JP4984059B2 - セラミックス成形体の製造方法とこれに使用する電気泳動装置。 - Google Patents

Description

本発明は、帯電させたセラミックス粒子を水系サスペンションの電気泳動により基材に堆積させるセラミックス成形体の製造方法とこれに使用する電気泳動装置に関する。詳しくは、基材に堆積するセラミック粒子堆積膜あるいは成形体中に含まれる気泡の除去に関するものである。

従来は、特許文献に示すように、基材の材質を気泡を化学的に吸収するものにして、気泡を消去していたが、基材の材質が限られ、例えば電着塗装のようにセラミックス粒子を堆積した状態で基材を使用するような用途では、適用が困難であった。
この問題を解決するために、非特許文献に示すような、ヒドロキノンなどの還元剤を溶媒（水）に添加し、発生酸素を水に転化する提案も見受けられる。
しかし、これでは、少ない量の還元剤では瞬く間にその機能が失われ気泡が発生するので、多量の還元剤を混入すると、セラミック粒子のサスペンションが不安定になる。

特開２００１−１０５４１３（特許第３５７９７１０号） ＪＵＲＮＡＬ ＯＦ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ３９（２００４）１８４５−１８４７

本発明は、上記事情に鑑み、基材の材質に制限を受けることなく、また、還元剤などを用いなくとも気泡を発生させることなく、電気泳動法により、セラミック粒子を基材に堆積させることができるセラミックス成形体の製造方法とこれに使用する電気泳動装置を提供することを目的とする。

発明１のセラミックス成形体の製造方法は、帯電させたセラミックス粒子を水系サスペンションの電気泳動により基材に堆積させるセラミックス成形体の製造方法であって、前記電気泳動時に、前記基材に対して、直流電圧を、ＯＮタイムを６ｍｓ以上１５ｍｓ以下とし、ＯＦＦタイムを前記ＯＮタイムと同一とした周波数でＯＮ／ＯＦＦして印加することを特徴とする。

発明２は、発明１のセラミックス成形体の製造方法であって、直流電圧を２０Ｖ以上４０Ｖ以下として印加することを特徴とする。

本発明により、印加電圧とそのＯＮ／ＯＦＦ周波数とを調整することで、気泡の発生無くセラミック粒子を基材上に堆積させることが出来た。
このようになる理由は定かではないが、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを速くしていくと、イオン泳動の動静はスイッチング速度に追随できるが、電気二重層を従えて進む粒子は追随できず、慣性で泳動を続けるので、この速度差を印加電圧とそのＯＮ／ＯＦＦ周波数にて調整することにより、結果的に気泡を発生させずに粒子を基材に堆積させることが可能となったと思われる。ＯＮ／ＯＦＦ周波数をさらに上げると、気泡の発生も粒子の堆積も観察されなくなる。
このような推論からすれば、適正な周波数や電圧は粒子と電気二重層の性状やサスペンションの粘性に依存し、物質の種類、粒子径、粒子の表面状態、溶媒（水）のｐＨや他のイオン強度、サスペンション濃度等により適宜チューニングする必要があるものと思われる。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限られるものではない。
また、以下の実施例から見て、以下のことが予測できる。
印加する電圧を高くすると、粒子のモビリティーは増大し、膜厚の成長速度は速くなる。但し、イオンのモビリティーも増大するので、気泡を発生させずに粒子堆積膜を得るためには、ＯＮ／ＯＦＦ周波数は高く設定する必要があり、その最適周波数の幅は狭くなる。
前述のように、粒子のみを泳動させる最適な周波数には多くの要素が複合的に作用し、理論的予測は困難であることから、実際のプロセスにおいては、サスペンションの状態に合わせてパルス周波数を適宜簡便にチューニングできる装置が好ましい。

本発明の方法を実施した例を示す。
サスペンションは、セラミック粒子としてアルミナ（住友化学ＡＫＰ−５０、平均粒径 ０．２mｍ）を蒸留水に分散した。 濃度は、 ５ ｖｏｌ％とし、ｐＨ ４．５ （ＨＮＯ_３で調製）にして、超音波ホモジナイザーにより分散して、水系サスペンションを得た。
通電の基本条件は、以下の通りとした。
電極基板：ＳＵＳ３０４板材 （面積２０ｘ２０ｍｍ^２、電極間距離２０ｍｍ）
電圧：２０ Ｖまたは４０ Ｖ
ＯＮタイムの合計：３ ｍｉｎ （ＯＮタイム／ＯＦＦタイムは同じに設定）
パルス：ＫＥＩＴＨＬＥＹ Ｍｏｄｅｌ ２６１２ ソースメータを使用して、図１４に示すようにパルスを発生させ、ＯＮ時間（Ｔ）、ＯＦＦ時間（Ｔ）をms単位で調整した。また、パルスのＯＮ時間とＯＦＦ時間は同じとした。
堆積膜の状態

