JP2010506722A - 超音波噴霧堆積を用いてコーティングを作る方法及び装置 - Google Patents

Abstract

基体上にベース層を堆積し、次いで、化学気相浸透（ＣＶＩ）を行い、初期相粒子に対する結合材の優れた付着性と基体に対する複合材料コーティングの付着性とを有する複合材料コーティングを作り出す結合相を導入するために用いられる超音波噴霧堆積（ＵＳＤ）を開示する。我々は、様々な態様において、この方法を用いて、超音波噴霧堆積を用いて堆積された立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）と、化学気相浸透を用いて施された窒化チタン（ＴｉＮ）とから成るコーティングを作り出した。窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、硫化物及びケイ化物を包含する、他の諸方法では用いることのできない多くの種類の材料と共にこの方法を用いることができる。加えて、他の結合方法又は後堆積処理方法は、基体と、被覆用材料と、コーティングの施用に必要な条件とにもよるが、化学気相浸透の代替方法として適用され得る。コーティングは、複雑な形状寸法を有する基体を含む様々な基体に施され得る。本出願書類は、超音波噴霧堆積を行うのに用いられる、装置又は設備の設計をも記述する。

Description

本出願は、表題「超音波噴霧堆積を用いてコーティングを作る方法及び装置」の、２００６年１０月１９日に出願された米国暫定特許出願シリアル番号６０／８５２,８６３号に基づく優先権を主張する。
本発明は、コーティングを堆積させる中核的方法として超音波噴霧を用いることを含む、様々な材料組成物からコーティング及び物品を作るための方法及び装置に関する。

超音波噴霧堆積によって、他の方法を用いて作られるコーティングに比べて、より高い密度であり、より均一であり、且つ、より薄いコーティングが作られる。これらのコーティングを、例えば、とりわけ、切削工具のためのコーティングであって、靭性及び耐摩耗性が重要であり、薄いコーティングが必要であるコーティングと、生体医用インプラントのためのコーティングと、薄く且つ均一なコーティングを必要とする他の用途とを包含する様々な用途のために用いることができる。

本発明の１つの態様では、超音波噴霧堆積（ultrasonic spray deposition）（ＵＳＤ）を用いて、基体（substrate）上にベース層を堆積し、次いで、化学気相浸透（chemical vapor infiltration）（ＣＶＩ）を用いて、初期相粒子に対する結合材の優れた付着性と基体に対する複合材料コーティングの付着性とを有する複合材料コーティングを作り出す結合相を導入する。アジェイ（Ajay）Ｐ．マルシェ（Malshe）等に２００３年８月１９日交付された米国特許第６,６０７,７８２号明細書には、静電噴霧被覆（electrostatic spray coating）（ＥＳＣ）を用いて初期ベース層を堆積し、次いで、第２の工程として化学気相浸透（chemical vapor infiltration）（ＣＶＩ）を行う方法が開示されている。本発明は、１つの態様として、超音波噴霧堆積を用い、次いで、化学気相浸透を用いるが、本発明は、以前開示された方法より優れた重要な以下の利点を提供する。
・ より高い密度のコーティングを作る能力…超音波噴霧堆積を用いながら、粒子を液体に分散して噴霧し、次いで、該液体を蒸発させるとき、乾燥粉末静電噴霧被覆と比べて遥かに大きい密度の粒子が、基体上に堆積され得ることを、我々は見出だした。
・ コーティングのより大きい均一性及び減少した表面粗さ…適当に選定された液体に分散されたナノ粒子は凝集する傾向が非常に低下し、且つ、超音波噴霧堆積法は、堆積工程の間及び堆積工程の後、迅速に蒸発する液体分散系の非常に小さい液滴を作り出すので、結果として得られるコーティングは、遥かに小さい凝集を示し、従って、該コーティングの表面の滑らかさ及び均一性は著しく改善されるということを、我々は見出だした。
・ より薄い均一なコーティングを堆積させる能力…乾燥粉末静電噴霧被覆では、最小コーティング厚さは、１０μｍの範囲になる傾向があるが、超音波噴霧堆積は、１μｍもの薄い均一なコーティングを作ることができる。そして、
・ 伝導性ではない基体を被覆する能力（静電噴霧被覆では、基体の表面が一定レベルの導電性を有する必要があるが、超音波噴霧堆積ではその必要はない）。

