relative dielectric constant 16, film pressure 500 μm) was tightly formed on each opposing surface (0 mm, thickness 20 mm) as a solid dielectric. Upper electrode 3 and lower electrode 4
Is 3 mm, and a 5 μm polyfunctional acrylic hard coat agent (Dainichi Seika Co., Ltd., product number “EXF-
37 ”) and a 80 μm-thick triacetyl cellulose having a film formed thereon was placed on the lower electrode 4.

【0044】次いで、アルゴンガスを、760Torr
になるまで導入した後、テトライソプロポキシチタンを
0.5%になるように、3SLMのArガスで希釈し、
反応ガス導入部6より、電極3と、基材5の間に供給し
た。
Next, argon gas was supplied at 760 Torr.
And then diluted with 3SLM Ar gas so that the tetraisopropoxy titanium becomes 0.5%,
The reaction gas was supplied between the electrode 3 and the base material 5 from the reaction gas inlet 6.

【0045】一方、反応ガス供給部7からテトラエトキ
シシランを0.5%になるように、3SLMのArガス
で希釈し、反応ガス導入部6より、電極3と、基材5の
間に供給した。
On the other hand, tetraethoxysilane is diluted with Ar gas of 3 SLM so as to be 0.5% from the reaction gas supply unit 7 and supplied between the electrode 3 and the base material 5 from the reaction gas introduction unit 6. did.

【0046】そして、上部電極3と下部電極4間に立ち
上がり速度1μs、周波数8kHz、印加電圧±3kV
のパルス電圧をパルス電源1より印加し、放電プラズマ
を発生させた。
The rising speed is 1 μs, the frequency is 8 kHz, and the applied voltage is ± 3 kV between the upper electrode 3 and the lower electrode 4.
Was applied from the pulse power supply 1 to generate discharge plasma.

【0047】その結果、多官能アクリル系ハードコート
皮膜上に2000Åの薄膜が形成された。得られた薄膜
をオージェ電子分光法で厚み方向に測定し、結果を図2
に示した。表2に示したように表面から基材にかけて、
連続的にSiO2 からTiO 2 に変化していることがわ
かる。
As a result, a polyfunctional acrylic hard coat
A 2000 Å thin film was formed on the film. The thin film obtained
Was measured in the thickness direction by Auger electron spectroscopy.
It was shown to. From the surface to the substrate as shown in Table 2,
Continuous SiOTwoFrom TiO TwoIt has been changed to
Call

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明の傾斜機能材料の製造方法は上述
の如き構成となされているので、箔膜表面から基材に至
るまで、厚み方向に徐々に組成の異なる溥膜を、連続し
て長尺基材でも連続的に傾斜機能薄膜を被覆でき、且
つ、高度の真空度を必要とせず、大気圧近傍でプラズマ
放電を行うことにより、高速で表面に薄膜を形成した基
材からなる傾斜機能材料が形成を高速で製造することが
できる。
The method for producing a functionally graded material of the present invention is constructed as described above, so that a Pu film having a gradually different composition in the thickness direction is continuously formed from the foil film surface to the substrate. Even a long base material can be coated with a functionally graded thin film continuously, and does not require a high degree of vacuum. By performing a plasma discharge near atmospheric pressure, a slant consisting of a base material with a thin film formed on the surface at high speed The functional material can be manufactured at a high rate of formation.

【0049】[0049]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の傾斜機能材料を製造するための装置の
一例を示した模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an apparatus for producing a functionally gradient material according to the present invention.

【図2】実施例で得られた傾斜機能材料の厚み方向の組
成変化を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a composition change in a thickness direction of a functionally gradient material obtained in an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パルス電源 2 容器 3 上部電極体 4 下部電極体 5 基材 6、7 反応ガス導入部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse power supply 2 Container 3 Upper electrode body 4 Lower electrode body 5 Base material 6, 7 Reaction gas introduction part

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】大気圧近傍の圧力下で、対向する電極間に
基材を連続的に移動させながら、該電極間に2種類の異
なるガスを、一方は基材入口側から、他方は基材出口側
から電極間に導入し、電極間に電圧を印加することによ
り放電プラズマ処理を行って、上記基材上に、組成が厚
み方向で連続的に変化する薄膜を形成することを特徴と
する傾斜機能材料の製造方法。
1. A method in which a substrate is continuously moved between opposing electrodes under a pressure close to atmospheric pressure, and two different gases are supplied between the electrodes, one from the substrate inlet side and the other from the base. Introduced between the electrodes from the material outlet side, discharge plasma treatment is performed by applying a voltage between the electrodes, and a thin film whose composition continuously changes in the thickness direction is formed on the base material. Manufacturing method of functionally graded material.
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Cited By (2)

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US20100062613A1 (en) * 2008-09-09 2010-03-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of processing a substrate
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