２０Ｖでは１５msで気泡発生が完全に抑制された厚さ0.15mm程度の均一堆積膜の作成が可能であった。
２０msでも気泡の発生は見られないが、膜の平滑性で１５msにやや劣る。
スイッチングが速すぎると粒子も堆積しない（１０ms）。
４０Ｖでは６msで気泡発生が完全に抑制された厚さ0.2mm程度の均一堆積膜の作成が可能であった。
これら結果を図１〜１３と表１に求めて示した。

次に、本発明の方法を実施する為の装置の例を図１５、図１６を参照して説明する。
（１）は、水槽であって、セラミックス粒子を分散した水系エマルジョン（２）を貯留するためのものである。
（３）（４）は電極基板であり前記実施例１では、ＳＵＳ３０４板材に当たる。上記実施例では、実験を容易にするためプレーンなものを例示したが、陰極基板（３）は、各種の形状に成形されたものを用いてもよく、又材質も、ＳＵＳに限らず、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｓｎやそれ以外のあらゆる金属および合金系材料、炭素系導電材料や導電性高分子材料などの非金属系導電材料にも適用できる。
（５）は、電源機構であって、電線（９）（１０）により前記電極基板（３）（４）と電気的に接続されていて、パルス調整つまみ（６）、電流調整つまみ（７）及び電圧調整つまみ（８）が配置され、これらつまみにより、両電極への通電にあたり、電流、電圧及びＯＮ／ＯＦＦパルスを調整するようにしてある。
前記電源機構（５）内は、交流を直流に変換する変換器（５１）、直流電流の電圧を調整する電圧調整器（８１）、直流電流の電流値を調整する電流調整器（７１）及び直流電流のＯＮ／ＯＦＦのパルス時間（Ｔ）を調整するパルス調整器（６１）たから構成されている。
このようにして、電源から投入された交流電気を直流化し、その電圧、電流及びパルスを調整して、前記電極基板（３）（４）に直流電流を印加するようにしてある。

セラミックス部材、コンデンサや素子などの電子部品、リチウムイオン電池、燃料電池、塗装など、セラミックス膜形成技術を必要とするすべての分野に利用可能である。

実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、直流印加電圧が２０Ｖで連続通電（パルスなし）のもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、２０Ｖでパルス時間が１００msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、２０Ｖで５０msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、２０Ｖで２５msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、２０Ｖで１５msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、２０Ｖで１０msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖでパルスなしのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで１００msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで５０msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで１０msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで８msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで６msのもの 実施例により堆積した状態を示すサンプル写真であって、４０Ｖで５msのもの ＯＮ／ＯＦＦのパルス波形を示すグラフ 電気泳動装置の実施例を示す縦断正面概略図 電気泳動装置の電源機構内部を示すフロー図

符号の説明

（１）水槽
（２）水系エマルジョン
（３）（４）電極基板
（５）電源機構
（６）パルス調整つまみ
（７）電流調整つまみ
（８）電圧調整つまみ
（９）（１０）電線
（５１）変換器
（６１）パルス調整器
（７１）電流調整器
（８１）電圧調整器

Claims (2)

1. 帯電させたセラミックス粒子を水系サスペンションの電気泳動により基材に堆積させるセラミックス成形体の製造方法であって、
   前記電気泳動時に、前記基材に対して、直流電圧を、ＯＮタイムを６ｍｓ以上１５ｍｓ以下とし、ＯＦＦタイムを前記ＯＮタイムと同一とした周波数でＯＮ／ＯＦＦして印加することを特徴とするセラミックス成形体の製造方法。
2. 請求項１に記載のセラミックス成形体の製造方法であって、直流電圧を２０Ｖ以上４０Ｖ以下として印加することを特徴とするセラミックス成形体の製造方法。