我々は、様々な態様において、この方法を用いて、超音波噴霧堆積を用いて堆積された立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）と、化学気相浸透を用いて施された窒化チタン（ＴｉＮ）とから成るコーティングを作り出した。窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、硫化物及びケイ化物を包含する、他の方法では用いることのできない多くの種類の材料と共にこの方法を用いることができる。

加えて、他の結合方法又は後堆積処理方法は、基体、被覆用材料、及び、コーティングの施用必要条件にもよるが、様々な態様で、化学気相浸透の代替方法として適用され得る。本発明は、様々な態様で、単一材料、又は組み合わされた複数種類の材料を含有するコーティングを作り出すための複数段階方法（multiple method）であって、初めにベースコーティング又は未処理コーティングを堆積するための方法として超音波噴霧堆積を用いる複数段階方法に向けられている。コーティングは、複雑な形状寸法を有する基体を含む様々な基体に施され得る。本出願書類は、超音波噴霧堆積を行うのに用いられる、装置又は設備の設計をも記述する。

本発明の好ましい態様による二段階被覆方法であって、初めにベースコーティング層又は未処理コーティング層の堆積を行い、次いで、後堆積処理工程を行うことを含む方法を例示する。 堆積が行われる前、前堆積処理が被覆用材料に施される場合を示す。 超音波噴霧堆積方法を例示する。 静電帯電と組み合わされた超音波噴霧堆積を示す。 液体に分散された被覆用材料を超音波堆積用装置に供給するのに用いられる超音波タンクを例示する。 環境への容認できない放出を防止しながら、堆積されている材料を収容するのに用いられる堆積用室であって、噴霧ノズルから基体までの距離を調節するのを可能にし、且つ、未使用の被覆用材料を捕捉して再利用するために用いられる堆積用室を示す。 基体上にコーティングを均一に確実に堆積するために用いられる回転ステージを例示する。 超音波圧力送出装置と、堆積用室を備えた堆積用装置とを備えている、統合された超音波噴霧堆積用装置を示す。

ここに開示されるのは、基体上にコーティングを作るための方法及び装置であって、初めに超音波噴霧堆積を行ってベースコーティング（base coating）層を堆積させるものである。

二段階被覆法−概要
図１は、基体上にコーティングを作るための二段階法を例示する。基体１７０を、堆積用装置２００内に配置する。１種類以上の被覆用材料１５０を、堆積用装置２００の中に導入する。これらの被覆用材料は、乾燥粉末形態であっても、液体懸濁液形態であってもよく、また、ナノサイズ粒子若しくはマイクロサイズ粒子、又はそれらの粒子の組合せを含有することができる。複数種類の材料は、一緒に組み合わされ得るか、又は別々に堆積用装置２００の中に導入され得る。窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、硫化物及びケイ化物を包含する様々な材料を用いることができる。
堆積用装置２００は、基体上に初期コーティング又はベース層を作るための幾種類かの方法のいずれを用いてもよい。そのような堆積方法の１つは、以下に更に記述される、超音波噴霧堆積（ＵＳＤ）である。

初めの堆積工程の後、１種類以上の被覆用材料の乾燥固体粒子は、基体と接触している。図１に例示されるように、堆積物を有する基体２７０は、堆積工程２００の出力である。ベース層の堆積物を有する基体２７０は、次いで、後堆積処理工程３００を経る。後堆積処理を用いて、堆積済み乾燥粒子を相互に結合させ且つ基体に結合させる。適切な処理方法には、
・化学気相浸透（Chemical vapor infiltration）（ＣＶＩ）であって、化学蒸着（ＣＶＤ）に類似するが、結合剤が多孔性乾燥粉末堆積物の中に浸透して、基体とそれら乾燥粒子との両方と接触するような、より遅い反応速度を用いるもの、及び
・焼結法であって、
・マイクロ波焼結法
・レーザー焼結法
・赤外線焼結法
を包含する、幾種類かの選択し得る焼結法のいずれかを単独で用いるか、又は組み合わせて用いる焼結法、
が包含される。

