JP2008545530A

JP2008545530A - レーザを用いたスラリーコーティングの選択領域の融着

Info

Publication number: JP2008545530A
Application number: JP2008514689A
Authority: JP
Inventors: ライントン，ウォーレン・ボイド; バロン，セオドア・ジョン
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2008-12-18
Also published as: KR20080015116A; US20060269687A1; EP1909972A2; WO2006130380A2; CN101218040A; WO2006130380A3

Abstract

レーザからエネルギを与えることで、コーティング材料からなるスラリーコーティングを基板のコーティング面上に融着させることによって、多様なコーティング材料からなる薄いコーティング層を多様な基板上に堆積する方法を提供する。コーティング材料および基板は、純金属、金属合金、セラミックス、セメント、ポリマーおよびこれらの材料の複合材料を含み得る。本方法は、反射マスクを用いて所定のパターンの融着したコーティング層を生じさせる。反射マスクはたとえば、金属からなる研磨された金属マスクであり、特にコーティングを融着させるのに用いられるレーザのエネルギの波長を反射するように設けられる。本方法は、融着したコーティング層を生成するための付加プロセスとして行なってもよいし、代替的に、付加および除去プロセスとして行なってもよい。

Description

発明の背景
１．技術分野
本発明は、概して、スラリーコーティングを基板に融着させる方法に関する。特に、レーザを用いてスラリーコーティングを基板に所定のパターンで融着させ、スラリーコーティングの粒子および反射マスクを融着させて、スラリーコーティングの所定のパターンを画定する方法に関する。

２．関連技術
多くの用途において、第１の材料からなる比較的薄いコーティング層を第２の材料からなる基板上に設けることが望ましい。さらに、薄いコーティング層の所定のパターンを基板上に画定するのが望ましいことが多い。用途に応じて、選択される基板は、金属、セラミックス、ガラス、サーメット、およびこれらの材料からなる複合材料を含む実質的にいずれの固体材料を含んでもよい。用途および基板に応じて、コーティング層は、上述の材料を含む実質的にいずれの固体基板材料からなってもよい。このようなコーティングは、さまざまな機能を果たすために、またはさまざまな特性を得るために用いることができる。これらの機能または特性は、導電性、電気抵抗、電気絶縁性または分離性、熱伝導性、耐熱性、耐酸化性、耐融蝕性、耐摩耗性、画定された表面トポロジーまたは粗さ特性、トライボロジーまたは摩擦係数制御特性、および他の機能または特性を含む。

多様な材料からなる比較的薄いコーティング層を多様な基板に塗布するために、さまざまな方法が存在する。同様に、このような薄いコーティング層の所定のパターンをこのような基板上に形成するための方法も数多く存在する。この例には、さまざまな薄膜堆積法、たとえばスパッタリング、熱および電子ビーム蒸発、電気めっき、無電解めっき、電気泳動、浸漬、熱的溶射、動的溶射およびプラズマ溶射、積層、クラッディング、ならびに他の多くの方法の使用が含まれ、堆積の結果得られるパターンで、またはさまざまなパターニング方法、たとえば、一部の例を挙げると、化学的、プラズマもしくは他のエッチング法、イオンミリングおよびスパッタリングと組合せたさまざまなフォトリソグラフィおよび他のパターニング方法を用いた結果生じるパターンで、薄いコーティング層を基板に塗布する。他の例には、さまざまなスクリーン印刷およびドクターブレード手法の使用が含まれ、融着可能な粒子を互いにかつ基板に融着させるのに十分な熱を与えるためのさまざまな方法を用いた結果生じる所定のパターンで、コーティング層の融着可能な粒子を基板に塗布する。熱エネルギを粒子に与え、互いにかつ基板に融着させるのに用いられる方法には、対流オーブン、赤外線ランプなどが含まれる。さらに別の方法には、さまざまな形のクラッディングが含まれ、たとえば、基板および薄いコーティング材料を互いに結合させるように、基板および薄いコーティング材料を合わせて高温高圧圧延を行なうことによるものである。

