JPH02149358A

JPH02149358A - 溶射膜の製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH02149358A
Application number: JP63303239A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Obana; 博尾花; Eisuke Minehara; 英介峰原; Manabu Takeuchi; 学竹内; Hideo Nagasaka; 長坂　秀雄
Original assignee: Onoda Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、超電導膜などの製造方法及びその装置に関
するものである。

従来の技術溶射膜、例えば、超電導膜は化学組成がＹＢａ２Ｃｕ　
Ｓ　０７−ｘ（０＜　Ｘ　＜　１’）である。

従来・は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの硝酸塩溶液を作成しその溶
液中に（ＮＨ４）２　ＣＯ３を溶解さぜることにより、
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの炭酸塩を沈澱させる。　この沈澱を洗
浄した後濾過、乾固させて粉体を得る。

ところで、目的とする化学組成であるＹ、Ｂａ、Ｃｕの
モル比が１：２：３の粉体を得ようとする場合において
、先の硝酸塩溶液の段階でＹＢａ、Ｃｕのモル比を目標
と同じくしては沈澱が目標通りの組成にはならない。　
そこで、温度、ｐＨなどを一定に保った上で試行錯誤に
よる濃度比の決定を必要とする。

一例としては、Ｙ２０Ｂ　２．２５ｇにＨＮＯ３、蒸留
水を混合してＹ（ＮＯ３）３　・６■（２０を作る。　
この溶液にＢａ　（ＮＯ３）２　２、　　４１ｇ、　　
Ｃ’ｕ　　（ＮＯ３）２　　　・　３８２　０　　　１
８５ｇ　蒸留水４００ｃｃを加えて６５６Ｃに加熱する
。　この溶液に（ＮＨ４）２　Ｃ０３Ｈ２０を加えると
、Ｙ２　　（ＣＯ３）３　、ＢａＣＯ３、ＣｕＣＯ３が
Ｙ、Ｂａ　　、Ｃｕのモル比が１・：２：３で沈澱する
。　この様にして得られた尤澱物を乾固せしめて粉体と
し、該粉体を原料供給装置を介してプラズマフレーム中
に供給して基板上に溶射し超電導膜を形成している。

発明が解決しようとする課題溶射材料として粉体を用いる場合には、゛以下の条件を
具備する必要がある。

■　粉体が高温中に存在する時間内で溶融しなければな
らないので、最大粒子径の大きさに制限がある。

■　溶射された膜を均一にするためには、粉ｊ本の粒度
の「１】は狭い方が良い。

■粉体を安定して供給するなめには、１寸着、凝集の起
こりやすい微粒子を避けなければならない。　従って、
最小粒子径の大きさにも制限がある。

以上から、一般に溶射に用いられる粉本は、２０〜１０
０μ程度に整粒されている。

また、原料供給装置は一定星を安定してｕｌ：給でき・
るように、かなり高価な装置が用いられ、粉体の１寸着
凝集を避けるため水分の含有をｍめとして厳格な管理下
に置かれる。

このような粉本にするためには、実はかなりの前操作を
必要とする。

目標とする粒子径よりも大きい粒子は、粉砕又は破砕に
よって細かい粒子にする。

逆に、目標粒子径よりも細かく、ハンドリングが困難で
ある粒子については、造粒とよはれる操ｆＪＦ−により
、接着剤などを用いて適度な粒子径まで大きくする。

これらの操１ヤにおいては、その原理上必ず目的外の成
分の混入が避けられない。

その混入の原因は、粉砕又は破砕においてはその媒体の
摩耗、破片によってであり、また、造粒においてはその
装置に付着した物あるいは接着剤によってである。

これらの問題点をまとめると次の通りである。

■　粉砕又は造粒により粉体の粒子径を整える必要があ
る。

■これらの操作によって、目的外の材料の混入が避けら
れない。

■目標とする粒子径に整える過程で、回収されない材料
が発生する。

■粉体のハンドリングでは、高価な装置を必要とする。

■粉体の粒子径の分布が不均一になり、溶射膜の不均質
を避けられない。

この発明は上記事情に鑑み、前記問題点を解決し、均一
な溶射膜を簡単に形成できるようにすることを目的とす
る。

課題を解決するための手段第１発明は、原料をプラズマフレーム中に供給して基板
上に膜を形成する溶射膜の製造方法において、前記原料
が、溶射材料を媒液中に混在せしめた液状の原料であり
、また、該液状の原料が、プラズマフレーム中に噴霧さ
れることを特徴とする溶射膜の製造方法であり、また、
第２発明は、プラズマフレーム中に液状の原ｔｌを供給
する原料供給装置に噴霧手段を設けたことを・特徴とす
るプラズマ溶射装置である。