これらの方法の各々は、高エネルギー（マイクロ波、レーザー、赤外線、又は高温高圧）の１つ以上のショートバースト（short bursts）を行って、初期被覆堆積物の粒子を焼結し、それら粒子を相互に結合させ且つ基体に結合させる。これらの方法は、基体を長時間の間、高温により少なく暴露させることによって、未処理コーティングを該基体に結合させることができる。
他の結合方法は、高温高圧（ＨＴ−ＨＰ）、即ち、現在、多結晶質立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）の中実成形体を製造することを含む様々な目的で用いられているプロセスを用いるものである。本発明において、高温高圧は、堆積された諸粒子を相互に結合させ且つ基体に結合させるための後堆積物結合工程として用いられる。

幾つかの態様において、後堆積物結合工程３００の後、（図示されていない）追加的処理工程を行って、コーティングに追加相を追加する。このことの１つの例は、ベースコーティングの堆積及び焼結を行った後、該ベースコーティングに活性生物剤を施す目的で、最終工程として、静電噴霧被覆又は超音波噴霧堆積（ultrasonic spray deposition）を用いることである。より具体的な例として、歯科インプラント又は他の生物医学デバイスであって、場合により多孔性表面層を有するデバイスは、静電噴霧被覆又は超音波噴霧堆積を用い、次いで、ベースコーティングのマイクロ波焼結法を用いて被覆され得る。その場合、追加の後焼結堆積工程において、殺生剤若しくは抗菌剤のような活性剤、骨形態形成タンパク質のような他の活性剤、又は、移植後の該デバイスの表面に薬物を運ぶための薬剤運搬粒子を施すことができる。これらは、特定の目的で追加成分をベースコーティングに施すために、後プロセス工程を用いることのできる方法の適切な実例である。

後堆積処理（post-deposition treatment）３００の後に使用し得る、（図示されていない）他の追加的処理工程を用いて、コーティングの結合を強化することができ、且つ、該コーティング中の欠陥及び不均一性を低減するか又は除去することができる。例えば、硬質コーティングを得るための適切な処理（例えば、切削工具を得るために用いられるもの）には、高温高圧（ＨＴ−ＨＰ）及び赤外線焼結法（パルス赤外線照射）が包含される。基体上の仕上げコーティングの特性を改善するために、過渡エネルギー源を用いる他の方法を用いることもできる。

図２に示されるように、本発明の幾つかの態様は、任意的な前堆積処理（pre-deposition treatment）工程１００を含む。未処理の被覆用材料５０は、処理済み被覆用材料１５０として堆積用装置２００へ進む前に処理される。例えば、（特定の用途のために望ましい特定の機能性を提供する）機能化を行う目的で、又は、多くの目的のいずれか（例えば、被覆処理プロセスで必要とされる高温から粒子を守る目的）のために粒子に保護膜を施す目的で、被覆用材料の粒子を前処理することができる。

図３は、液体分散系の超音波霧化及び超音波噴霧を用いて材料を基体上に堆積する堆積方法２００を例示する。被覆用材料１５０は、上記で解説されるように、任意的に前処理されている場合があるが、圧力送出装置２２０に誘導される。分散剤２１５もまた、圧力送出装置に誘導される。該圧力送出装置において、被覆用材料は、該液体分散剤に分散される。圧力送出装置２２０は、被覆用材料を分散された状態に保持し、且つ、その分散系を加圧して、それを超音波霧化装置２３５に供給する。分散系を作り出すために用いられる液体は、メタノール、エタノール及び同種類のものを包含する、多数種類の適切な候補液体の中から選定され得る。立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）の超音波噴霧を行うために、我々は、液体としてエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）を用いた。エタノールは、親水性分子又は極性分子を有する。その分子は、立方晶窒化ホウ素粒子に吸湿性を付与するのに役立ち、且つ、粒子を液体に懸濁させておくのに役立つ。更に均一な分散系を得るために、極性である他の分散剤を施すこともできるか、又は、界面活性剤と組み合わせて施すこともできる。

超音波信号発生器２４０は、霧化器２３５内部の圧電素子に接続されている。圧電素子は、液体分散系を液滴に霧化する機械的作用に変換する。液滴は、ノズル２４５に供給される。超音波信号の周波数を調節することによって、結果として得られる液滴直径を調節することができる。より高い周波数は、より小さい液滴を作る。例えば、１つの態様において、１２５ｋＨｚの周波数が用いられ、これによって、約２０μｍのメジアン径を有する液滴が作られる。