発明の概要
本発明は、コーティング材料の融着可能な粉末粒子を含有するスラリーコーティングを基板に塗布し、レーザビームなどのエネルギ源からエネルギを与えることでスラリーコーティング中のコーティング材料をコーティング層として基板に融着させることによって、融着したコーティング層を基板に塗布する方法である。本発明の方法は、広範なコーティング材料、たとえばさまざまな純金属および金属合金、セラミックス、サーメット、ガラ
スおよびポリマー、ならびにそれらの複合材料を、さまざまな純金属および金属合金、セラミックス、サーメット、ガラスおよびポリマー、ならびにこれらの基板材料の複合材料および積層物も含み得る広範な基板材料に塗布するのに用いることができる。本方法は、コーティング層の多様な所定のパターンを作成するのに用いることができる。本発明の一局面において、本方法は、コーティング面を有する基板を選択するステップと、融着可能な粒子を含むスラリーのコーティングをコーティング面に塗布するステップと、コーティング面上にマスクを配置して、スラリーコーティングの所定のパターンを画定するステップと、所定のパターンの内側の融着可能な粒子の少なくとも一部が基板に融着するのに十分なエネルギをレーザからスラリーコーティングの所定のパターンに与えるステップとを含む。本方法は、スラリーコーティングを塗布するステップに続いて、スラリーを乾燥させるステップも包含してもよい。レーザのエネルギを与えるステップによってスラリーコーティングの融着可能な粒子のすべてが融着されるわけではない本方法の実施例においては、本方法は、レーザのエネルギを与えるステップによって融着されない融着可能な粒子を除去するステップも包含してもよい。本発明の第２の局面において、コーティング面上にマスクを配置してスラリーコーティングの所定のパターンを画定するステップを、融着可能な粒子を含むスラリーのコーティングをコーティング面に塗布するステップの前に行なうように、上述の方法のステップの順序を変更してもよい。本発明のこの局面において、上記の代替的なステップは、マスクを配置するステップおよびスラリーコーティングを塗布するステップの順序を入れ替えるという適切な違いを取り入れて実行してもよい。本発明の方法の特別な利点は、選択された特定のスラリーコーティングおよび基板材料に適する堆積パラメータを適切に採用することによって、１つのコーティング法を用いて多様なコーティング材料を多様な基板上に多様な所定のパターンで堆積できる点である。

本発明の方法のさらなる利点は、コーティング層の所定のパターンを単純に付加する様態で基板に融着してもよく、スラリーコーティングの融着していない部分を除去するために除去プロセスが必要な場合は、除去プロセスを用いて除去しなければならない材料の量を最小限に抑える、または大幅に減少させるように、除去すべき材料の量を調節できる点である。

好ましい実施例の詳細な説明
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面と合わせて考慮すると、より容易に理解されるであろう。図面中の同様の要素には、同様の名称を付す。

本発明の複数の異なる実施例を本願の図面に示す。本発明のさまざまな実施例において、同様な特徴を示す。同様な特徴には共通の２桁の参照符号を付し、共通の２桁の前にある第３の桁によって区別している。また、整合性を高めるため、いずれの特定の図面における特徴も、すべての実施例にその特徴が示されていなくても同じ第３桁の表示を共有する。同様な特徴は、図面または本明細書に別に示さない限り、同様に構成され、同様に動作し、および／または同じ機能を有する。さらに、一実施例の特定の特徴は、図面または本明細書に別に示さない限り、別の実施例における対応する特徴と入れ替えることができる。

本発明は、コーティング材料の融着可能な粉末粒子を含有するスラリーを基板に塗布し、レーザビームなどのエネルギ源からエネルギを与えることでスラリー中のコーティング材料をコーティング層として基板に融着させることによって、融着したコーティング層を基板に塗布する方法を提供する。本方法は、広範なコーティング材料、たとえばさまざまな純金属および金属合金、セラミックス、サーメット、ガラスおよびポリマー、ならびにそれらの複合材料を、さまざまな純金属および金属合金、セラミックス、サーメット、ガ
ラスおよびポリマー、ならびにこれらの基板材料の複合材料および積層物も含み得る広範な基板材料に塗布するのに使用し得る。さらに本方法は、コーティング層の多様な所定のパターンを作成するのに使用し得る。

