JP2002534784A - 固体材料 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
本発明は固体材料の表面層に100nmの最大断面を有する細孔を形成することを含む固体材料を処理する方法に関する。細孔は異なる材料又は同じ材料から作られた糸で更に充填される。かくして、主としてその抵抗及び音響損失に関する材料の全シリーズの特性を改良することが可能である。本発明はピエゾセラミックの製造に特に使用することができる。
Description
【0001】
本発明は、鋼、構造合金、半導体材料、誘電体、フェライト、ピエゾセラミッ
ク材料等に改良された特徴を付与する目的でそれらを包含する固体材料(sol
id state materials)の処理方法に関する。それは部品(c
omponents)(物品(articles))の処理のために使用するこ
ともできる。
ク材料等に改良された特徴を付与する目的でそれらを包含する固体材料(sol
id state materials)の処理方法に関する。それは部品(c
omponents)(物品(articles))の処理のために使用するこ
ともできる。
【0002】
固体材料の特性を改良する目的で固体材料の処理における知られた方向の1つ
は、材料の表面層に或る添加物を存在させて材料の特定の特性、特にその強度を
改良することである。
は、材料の表面層に或る添加物を存在させて材料の特定の特性、特にその強度を
改良することである。
【0003】 その表面近くの層が添加剤として金の混合物を含有する既知の固体材料がある
(USSR Authorship Certificate No.1220
104)。
(USSR Authorship Certificate No.1220
104)。
【0004】 この材料に関する問題は、表面に近い領域において結晶格子の規則的な秩序化
(regular ordering)が存在しないことによる不十分な強度で
ある。
(regular ordering)が存在しないことによる不十分な強度で
ある。
【0005】 その表面に近い層が添加物としてホウ素、炭素、硫黄、クロム又はアルミニウ
ムの混合物を含有する既知の固体材料がある(V.M.Parashchenk
o,M.M.Rakhmankulov and A.P.Tsisin,“T
echnology of casting under pressure”
,Moscow:Metallurgiya,1996,p.187)。
ムの混合物を含有する既知の固体材料がある(V.M.Parashchenk
o,M.M.Rakhmankulov and A.P.Tsisin,“T
echnology of casting under pressure”
,Moscow:Metallurgiya,1996,p.187)。
【0006】 この材料に関する問題は、やはり表面に近い領域で結晶格子の規則的な秩序化
が存在しないことである。
が存在しないことである。
【0007】 ジルコニウム、鉛及びバリウムの酸化物の固溶体をベースとする既知のピエゾ
セラミック材料であって、その表面に近い層が高められた濃度の鉛(0.5〜0
.8%全体に)を含有しており、それにより結晶化の追加の表面中心の形成をも
たらす材料がある(USSR Authorship Certificate
No.1172906)。
セラミック材料であって、その表面に近い層が高められた濃度の鉛(0.5〜0
.8%全体に)を含有しており、それにより結晶化の追加の表面中心の形成をも
たらす材料がある(USSR Authorship Certificate
No.1172906)。
【0008】 しかしながら、この材料も又表面層における単結晶粒(monocrysta
lline grains)の結晶格子の規則的な秩序化の不存在により不十分
な強度を有する。
lline grains)の結晶格子の規則的な秩序化の不存在により不十分
な強度を有する。
【0009】
本発明の目的の1つは、材料の表面に近い層における該材料の最初の結晶構造
(initial crystalline structure)の三次元秩
序化(three−dimensional ordering)により材料の
強度を高めることである。
(initial crystalline structure)の三次元秩
序化(three−dimensional ordering)により材料の
強度を高めることである。
【0010】 本発明により解決される他の目的は、材料の特定の特性、即ちピエゾセラミッ
ク材料のために基本的に重要な音響損失(acoustic losses)の
大きさを改良することである。
ク材料のために基本的に重要な音響損失(acoustic losses)の
大きさを改良することである。
【0011】 これらの問題は、原則として新しい固体材料の表面に近い層における構造の創
造により解決される。
造により解決される。
【0012】 この構造は、200nmまでの直径を有する材料の表面層に形成されたナノメ
ートル断面(nanometric cross section)の細孔(p
ores)と、該材料とは別の材料又は該材料と同じ材料から作られている細孔
内に配置されたナノメートル断面(200nmまで)のフィラメントから成る。
ートル断面(nanometric cross section)の細孔(p
ores)と、該材料とは別の材料又は該材料と同じ材料から作られている細孔
内に配置されたナノメートル断面(200nmまで)のフィラメントから成る。