ノズルは、液滴を被覆されるべき基体又は部品１７０の方へ誘導する。液滴中の液体は、基体に向かって通過している時、又は該基体上に堆積された後、又はそれら２つの場合の組合せにおいて、蒸発する。結果として、１種類以上の材料の乾燥粉末が基体上に堆積する。オプションとして、ノズルの出口付近に（空気、窒素又は他の適切なガスを用いた）ガス流を導入して、液滴噴霧を表面に向かって更に誘導することができる。このことによって、堆積速度が改善され得るだけでなく、材料の堆積効率（基体上に堆積される材料の割合）も増大し得る。液体の蒸発を促進するために、ガスを加熱することができる。

超音波噴霧堆積（ＵＳＤ）は、静電噴霧被覆（ＥＳＣ）より優れた幾つかの利点であって、幾種類かの用途に対して超音波噴霧堆積をより適切にする利点を提供する。超音波噴霧堆積は、静電噴霧被覆に比べて、より薄いコーティングを作り出すために用いられ得る。更に、被覆用材料は、該材料を解凝集する傾向のある液体に分散され、且つ、超音波霧化プロセスそれ自体が凝集体を粉砕する傾向があるので、結果として得られる堆積物は、より均一であり、より滑らかな表面を有する。我々は、超音波噴霧堆積を用いて、より高い密度のコーティングを作り出すことができること（即ち、コーティング予備成形物中の被覆用材料の体積割合は、超音波噴霧堆積を用いれば、静電噴霧被覆を用いたときに比べてより大きくなり得ること）も見出だした。

図４は、超音波噴霧堆積を静電帯電と組み合わせる、更にもう１つの堆積方法２００を例示する。再度、（未処理の、又は前処理された）被覆用材料１５０と液体分散剤２１５とが、圧力送出装置２２０に導入される。超音波霧化装置２３５と超音波信号発生器２４０とノズル２４５との組合せによって、制御された大きさの液滴であって、基体１７０の方へ誘導される液滴噴霧が作り出される。既に解説されたように、ガス流をも導入して、液滴噴霧を更に誘導し、堆積の速度と効率とを増大させることができる。
この態様において、超音波噴霧ノズル２４５の出口の近辺に１個以上の導電性電極２６５を配置することによって、液滴に静電帯電が付与される。１個以上の電極に高電圧をかけ、調節可能高電圧装置２６０を用い、且つ、基体１７０（基体は、幾らかの導電性を持つ面積を有する必要がある）をアースすることによって、超音波噴霧ノズルを出る液滴は、帯電されて、基体に電界の向きの線（electric field lines）を生じる。電極としては、円形又は楕円形の輪だけでなく、ノズル出口近辺に配列された１個以上の点電極をも包含する、様々な形状及び相対的配置を用いることができる。

ノズル２４５、電極２６５及び基体１７０の位置決めを調節し、且つ、電圧、電極−基体間の距離、（液滴直径に影響を及ぼす）超音波周波数、及び圧力送出装置２２０からの噴霧圧を調節することによって、液滴の静電感応と超音波噴霧との間のバランスを変えて、所与のコーティング用途のために必要な特性を提供することができる。電圧レベル、及び、噴霧ノズルと基体との間の距離を調節することによって、ノズルと基体との間の、液滴の移動時間を変更することができる。オプションとして、キャリヤガスは、加熱されることが可能であり、液滴が移動の間に蒸発する速度に影響を及ぼす。乾燥堆積（液滴は、基体に到達する前に蒸発してしまう）と湿潤堆積（液滴が表面に堆積される時、それら液滴は依然として液体である）との間に望ましいバランスが達成され、全ての乾燥堆積物、全ての湿潤堆積物、又は混合の（hybrid）湿潤／乾燥堆積物を、その用途に最適であるものに応じて用いることが可能となるような具合に、これらの様々な調節を行って、本方法を最適化することができる。