図１から図１２は本発明を実施するための例示的なプロセスにおけるステップを示し、スラリーコーティング１５が基板２５のコーティング面３０上に融着され、コーティング層２０を形成する。図１および図２は基板２５を示す。基板２５は、金属、セラミックス、ガラス、サーメットおよびポリマーを含む、いずれかの適切な固体材料から選択し得る。基板２５は、これらの材料からなるさまざまな積層物または他の複合材料も含み得る。選択される基板材料は、基板２５の用途に依存する。

基板２５は、さまざまな寸法および厚さの平坦な薄板または板から、さまざまな寸法および形態の他のさまざまな二次元および三次元形状までの、いずれかの適切な寸法および形状または形態を有し得る。これは、段差が付いた、湾曲した、または他の表面を有するさまざまな形態も含み得る。同様に、コーティング面３０はいずれかの所望の寸法および形状または形態を有し得る。

コーティング面３０は、基板２５の１つの平坦面、またはさまざまな寸法および形態のさまざまな二次元および三次元の表面を含む複数の表面を含み得る。基板２５のコーティング面３０の表面仕上げまたは粗さは、基板２５、コーティング層２０および他の要素の塗布要件に応じて制御し得る。

したがって、基板２５は、所望の用途および塗布環境に応じた材料、寸法、形状または他の側面に関する選択に基づいて、製造、処理、および／または設計され得る。例示的な基板２５は、平坦な板状または薄板状の金属、たとえば薄板状の鋼である。

図３および図４を参照し、スラリーコーティング１５が表面３０に塗布される。例示的なスラリーコーティング１５は融着可能な粒子からなる。ここで用いる限りにおいて、スラリーは、最も一般的には、流動キャリア媒体への融着可能な粒子の混合物として定義される。融着可能な粒子は、金属、セラミックス、ガラス、サーメット、およびポリマー、ならびにそれらの複合材料を含むいずれかの適切な融着可能な固体材料を含み得る。この混合物は、好ましくは、融着可能な粒子が流動キャリア媒体中に安定または準安定して懸濁している状態にある。

一般的には、融着可能な粒子がスラリーの約７５重量％以上を占めることが好ましい。融着可能な粒子の割合は７５％未満であってもよい。流動キャリア媒体は、所望の利点およびコーティング層２０の形成をもたらす任意の数の成分を含み得る。流動キャリア媒体は主として水を基剤としてもよく、この場合スラリーは、水および水性基剤スラリーとなる。

代替的に、流動キャリア媒体は、有機溶媒、たとえばさまざまなアルカン、アルケン、アルコール、ケトン、グリコール、エステル、エーテル、アルデヒド、ピリジンなどを含んでもよく、この場合スラリーは有機スラリーとなる。流動キャリア媒体は、溶液にせよ他の状態にせよ、バインダ材料としても機能する、またはバインダ材料を別個の成分として含む。

バインダ材料は、複数の融着可能な粒子間、および融着可能な粒子と基板２５との間を覆い密着させる。バインダは、多数の周知の結合機構のいずれかによって粒子を密着層に結合するように機能する。さまざまな組合せのＰｔ族貴金属粉末粒子および耐熱金属粉末粒子、ならびにＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙ合金粉末粒子を含むスラリーを含む、多種の
金属粉末粒子を含む水性スラリーについては、ポリビニールアルコールがバインダとなり得る。スラリーコーティング１５は、流動性改質剤、殺生物剤、殺菌剤、界面活性剤およびフラックスを含むさまざまな他の機能を果たす、またはもたらすために、他の成分も含んでもよい。

増粘剤などの流動性改質剤は、スラリーを塗布するのに用いられる方法に適合するようにスラリー媒体１５の粘度および他の流れ特性を調整するのに用いることができる。たとえば一部の塗布方法については、流動性キャリア媒体に易流動性の液体コンシステンシーを与える流動性を有するのが望ましい場合があるが、他の用途においては、流動キャリア媒体の流動性またはコンシステンシーが厚膜ペーストのそれのようなものであることが望ましい場合がある。上述した種類のさまざまな金属粉末を含むスラリーについては、キサンタンガムが増粘剤として有効な流動性改質剤となり得る。