【0013】 この表面層構造を有する材料を製造するための最初の材料として、いかなる固
体結晶性セラミック材料(solid state crystalline
ceramic material)(固体複合体混合物(solid com
posite mixtures)を包含する)も使用することができる。最初
の材料は導体(例えば銅、ニッケル、チタン、鋼)又は半導体(例えば、シリコ
ン、ガリウムヒ素)であることができる。
体結晶性セラミック材料(solid state crystalline
ceramic material)(固体複合体混合物(solid com
posite mixtures)を包含する)も使用することができる。最初
の材料は導体(例えば銅、ニッケル、チタン、鋼)又は半導体(例えば、シリコ
ン、ガリウムヒ素)であることができる。
【0014】 「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」(“nanofilament
laid in nanopore”)構造の形成は、固体材料の音響損失のレ
ベルの有意な減少及び「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造の境界に
沿った結晶構造の三次元秩序化によるその強度の増加を促進する。ピエゾ活性材
料では、この効果は、その分極ベクトル(polarization vect
or)が「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造の表面に直角に整列さ
せられているドメインの量を増加させる。
laid in nanopore”)構造の形成は、固体材料の音響損失のレ
ベルの有意な減少及び「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造の境界に
沿った結晶構造の三次元秩序化によるその強度の増加を促進する。ピエゾ活性材
料では、この効果は、その分極ベクトル(polarization vect
or)が「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造の表面に直角に整列さ
せられているドメインの量を増加させる。
【0015】 銀、金、白金又は銅の如き金属がピエゾセラミックのためのフィラメント用の
材料として使用されるべきである。
材料として使用されるべきである。
【0016】 本発明の他の目的は、固体材料の表面層において該「ナノ細孔内に置かれたナ
ノフィラメント」構造を形成することからなる固体材料の処理方法である。これ
においては、ナノ細孔の形成は材料のブランクの表面の電気的浸食処理(ele
ctrical erosion treatment)により達成することが
でき、そしてナノフィラメントによる細孔の充填はフィラメント材料の局部的イ
オン沈殿(local ion precipitation)により達成され
うる。
ノフィラメント」構造を形成することからなる固体材料の処理方法である。これ
においては、ナノ細孔の形成は材料のブランクの表面の電気的浸食処理(ele
ctrical erosion treatment)により達成することが
でき、そしてナノフィラメントによる細孔の充填はフィラメント材料の局部的イ
オン沈殿(local ion precipitation)により達成され
うる。
【0017】 本発明の更なる目的は、表面層に該「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント
」構造を形成することによる固体材料の最終部品(finished comp
onents)(物品)の処理方法である。
」構造を形成することによる固体材料の最終部品(finished comp
onents)(物品)の処理方法である。
【0018】
実施例1. 細孔内に置かれた金属フィラメントを有するピエゾセラミック 標準技術(結合剤を有する加圧されたピエゾセラミック仕込み量を1450℃
の温度で焼成しそして徐冷する)により製造されたピエゾセラミックブランクの
端面(endfaces)の1つにおいて、負の極性(negative po
larity)のパルスを供給することによる、アンチモンサルホヨージド(a
ntimony sulfoiodide)(SSbI)から作られたポイント
直径(point diameter)20nmの第1プローブを使用する電気
的浸食法によってナノ細孔を形成させる(処理のピッチ−600nm、改変電圧
(modifying voltage)4V;各細孔について処理時間−40
0nsec)。次いで、銀から作られた第2のプローブ(ポイント直径10nm
)を使用し、正の極性(positive polarity)のパルスを供給
して、局部的イオン沈殿の方法により前記形成されたナノ細孔内にAgのナノフ
ィラメントを形成させる(処理のピッチ−600nm、改変電圧2V;各細孔に
ついて処理時間−600nsec)。第1プローブ及び第2プローブの位置決め
は走査型トンネル顕微鏡の助けにより行う。細孔の濃度は平均で3個の細孔/μ
m2であった。
の温度で焼成しそして徐冷する)により製造されたピエゾセラミックブランクの
端面(endfaces)の1つにおいて、負の極性(negative po
larity)のパルスを供給することによる、アンチモンサルホヨージド(a
ntimony sulfoiodide)(SSbI)から作られたポイント