このアプローチによって、超音波噴霧堆積と静電帯電との両方のプラス面が組み合わさり、幾つかの利点：
・ 超音波噴霧堆積プロセスへの静電力の付加は、ノズルと基体表面との間の視線上により低い信頼性をおきながら、３次元表面を相似的に（conformally）被覆するのに役立ち得ること、
・ 超音波噴霧堆積単独の場合に比べ、静電力の付加によって堆積速度が改善されること、
・ 静電力は、更に、移動効率（基体上に堆積される材料噴霧の割合）を増大させ、それによって、堆積の生産性が増大し、且つ、堆積されない材料の、環境への潜在的効果が減少すること、
・ 電界の向きの線は、鋭利端に収束し、鋭利端で液滴／粒子のより大きい集積を引き起こす傾向があるので、静電力は、鋭利端の被覆率を改善すること、
・ 超音波噴霧堆積と静電帯電とを組み合わせた場合、静電噴霧被覆単独の場合（米国特許第６,５４４,５９９号明細書を参照されたい。この米国特許明細書は、言及されることによって、本明細書に組み入れられる）と比べて、超音波噴霧について上述された諸利点の幾つか（即ち、より薄く、密度がより高く、且つ、より均一なコーティングを作り出す能力）が提供されること、
が提供される。

超音波噴霧堆積を行うための圧力送出装置の重要部分は、超音波タンクであり、このタンクは、超音波噴霧装置に送出される、分散剤を含有する粒子懸濁液を保持する。図５は、超音波タンク装置を例示する。圧力容器３は、粒子懸濁液４を貯蔵する。（図示されていない）適切な圧力シールを有する開口を用いて、当初、手動で圧力容器を充填する。適切な計測装置及び自動制御装置と共に、液体分散剤及び粉末粒子のための適切な供給ライン／供給入口を備えることによって、圧力容器を自動的に充填することもできる。
圧力容器は、圧縮された空気、窒素、又は加圧下の他の適切なガスを用いて加圧される。それらのガスは、圧縮空気入口５で圧力容器に入る。幾つかの用途のためには、ガスの湿度水準又は露点を制御を維持する必要がある。オプションとして、堆積過程における分散剤の除去速度を高めるために、ガスを予熱することができる。圧力容器、又は加圧された組立て体の他の部分が過剰に加圧されて、潜在的に漏洩するか又は破裂するのを防止するために、圧力逃し弁７が備えられている。

粒子の懸濁液は、流体引上げ管６を通って圧力容器から出る。不変の粒子密度と良好な懸濁液とを有する圧力容器の内部の位置から流体が確実に取り出されるように、流体引上げ管の底部と圧力容器の底部との間の距離を調節することができる。（図示されていない）液位指示は、圧力容器外部に備えられる。
オプションとして、超音波タンクは、粒子の均一な分散系を保持するための様々な手段のいずれかを用いることができる。例えば、図示される１つの態様では、市販の超音波水浴１を用いて、圧力容器を超音波処理済み水２で取り囲み、そうすることによって、該圧力容器と内部の懸濁液とに超音波振動が付与されている。他の例は、取り囲む浴又は圧力容器に取り付けられた機械式加振機、圧力容器内部の懸濁液の中に浸漬された超音波振動子棒又は類似のデバイス、機械的撹拌機、及び、他の振動手段又は超音波処理手段を用いることを含む。

図６は、静電噴霧被覆のため、超音波噴霧堆積のため、又は、超音波噴霧堆積と組み合わされた静電帯電のために用い得る堆積用室を例示する。噴霧ノズル組立て体１は、それが被覆用材料（乾燥粉末、又は、粒子を含有する液体懸濁液）を被覆用室２の中に噴霧するような具合に取り付けられている。噴霧ノズル組立て体は、静電堆積手段、超音波堆積手段、又は、超音波堆積手段と組み合わされた静電堆積手段を用いることができる。被覆されるべき１個以上の基体又は１個以上の部品は、ステージ懸架具組立て体（stage suspension assembly）３を用いて、被覆用室の中に懸架されているステージ４の上に配置される。ステージの向きは固定されることがあるか、又は、本明細書に更に記述されるように、オプションとして、回転ステージを用いることができる。ステージと噴霧ノズルとの間の距離は、調節され得る。

被覆用材料が出るのを防止するため、又は汚染物質が入るのを防止するため、被覆用室は密封される。１個以上の基体の上に堆積されない材料を再利用することができるように、該材料は、粉末再利用用回収器（powder recycling collector）５の中に回収される。好ましい態様において、未使用材料が再使用されるように捕捉し、且つ環境へ放出されるのを防止するために、該材料は、液浴を経由して又は他の濾過手段によって、前記の密封された室を出る。
好ましい態様において、ステージ懸架具組立て体３の上に備えられている調節手段（adjustments）は、被覆用室の頂部を通り、Ｏリング型シール又は他の密封手段を用いて密封されている開口を通って、該懸架具組立て体を引き伸ばすことによって、該室の外部に配置されている。この設計によって、ステージからノズルの距離の調節は、該室を開放することなく行うことができる。