バインダおよび流動性改質剤に加えて、スラリーコーティング１５は、スラリーの貯蔵中に微生物およびカビが生育するのを防ぎ、かつスラリーの保存寿命を伸ばすために、さまざまな殺生物剤および殺菌剤も含んでもよい。融着可能な粒子として上述した種類のさまざまな金属粉末を含む水性スラリーについては、メチルパラベンが有効な抗微生物および抗菌剤となり得る。

スラリーコーティング１５は、融着可能な粉末粒子の湿潤を促進するために１つまたは複数の界面活性剤も含んでもよい。界面活性剤は、他の成分、特に溶媒、バインダ材料および融着可能な粒子に基づいて選択することができる。界面活性剤は、融着可能な粒子および流動キャリア媒体の用途や性質に応じて、イオンおよび非イオン界面活性剤材料の両方を含む周知の界面活性剤材料から選択すればよい。いくつかの種類の融着可能な粒子については、フラックスを用いて粒子の融着を促進する、または融着中に粒子を酸化から保護することも望ましいであろう。フラックスは、融着可能な粒子および流動キャリア媒体の用途および性質に応じて、周知のフラックス材料から選択してもよい。

スラリーコーティング１５は、基板２５およびスラリーコーティング１５に関連する要件に応じて、いずれかの適切な塗布技術または方法を用いて塗布すればよい。スラリーコーティング１５は、スラリーの塗装、溶射、浸漬コーティング、ドクターブレード、転写、およびスクリーン印刷を用いて基板上に塗布すればよい。

図５および図６を参照し、マスク３５がコーティング面３０上に配置され、スラリーコーティング１５の所定のパターン４０を画定する。マスク３５は、スラリーコーティング３５で覆われることになるコーティング面３０の部分を画定するのに用いることができる。代替的に、スラリーコーティング１５がコーティング面３０上に塗布された後に、マスク３５をスラリーコーティング１５上に配置することもできる。

スラリーコーティング１５は、流動キャリア媒体の全部またはかなりの部分を除去するために、マスク３５を与える前に乾燥させることができる。乾燥は、いずれかの適切な手段または方法を用いて行なえばよく、空気、または窒素もしくはアルゴンのような非酸化雰囲気のいずれかにおける室温での乾燥、およびさまざまな種類のオーブン、炉、赤外線ランプなどの周知の方法および手段を用いた高温での乾燥が含まれる。

マスク３５は、所定のパターン４０を画定することができるいずれの適切な材料からなってもよい。マスク３５は、エネルギ４５（以下でより詳細に説明する）をスラリーコーティング１５の第１の部分に与え、エネルギ４５がスラリーコーティング１５の第２の部分に与えられるのを防ぐ。マスク３５は、エネルギ４５を吸収することによって、またはエネルギ４５を反射することによって、または屈折および吸収の組合せによって、スラリ
ーコーティング１５の第２の部分を保護することができる。

マスク３５がエネルギ４５の一部を吸収するように機能する場合は、マスク３５は、溶解および／またはコーティング面３０に融着することなくエネルギ４５の一部を吸収するように設けることができる。マスク３５がエネルギ４５の一部を吸収する場合は、マスク３５は、できるだけ多くのエネルギ４５を反射するように設けることができる。マスク３５は、たとえば銅またはアルミニウム合金、純銅、純アルミニウムで形成することができる。マスク３５の表面５５は、マスク３５の反射率を高めるために研磨される。

所定のパターン４０は、いずれの所望の寸法または形状であってもよい。マスク３５は、外周６０および開口部６５を有する。マスク３５は、協働して所定のパターン４０を画定する複数の開口部を有することができる。所定のパターン４０は、マスク３５の外周６０の外側、またはマスク３５の外周６０の内側、またはマスク３５の外周６０の内側および外側にスラリーコーティング１５の一領域を含んでもよい。

図７および図８を参照し、レーザ５０からの光エネルギの形態のエネルギ４５が、スラリーコーティング１５の所定のパターン４０に与えられる。エネルギ４５は、所定のパターン４０の内側のスラリーコーティング１５の融着可能な粒子の少なくとも一部を互いにかつ基板２５のコーティング面３０に融着させるのに十分なものである。