作用溶射材料を媒液中に混在ぜしめた液状の原料を原料供給
装置に供給すると、該原料は、噴霧手段により霧化され
ながらプラズマフレーム中に飛散する。　そうすると、
媒液は蒸発して消滅するが、溶射材料は溶融して液滴と
なる。

そして、この液滴は基板に向かって飛行し、該基板上に
付着して溶射膜を形成する。

実施例この発明の実施例を添付図面により説明する。

プラズマ溶射装置のカバー１に、噴霧手段を備な原料供
給装置２を設け、該原料供給装置２に原料３を供給する
。　この噴霧手段は、第２図に示すように、搬送ガス用
ノズル５と、該ノズル５に遊嵌合した原料用ノズル６と
から構成されており、ノズル部７で搬送用ガス８と原料
３とを混合してプラズマフレーム中に噴霧する。　この
噴霧量は、ニードル弁１０により調整される。

原料３は、溶射の過程で蒸発する液体（媒液）中に溶射
材１ｔ４１１を混合せしめた液状の原料であり、溶液、
又は、懸濁液となっている。

この液状の原料３として、例えば、次のようにして作成
した硝酸塩水溶液を用いる。

Ｙ２０３　、Ｂａ　（Ｎｏ３　）２　、Ｃｕ　（Ｎｏ３
）２をＹ、Ｂａ、Ｃｕのモル比が１：２：３になるよう
に混合し、水溶液とする。Ｙ２Ｏ３が硝酸塩なるに足る
硝酸を加えることによって、全てを溶解させるが、若干
過剰に硝酸を加えてもさしつかえない。原料液３が、プ
ラズマフレーム４中に噴霧されると、原料３は分散され
、媒液は、プラズマの高温により蒸発して気化拡散する
と共に、溶射材料１１は、瞬間的に溶融して液滴１２と
なる。

そして、この液滴は矢印Ａ１２に示すように基板１３に
向かって飛行し、該基板１３上に付着して溶射ＩＩｌ！
１４を形成する。

ＹＢａ２Ｃｕ３０７−Ｘが溶射材料の場合では、溶液の
濃度は、５％であり、噴霧した液滴は、５：６μｍ以下
が１０％、１２．４μｍ以下が５０％、２０．８μｍ以
下が９０％の直径を持つ比較的細かい液滴である。

従って、基板１３上に到達した粒子は、２．１μｍ以下
が１０％、４．６４μｍ以下が５０％、７．７９μｍ以
下が９０％の粒度分布を持った粒子である。その詳細を
計算によって示すと次のとおりである。

例えば、１５０■、１２０Ａのプラズマを発生させてい
ると仮定し、その５％が供給された溶液の媒液の蒸発に
用いられると考えれば、１５０　　Ｖ　ｘ　１２ＯＡ＝
１８ＫＷ＝１．５４８　　ｘｌＯ’　　ＫＣａ　　１／
ｈ＝２５８　　ＫＣａ　　１／ｍｉ　　ｎ２５８　　Ｋ
　ｃ　ａ　　１７ｍ　ｉ　　ｎ　Ｘｏ、０５÷５８０Ｋ
ｃａｉ／Ｋｇ＝２２．２ｇ／ｍ　ｉ　　ｎ　　−媒液に
水を用いれば、蒸発潜熱は、５８０Ｋｃ　ａ　１　／　
Ｋ　ｇであるから、２２，２　ｇ　／　ｍ　ｉ　ｎの蒸
発が可能であることが理解される。