図７は、オプションとして用いられて、基体表面の端から端までの堆積物の均一性を改善する回転ステージを例示する。回転ステージは、静電噴霧、超音波噴霧、静電堆積と組み合わされた超音波堆積、及び、他の堆積方法と共に用いられ得る。電気モータ１は、減速ギア２を通して本装置を駆動し、中央シャフト６を回転させる。サンプレート（sun plate）７が、中央シャフト６に取り付けられており、該シャフトと一緒に回転する。かなりの個数の遊星ギア５が、遊星シャフト８を用いて、サンプレート７に取り付けられている。それら遊星シャフトは、固定された搭載基礎３に取り付けられている内リングギア４と噛み合っている。本図に示される１つの態様では、６個の遊星ギアが用いられている。
サンプレートが回転する時、それら遊星ギアは、本組立て体の中央シャフトの周りで作動し、そして、該遊星ギアの、内リングギアとの相互作用によって、該遊星ギアもまた、それら自身の軸を中心に回転する。基体は、個々の遊星ギアのステージの上に取り付けられている。その二重回転作用は、基体表面上の全ての地点が材料噴霧に確実に均一にさらされることによって、基体上における堆積物の均一性を改善する。

それら遊星ギア及び内リングギアは、従来の歯を用いて噛み合うことができるか、又は、遊星ギアは、各々のローラの外縁が内リングギアの表面と接触し、摩擦によって該遊星ギアを回転させるような具合に、（例えば、スプリングによって）外へ向かって押し付けられるローラとして作成され得る。
いずれの型の静電堆積を行うためにも、それら遊星ギアの上に取り付けられている基体をアースするために、該遊星ギアは接地されなければならない。このことのためには、該遊星ギアを電気的に接地部材に接続するための手段を備える必要がある。遊星ギアがローラである１つの態様において、遊星ギアシャフトに押し付け、且つ、それら遊星ギアシャフトを内リングギアに押し付けた状態に保持するスプリングは、ブラシとしても作用して、それら遊星ギアと、接地された回転ステージ組立て体の残部との間に電気的接続を形成する。

コーティングの所望の均一性を達成するために、被覆されるべき基体が、堆積噴霧パターンの全ての部分に一様に確実にさらされるように、電気モータの速度を調節することができる。直流モータへの入力を変えることによって、その速度を調節することができる。図７に示される特定の態様において、［遊星ギアの回転速度］対［全サンプレートの回転速度］の比は、ギア比によって固定される。しかし、代わりの態様では、２つの速度を独立的に調節することができるような具合に、１基以上の追加的モータ又は他の手段を備えることができる。
ｘ方向又はｙ方向に横方向に動かされる適切なプラットフォームの上に回転ステージを取り付けることによって、該回転ステージもまた並進させることができ、しかも、該回転ステージを噴霧源のより近くに動かしながら、又は噴霧源からより遠くに動かしながら、該回転ステージをｚ軸方向（図７の垂直方向）に並進させることもできる。

図８は、統合された超音波噴霧堆積装置を例示する。圧縮された空気、窒素又は他の適切なガスが、圧力制御弁を通って圧力送出装置に供給される。これらの弁の１つは、超音波タンクに送られるガスの圧力を制御する。粒子の液体懸濁液は、加圧された超音波タンクを出て、超音波噴霧ノズル組立て体に送られる。オプションとして、超音波噴霧ノズル組立て体に送られるガスの圧力を制御して、超音波噴霧を基体まで更に誘導するために、第２の弁が用いられる。超音波噴霧ノズル組立て体は、本明細書に別に記述されている堆積用室に取り付けられる。
同様の配列は、静電帯電と併用される超音波噴霧堆積のために用いられる。その場合、電極及び調節可能電圧源が備えられ、基体は、アースされて電界支援超音波堆積（electric field-assisted ultrasonic deposition）を提供する。静電噴霧被覆装置のために利用可能な市販の高電圧装置を用いることができる。しかし、我々は、本用途のためには幾らかの改良、即ち、電圧装置を、桁が違う誘電率を有する分散剤に利用することができるように、高電圧装置を改良すること、が必要であることを見出だした。