図９および図１０を参照し、エネルギ４５が所定のパターン４０内のスラリーコーティング１５に与えられると、スラリーコーティング１５の粒子は互いに融着し、融着したコーティング層２０を形成する。レーザ５０のエネルギ４５は、照射されるべき所定のパターン４０の寸法および形状、プロセスに要求されるスループット、および他の要因に応じて、既知のレーザ照射技術を用いて与えればよい。これらの技術には、たとえば、レーザ５０または基板２５のコーティング面３０を相対的に移動させずに一つの点もしくは領域を照射すること、または基板２５のコーティング面３０上でレーザ５０を蛇行もしくは他のラスター形状にラスターすること、またはレーザ５０および基板２５のうち少なくとも一方を互いに対して走査することを含み得る。本発明の別の実施例では、マスク３５および基板２５をレーザ５０に対して回転させることができる。マスク３５および基板２５をレーザ５０に対して回転させる利点は、所定のパターン４０の円形形状の露出を制御することができる点である。

走査を採用する場合、所定のパターン４０の全体がレーザ５０に晒されるまで、基板２５またはレーザ５０のうち一方が時間の関数として他方に対して移動する。図１３から図１５を参照し、基板１２５は、マスク１３５によって包囲されたスラリーコーティング１１５で覆われる。レーザ（図示せず）は、エネルギ１４５を基板１２５に照射する。時間がｔ₁からｔ₃まで経過するにつれて、エネルギ１４５によってスラリーコーティング１１５が融着したコーティング１２０に変わるように、レーザおよび基板１２５のうち一方が他方に対して移動する。

多くの純金属および金属合金を含むスラリーコーティング１５については、マルチキロワットのダイレクトダイオードレーザを用いることができる。ダイレクトダイオードレーザを用いる場合、スラリーコーティング１５の融着可能な粒子または基板２５のいずれかの過熱または気化を回避するため、レーザ５０のエネルギ４５の出力密度は約１０⁵ワット／ｃｍ²未満であり、インタラクション時間は１０^-1秒以下であり得る。レーザのビームの断面形状は、使用されるスラリーコーティング１５および基板２５の組合せ、ならびに所定のパターン４０の寸法および形状に応じたいずれかの適切な形状であればよい。基板２５が金属であり、かつスラリーコーティング１５が金属粉末粒子を含む場合は、断面形状が矩形であり、かつ幅が約１０．０から１５．０ｍｍ、長さが０．５から２．０ｍｍ
の範囲の走査ビームを用いることができる。

本発明の一実施例では、スラリーコーティング１５の粒子がリフローし、その結果部分１６内に生じる液体が再凝固して、コーティング層２０（たとえば多くの金属および純金属合金）を形成する。いくつかの場合、たとえばスラリーコーティング１５が多くの純金属および金属合金粉末粒子を含む場合は、再凝固したときにそれぞれ純金属または金属合金まらなる均質なコーティング層２０を形成する粉末粒子のほぼ全部をリフローさせるのに十分なエネルギを与えることが望ましい。同様に、スラリーコーティング１５が、所望の合金組成に対応する相対量のさまざまな純金属粉末粒子の混合物を含む場合は、再凝固したときに所望の金属合金組成の均質なコーティング層２０を形成する粉末粒子のほぼ全部をリフローさせるのに十分なエネルギを与えることが望ましい。他の場合、たとえばスラリーコーティング１５がさまざまなポリマー粒子、またはポリマー／金属複合物中の金属粉末粒子のような他の粒子と、ポリマー粒子との混合物、または比較的融点が低い純金属もしくは金属合金および比較的融点が高い金属もしくは金属合金からなるスラリーを含む場合は、スラリーの粒子の全部を完全に溶解または軟化させることは望ましくなく、逆に、粒子の一部が互いにかつ基板に融着するように、粒子の一部のみをリフローさせるために、またはポリマーの場合は十分に軟化させるために、十分なエネルギを与えることが望ましいと考えられる。これは、スラリー成分の１つ（たとえば高融点金属）のリフローによってスラリーコーティングの別の成分（たとえばポリマー）が望ましくない程度に加熱されてしまう場合、特に、融点が高い方の材料金属を溶解するのに必要とされるエネルギレベルによって融点が低い方の成分の化学分解、過度な蒸発または他の分解が生じ得るならば、特に適用可能であろう。このような場合、融点または軟化点が高い方の材料の粉末粒子は、互いに融着するほど十分にリフローまたは軟化せず、たとえばレーザ５０のエネルギ４５を吸収し、かつ融点または軟化点が低い方の粉末粒子の軟化を促進するのに使用してもよい。