直径(point diameter)20nmの第1プローブを使用する電気
的浸食法によってナノ細孔を形成させる(処理のピッチ−600nm、改変電圧
(modifying voltage)4V;各細孔について処理時間−40
0nsec)。次いで、銀から作られた第2のプローブ(ポイント直径10nm
)を使用し、正の極性(positive polarity)のパルスを供給
して、局部的イオン沈殿の方法により前記形成されたナノ細孔内にAgのナノフ
ィラメントを形成させる(処理のピッチ−600nm、改変電圧2V;各細孔に
ついて処理時間−600nsec)。第1プローブ及び第2プローブの位置決め
は走査型トンネル顕微鏡の助けにより行う。細孔の濃度は平均で3個の細孔/μ
m2であった。
【0019】 上記の方法により処理されたピエゾセラミックプレートを強度(破断歪)の研
究に付した。これは3100n/mm2であったが、これに対してこの処理を受
けなかった同様なプレートの強度は2200n/mm2であった。
究に付した。これは3100n/mm2であったが、これに対してこの処理を受
けなかった同様なプレートの強度は2200n/mm2であった。
【0020】 材料における音響損失(acoustic loss)の値に反比例するエレ
クトロメカニカル結合係数(electromechanical coupl
ing coefficient)は0.71から0.85に増加した。
クトロメカニカル結合係数(electromechanical coupl
ing coefficient)は0.71から0.85に増加した。
【0021】 実施例2 細孔内に置かれた半導体フィラメントを有する金属 最初の材料はタングステンである。断面10−200nmの細孔がタングステ
ンの表面に100〜1000nmの深さに形成される。細孔は長さ100〜10
00nm、断面10〜200nmのフィラメントで充填される(filled)
。細孔の濃度は平均3個の細孔/μm2である。フィラメント材料はシリコンで
ある。
ンの表面に100〜1000nmの深さに形成される。細孔は長さ100〜10
00nm、断面10〜200nmのフィラメントで充填される(filled)
。細孔の濃度は平均3個の細孔/μm2である。フィラメント材料はシリコンで
ある。
【0022】 「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造を使用しない場合の検討され
たタングステンワイヤの強度は3600n/mm2であった。「ナノ細孔内に置
かれたナノフィラメント」構造を使用する場合には、処理後の強度は4400n
/mm2であった。材料における音響損失係数はそれにより平均して20%減少
した。
たタングステンワイヤの強度は3600n/mm2であった。「ナノ細孔内に置
かれたナノフィラメント」構造を使用する場合には、処理後の強度は4400n
/mm2であった。材料における音響損失係数はそれにより平均して20%減少
した。
【0023】 実施例3 細孔内に置かれた誘電体フィラメントを有する金属 最初の材料はタングステンである。断面10−200nmの細孔がタングステ
ンの表面に100〜1000nmの深さに形成される。細孔は長さ100〜10
00nm及び断面10〜200nmのフィラメントで充填される。細孔の濃度は
平均3個の細孔/μm2である。フィラメント材料は硫黄である。
ンの表面に100〜1000nmの深さに形成される。細孔は長さ100〜10
00nm及び断面10〜200nmのフィラメントで充填される。細孔の濃度は
平均3個の細孔/μm2である。フィラメント材料は硫黄である。
【0024】 「ナノ細孔内に置かれたナノフィラメント」構造を使用しない場合の検討され
たタングステンワイヤの強度は3600n/mm2であった。「ナノ細孔内に置
かれたナノフィラメント」構造を使用する場合には、処理後の強度は4100n
/mm2であった。
たタングステンワイヤの強度は3600n/mm2であった。「ナノ細孔内に置
かれたナノフィラメント」構造を使用する場合には、処理後の強度は4100n
/mm2であった。
【0025】 材料における音響損失係数はそれにより平均して20%減少した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CN, CZ,EE,FI,GE,HU,IS,JP,KE,K G,KP,KR,LK,LR,LS,LT,LV,MD ,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL, RO,RU,SD,SG,SI,SK,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN (72)発明者 フロロフ,ドミトリ・ウラデイミロビチ ロシア・117574モスクワ・ウーリツアゴル ビンスカヤ・デイ7・コルプ2・ケイブイ 207
Claims (32)
- 【請求項1】 下記の操作: 固体材料のブランクを提供し、 少なくとも該ブランク材料の表面層に200nmまでの直径を有する細孔を形
成し、 該ブランクの材料と異なる材料又は該ブランクの材料と同じ材料から作られた
フィラメントにより該細孔を充填すること、 を含むことを特徴とする固体材料の処理方法。 - 【請求項2】 いくつかのナノフィラメントが各細孔に配置されていること
を特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 電気的浸食処理により該材料に細孔を形成し、そして該フィ