従って、媒液に対する材料の比率を１〜５０％にすれば
、溶射材料の供給量は、約０．２〜１０ｇ／’ｍｉｎと
なり、通常用いられる供給量になる。

この時の原料の供給された液滴の直径は、１〜１００μ
ｍ程度である。原料の比重は、材料の濃度に比例し、１
％の時１．０１ｇ／ｃｍ３５０％の時１．５０　ｇ／　
ｃｍ’　、溶射材料の比重を２ｇ／ｃｍ３とすれば、１
〜５０％の溶液であるから、媒液が蒸発した後の溶射材
料の粒子径は、（３／４π×（１〜１００）３／８　Ｘ　（１，０１〜
１．５０＞　ｘ　（０，０１〜０．５０）÷（３／４π
）　＞　’／３Ｘ２　　＝０．２１６　〜９０．８となる。

従って、従来技術で用いられていた２０〜１００μより
も充分細かい粒子の溶射が可能となることが計算上から
も理解される。

又、濃度５％を採用したのは、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕの硝酸塩
がＹ、Ｂａ、Ｃｕのモル比が１＝２：３の比率で水溶液
の形で存在する最高の濃度であったからである。この溶
液の粘度は、１センチボ・アズ程度であるが、粘度を問
題にする理由を述べる。液体の粘度が高くなると、その
液を微粒子の液滴に噴霧するためには、霧「ヒに要する
気流の速度を大きくする必要があり、又、方では、噴霧
の速度を増大すると、プラズマが乱れ、生成された膜が
不均質になる。

従って、供給する液体の粘度は、限界を持ち、５０セン
チ、ポアズ以下になるように調整する必要がある。

なお、常圧以下に減圧することにより、媒液の蒸発潜熱
を低下させることも有効である。

なお、２０は、カバー２１に設けられたシールガス供給
口、２２は、陰極２３と陽極２４との間に発生するアー
ク柱である。

発明の効果この発明は、以上のように構成したので、従来例と異な
り、均一な溶射膜を簡単に形成することができる。

更に述べると、原料が溶射材料を媒液中に混在せしめた
液状の原料なので、従来例のように粉体に・する操１ヤ
や粉体の粒子径を整粒する操作等が不要になると共に、
粉砕工程中、或は造粒工程中に混入する不純物の問題も
発生しない。

従って、従来例に比べ簡単に、しかも、良好な原料を得
ることができる。

又、粉体では、不可能であった極微小粒子の溶射を可能
にし、溶射の結果である溶射膜の緻密性、均一性を従来
例に比べ格段に向上させることができる。

更に、原料供給装置に噴霧手段を設け、液状の原料をプ
ラズマフレーム中に噴霧するので、媒液および溶射材料
は分散される。

そして、媒液はプラズマフレー１８の高温により蒸発し
てしまうのでカバーに接触する恐れが無い。

従って、この液状の原料を使用しても絶縁性を維持でき
るので、安全に溶射膜を製造することが出来る。

また、溶射材料は分散した状態で溶融されるので液滴は
微小なものとなる。

その・ため、溶射膜の緻密性、均一性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例を示す縦断面図第２図は、
第１図の要部拡大図である。２　・・・・・・・・・　原料供給装置３　・・・・・
・・・・　原料４　・・・・・・・・・　プラズマフレーム５　・・・
・・・・・・　搬送ガス用ノズル６　・・・・・・・・
・　原料用ノズル１４溶射膜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原料をプラズマフレーム中に供給して基板上に溶
射膜を形成する方法において、前記原料が、溶射材料を
媒液中に混在せしめた液状の原料であり、また、該液状
の原料が、プラズマフレーム中に噴霧されることを特徴
とする溶射膜の製造方法
（２）液状の原料が、溶液であることを特徴とする請求
項１記載の溶射膜の製造方法
（３）液状の原料が、懸濁液であることを特徴とする請
求項１記載の溶射膜の製造方法
（４）液状の原料の粘度が、５０センチ．ポアズ以下で
あることを特徴とする請求項１記載の溶射膜の製造方法
（５）プラズマフレーム中に液状の原料を供給する原料
供給装置に噴霧手段を設けたことを特徴とするプラズマ
溶射装置
（６）噴霧手段が、二流体ノズルであることを特徴とす
る請求項５記載のプラズマ溶射装置。