本明細書に記述される装置の有し得る他の任意選択機能は、
・ 特定の用途のために必要であれば、キャリヤガス又はキャリヤ液体を予熱すること、
・ 材料の供給、ガス分散系及び液体分散系の流量、温度、並びに、基体の回転／並進（translation）の自動化、並びに、供給速度、堆積速度、温度及び他の重要な変量の自動計測
・ （静電帯電された、若しくは静電帯電されていない）基体又は超音波ノズル又はそれらの両方の（ｘ方向、ｙ方向及び／又はｚ方向の）追加的並進を行って、大表面上の堆積を可能にすること、並びに
・ 複数のノズルを用いて、大表面又は表面の複雑な形状寸法に被覆するのを可能にすること、
である。

Claims (29)

1. 基体を堆積用材料で被覆する方法において、
   （ａ）前記堆積用材料を超音波信号によって霧化する工程、
   （ｂ）前記堆積用材料を前記基体の上に誘導する工程、並びに
   （ｃ）その場堆積処理及び後堆積処理の一方を前記基体に行い、そうすることによって、前記堆積用材料を前記基体に結合する工程、
   を含む、方法。
2. 前記堆積用材料は、炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、硫化物及びケイ化物から成る群の中の少なくとも１種類を含有する、請求項１記載の方法。
3. 前記堆積用材料は、窒化ホウ素を含有する、請求項２記載の方法。
4. 後堆積処理を加える前記工程は、化学気相浸透を含む、請求項１記載の方法。
5. 前記化学気相浸透は、前記基体に窒化チタンを施す工程を含む、請求項４記載の方法。
6. 後堆積処理を加える前記工程は、化学蒸着を含む、請求項１記載の方法。
7. 後堆積処理を加える前記工程は、焼結工程を含む、請求項１記載の方法。
8. 前記焼結工程は、マイクロ波焼結法、レーザー焼結法、及び赤外線焼結法から成る群の少なくとも１種類を含む、請求項７記載の方法。
9. その場堆積処理及び後堆積処理の一方を行う前記工程の後、前記基体に作用物質材料を誘導する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
10. 前記作用物質材料は、活性生物剤を含有する、請求項９記載の方法。
11. 前記活性生物剤は、殺生剤及び抗菌剤の１種類を含有する、請求項１０記載の方法。
12. 前記作用物質材料は、骨形態形成タンパク質を含有する、請求項９記載の方法。
13. 前記作用物質材料は、薬物運搬剤を含有する、請求項９記載の方法。
14. 前記堆積用材料を前記基体の上に誘導する前記工程は、ノズルを利用し、且つ、ガス流を、前記ノズルに隣接させて前記基体に向けて誘導する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
15. 前記ガス流を加熱する工程を更に含む、請求項１４記載の方法。
16. 前記堆積用材料を霧化する前記工程の前に、前記堆積用材料を液体中に分散させる工程を更に含む、請求項１記載の方法。
17. 前記液体は、アルコールを含有する、請求項１６記載の方法。
18. 前記アルコールは、メタノール及びエタノールのうちの１種類を含有する、請求項１７記載の方法。
19. 前記液体は、極性化合物を含有する、請求項１６記載の方法。
20. 前記堆積用材料は、マイクロサイズ粒子を含有する、請求項１記載の方法。
21. 前記堆積用材料は、ナノサイズ粒子を含有する、請求項１記載の方法。
22. 前記堆積用材料を静電気的に帯電させる工程を更に含む、請求項１記載の方法。
23. 前記堆積用材料を前記基体の上に誘導する前記工程の間、前記基体を操作する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
24. 前記基体を操作する前記工程は、前記基体をステージ上で回転させる工程を含む、請求項２３記載の方法。
25. 前記基体は、複雑な形状寸法を有する、請求項２３記載の方法。
26. 前記堆積用材料を霧化する前記工程の前に、前記堆積用材料を処理する工程を更に含む、請求項１記載の方法。
27. 前記堆積用材料を処理する前記工程は、前記堆積用材料を、機能化材料及び保護材料の少なくとも１種類で被覆する工程を含む、請求項２６記載の方法。
28. 前記堆積用材料は、非伝導性である、請求項１記載の方法。
29. 前記基体に後堆積処理を適用する前記工程は、前記基体に高温高圧処理を適用する工程を含む、請求項１記載の方法。

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