上述したさまざまな種類のスラリーの例として、融着可能な粒子が一つの純金属（たとえばＰｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄといった貴金属、もしくはＨｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅといった他の金属）もしくは均質な金属合金組成（たとえばＰｔ−Ｉｒ合金の粒子）の金属粉末粒子、または所望の合金組成に対応する相当量のさまざまな純金属粉末粒子の混合物（たとえば多数の周知のＮｉＣｏＣｒＡｌＹ合金の１つを形成するのに十分なＮｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹからなる相対量の純金属粉末の混合物）を含む場合、スラリーの融着可能な粒子全部をリフローさせて、再凝固したときに均質な純金属もしくは金属合金からなるコーティング層２０を形成することが望ましいであろう。代替的に、融着可能な粒子の融点が著しく異なる例（たとえば、多くのポリマー／金属スラリーおよび多くのセラミック／金属もしくはポリマースラリー）では、焼結プロセスにおいて頻繁に生じるような、粉末粒子の互いへの、かつ基板への限定的な融着を促進するように、他の成分に優先して粉末成分の１つ以上を選択的に溶解または軟化させることが望ましいであろう。

図１１および図１２を参照し、レーザのエネルギによって融着されない融着可能な粒子が表面３０から除去される。これは、融着していないスラリーコーティング１５の、コーティング面からの溶解または洗い流しを含むいずれかの適切な方法を用いて、または機械的な方法、たとえば、融着していないコーティング材料を除去するさまざまなスクラビング、溶射研磨方法もしくは他の周知の方法を用いて、またはこれらの方法のさまざまな組合せを用いて行なってもよい。

所定の基板２５上にコーティング材料２０の２つ以上の所定のパターン４０を設ける、または複数のコーティング層２０を設けるように、所定の基板２５について上記のステップを繰返してもよい。複数のコーティング層２０が堆積される場合は、各層２０は、基板２５の１つのコーティング面３０または複数のコーティング面上に堆積してもよい。１つ
の層の別個の部分として、またはコーティング材料の多層スタック、たとえばさまざまな誘電体層によって分離された導体層のスタックとして堆積してもよい。理解されるように、１つの層または多層スタックのいずれかとして基板に塗布し得るコーティング層の組合せおよび並べ換えは多数存在する。

図１６を参照し、本発明の第３の例示的な実施例では、スラリーコーティング２１５はマスク２３５と異なる平面内にあってもよい。スラリーコーティング２１５は、基板２２５の表面２３０の窪みまたは凹部内に堆積することができる。マスク２３５はスラリーコーティング２１５の平面の上または下のいずれかに配置することができる。エネルギ２４５の入射角αは直角から変化させることができ、これによりエネルギ４５の一部がマスク２３５の側壁２３６からスラリーコーティング２１５へと反射され、スラリーコーティング２１５の粒子の融着をさらに補助するという有利な効果が生じる。したがって、エネルギ伝達が向上するように、エネルギ源４５の入射角を変化させることが望ましいであろう。

図１７を参照し、本発明の第４の例示的な実施例では、エネルギ３４５がスラリーコーティング３１５に与えられる際、マスク３３５はスラリーコーティング３１５の下に位置する。

明らかに、本発明の多くの修正および変更が上記の教示に鑑みて可能である。したがって、添付の請求項の範囲内において、具体的に説明した以外の方法で本発明を実施してもよいことが理解されるべきである。