ラメント材料の局所的イオン沈殿により細孔の充填を行うことを特徴とする請求
項1又は2に記載の方法。 - 【請求項4】 処理されるべき材料がセラミック材料でありそして細孔を充
填するための材料が金属であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項5】 処理されるべき材料がピエゾセラミックであることを特徴と
する前記請求項のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 細孔を充填するための材料が銀であることを特徴とする請求
項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 細孔を充填するための材料が金であることを特徴とする請求
項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 細孔を充填するための材料が白金であることを特徴とする請
求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 細孔を充填するための材料が銅であることを特徴とする請求
項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 処理されるべき材料が金属であり、そして細孔を充填する
ための材料が半導体材料であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項11】 処理されるべき材料が金属であり、そして細孔を充填する
ための材料が誘電体材料であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の方法。 - 【請求項12】 処理されるべき部品を構成する材料の少なくとも表面層に
200nmまでの寸法を有する細孔を形成し、 該細孔を該部品の材料と異なる材料又は該部品の材料と同じ材料から作られた
フィラメントで充填すること、 を含んで成る部品を処理する方法。 - 【請求項13】 電気的浸食処理により該部品の材料に細孔を形成し、そし
て該フィラメント材料の局部的イオン沈殿により細孔の充填を行うことを特徴と
する請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 処理されるべき部品がセラミック材料から作られており、
そして細孔充填材料が金属であることを特徴とする請求項12又は13に記載の
方法。 - 【請求項15】 処理されるべき部品がピエゾセラミック材料から作られて
いることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の方法。 - 【請求項16】 細孔を充填するための材料が銀であることを特徴とする請
求項12〜15のいずれかに記載の方法。 - 【請求項17】 細孔を充填するための材料が金であることを特徴とする請
求項12〜15のいずれかに記載の方法。 - 【請求項18】 細孔を充填するための材料が白金であることを特徴とする
請求項12〜15のいずれかに記載の方法。 - 【請求項19】 細孔を充填するための材料が銅であることを特徴とする請
求項12〜15のいずれかに記載の方法。 - 【請求項20】 処理されるべき部品が金属から作られており、そして細孔
を充填するための材料が半導体材料であることを特徴とする請求項12又は13
に記載の方法。 - 【請求項21】 処理されるべき部品が金属から作られており、そして細孔
を充填するための材料が誘電体材料であることを特徴とする請求項12又は13
に記載の方法。 - 【請求項22】 10〜200nmの直径を有する細孔が固体材料の少なく
とも表面層に形成されており、そして異なる材料のフィラメントが細孔内に配置
されていることを特徴とする固体材料。 - 【請求項23】 10〜200nmの直径を有する細孔が固体材料の少なく
とも表面層に形成されており、そして同じ材料のフィラメントが細孔内に配置さ
れていることを特徴とする固体材料。 - 【請求項24】 細孔が100〜1000nmの深さを有することを特徴と
する請求項22又は23に記載の材料。 - 【請求項25】 該材料がセラミック材料であり、そして細孔を充填するフ
ィラメントが金属から作られていることを特徴とする請求項22〜24のいずれ
かに記載の材料。 - 【請求項26】 該材料がピエゾセラミックであることを特徴とする請求項
22〜25のいずれかに記載の材料。 - 【請求項27】 細孔を充填するフィラメントが銀から作られていることを
特徴とする請求項22〜26のいずれかに記載の材料。 - 【請求項28】 細孔を充填するフィラメントが金から作られていることを
特徴とする請求項22〜26のいずれかに記載の材料。 - 【請求項29】 細孔を充填するフィラメントが白金から作られていること
を特徴とする請求項22〜26のいずれかに記載の材料。 - 【請求項30】 細孔を充填するフィラメントが銅から作られていることを
特徴とする請求項22〜26のいずれかに記載の材料。 - 【請求項31】 該材料が金属であり、そして細孔を充填するフィラメント
が半導体材料から作られていることを特徴とする請求項22〜24のいずれかに
記載の材料。 - 【請求項32】 該材料が金属であり、そして細孔を充填するフィラメント
が誘電体材料から作られていることを特徴とする請求項22〜24のいずれかに
記載の材料。
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