本発明の第１の例示的な実施例に係る基板の上面図である。図１の線２−２に沿った断面図である。スラリーコーティングが基板のコーティング面に塗布された後の、図１に示した基板の上面図である。図３の線４−４に沿った断面図である。基板とスラリーコーティングの一部を覆うマスクとの上面図である。図５の線６−６に沿った断面図である。エネルギがスラリーコーティングの一部に照射された後の、基板およびマスクの上面図である。図７の線８−８に沿った断面図である。マスクが除去された後の基板の上面図である。図９の線１０−１０に沿った断面図である。融着したコーティングを有する基板の上面図である。図１１の線１２−１２に沿った断面図である。本発明の第２の実施例において、協働してスラリーコーティングを走査し始める基板およびレーザからのエネルギの第１の側面図である。走査中の基板およびエネルギの付加の第２の側面図である。走査終了時の基板およびエネルギの第３の側面図である。スラリーコーティングが凹部内に配置されている、本発明の第３の例示的な実施例の詳細図である。マスクがスラリーコーティングに対して下に位置する、本発明の第４の例示的な実施例の側面図である。

Claims

スラリーコーティングを基板に融着させる方法であって、
コーティング面を有する基板を選択するステップと、
融着可能な粒子を含むスラリーのコーティングをコーティング面に塗布するステップと、
コーティング面上にマスクを配置して、スラリーコーティングの所定のパターンを画定するステップと、
所定のパターンの内側の融着可能な粒子の少なくとも一部を基板に融着させるのに十分なエネルギをレーザからスラリーコーティングの所定のパターンに与えるステップとを備える方法。
レーザからエネルギを与えるステップの後に、コーティング面からマスクを除去するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
スラリーのコーティングを塗布する前記ステップに続いて、スラリーを乾燥させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
スラリーコーティングが、レーザのエネルギを与える前記ステップによって融着されない融着可能な粒子を含み、
レーザのエネルギを与える前記ステップによって融着されない融着可能な粒子を除去するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
スラリーのコーティングを塗布する前記ステップは、基板上へのスラリーの塗装、溶射、浸漬コーティング、ドクターブレード、転写、およびスクリーン印刷のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
基板は、金属、セラミックス、サーメット、ガラス、ポリマー、およびそれらの複合材料からなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
スラリーはバインダを含む、請求項１に記載の方法。
バインダはポリビニルアルコールを含む、請求項６に記載の方法。
スラリーは、流動性の改質剤、殺生物剤、殺菌剤、および界面活性剤のうち少なくとも１つも含む、請求項１に記載の方法。
スラリーは、融着可能な粒子の９５重量％以上を占める、請求項１に記載の方法。
スラリーは水性スラリーである、請求項１に記載の方法。
スラリーは有機スラリーである、請求項１に記載の方法。
融着可能な粒子は、金属、セラミックス、サーメット、ガラス、ポリマー、およびそれらの複合材料からなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
マスクは外周を有し、所定のパターンはマスクの外周の外側に位置する、請求項１に記載の方法。
マスクは外周を有し、所定のパターンはマスクの外周の内側に位置する、請求項１に記
載の方法。
マスクは外周を有し、所定のパターンはマスクの外周の内側および外側の両方に位置する、請求項１に記載の方法。
マスクは、レーザのエネルギを反射するように機能する、請求項１に記載の方法。
マスクは金属を含む、請求項１７に記載の方法。
金属はアルミニウムまたは銅である、請求項１８に記載の方法。
レーザはダイレクトダイオードレーザである、請求項１に記載の方法。
レーザのビームは、断面形状が矩形である、請求項２０に記載の方法。
ビームは、集束状態において矩形の断面形状を有し、かつ幅は約１０．０から１５．０ｍｍ、長さは約０．５から２．０ｍｍの範囲である、請求項２１に記載の方法。
レーザのエネルギは、約１０⁵ワット／ｃｍ²の出力密度および１０^-1秒以下のインタラクション時間で基板に与えられる、請求項２２に記載の方法。
レーザからエネルギを与える前記ステップは、レーザのエネルギが所定のパターン上に与えられるように、ビームおよび基板のうち少なくとも一方を走査するステップを含む、請求項１に記載の方法。
レーザからエネルギを与える前記ステップは、レーザのエネルギが所定のパターン上に与えられるように、ビームおよび基板のうち少なくとも一方を回転させるステップを含む、請求項１に記載の方法。