JPH04362182A - Production of ceramic body by sol-gel process - Google Patents

Production of ceramic body by sol-gel process

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JPH04362182A
JPH04362182A JP16381591A JP16381591A JPH04362182A JP H04362182 A JPH04362182 A JP H04362182A JP 16381591 A JP16381591 A JP 16381591A JP 16381591 A JP16381591 A JP 16381591A JP H04362182 A JPH04362182 A JP H04362182A
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JP
Japan
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coating
film
ceramic
sol
alumina
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JP16381591A
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Japanese (ja)
Inventor
Taketo Sakuma
佐久間 健人
Kunichi Miyazawa
薫一 宮澤
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Individual
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Publication of JPH04362182A publication Critical patent/JPH04362182A/en
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Abstract

PURPOSE:To form an electron microscopically dense film of ceramics such as alumina or zirconia on the surface of a body to be treated such as a metal substrate. CONSTITUTION:When a ceramic film is formed by a sol-gel process on the surface of a body to be treated to produce a ceramic body, a coating film is formed on the surface of the body to be treated with an oxide hydrate sol prepd. by hydrolysis and condensation polymn. of a metal alkoxide and the body with the formed coating film is dried and fired in vacuum to form a ceramic film on the surface of the body to be treated.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明はゾル−ゲル法によって固
体材料表面にセラミック被膜を形成して成るセラミック
体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic body by forming a ceramic coating on the surface of a solid material by a sol-gel method.

【0002】0002

【従来の技術】固体材料の表面にセラミックス膜を作成
する方法としては、プラズマ溶射法、スパッタ蒸着法、
化学気相合成法などが代表的な方法として知られている
。しかしながら、これらの方法は装置が複雑化し高価に
なること、また、真空装置内で成膜を行ったりするため
立体角的な制約を受け複雑な形状の部材や大面積を有す
る部材に対して用いることは不適当であること、また構
造材の表面処理に多用されるプラズマ溶射法の場合は、
溶融粒子が瞬間的に融着して、接合界面に不安定相が生
成しやすく気孔率が高い被膜となるという問題点がある
[Prior Art] Methods for forming ceramic films on the surface of solid materials include plasma spraying, sputter deposition,
Chemical vapor phase synthesis is known as a representative method. However, these methods require complicated and expensive equipment, and because the film is formed in a vacuum device, they are limited by solid angles and cannot be used for members with complex shapes or large areas. However, in the case of plasma spraying, which is often used for surface treatment of structural materials,
There is a problem in that the molten particles are instantaneously fused and an unstable phase is likely to be generated at the bonding interface, resulting in a film with high porosity.

【0003】これに対し、液相を経由するセラミックス
膜の作成方法は、液相での基板の浸漬と引き上げ、乾燥
、焼成というプロセスによることから空間的な制約がな
く、大型で複雑な物体であっても容易にコーティングで
きるという利点がある。金属材料のセラミックスコーテ
ィング法として液相を経由するものは古くからあり、ホ
ーローはその代表的なものである。ホーローは高温でう
わぐすりを融着させてガラス質のコーティングを実施す
るものである。これに対し、ゾル・ゲル法は溶液を用い
て低温でセラミックス被膜の形成を行い、その後に焼成
してファインセラミックス被膜を得るもので、ホーロー
とは本質的に異なる製造方法によるものである。ゾル・
ゲル法は、ガラス、強誘電性セラミックスの合成、セラ
ミックスファイバーの合成、反射防止膜の作成などに応
用されており、その利点としては、成分調整が容易であ
ること、低温合成が可能であること、超微細粒組織が容
易に得られること、様々な形状の成形が可能であること
、開放系で合成できるので設備面で有利であるといった
点が挙げられる。
[0003] On the other hand, the method of creating ceramic films via a liquid phase involves a process of dipping the substrate in the liquid phase, pulling it up, drying, and firing, so there is no spatial restriction and it is not possible to create a ceramic film using a large and complicated object. It has the advantage that it can be easily coated. Ceramic coating methods for metal materials that use a liquid phase have been around for a long time, and enamel is a typical example. Enamel is made by fusing glaze at high temperatures to create a glassy coating. On the other hand, the sol-gel method uses a solution to form a ceramic coating at a low temperature and then sintering it to obtain a fine ceramic coating, which is an essentially different manufacturing method from that of enamel. Sol・
The gel method is applied to the synthesis of glass, ferroelectric ceramics, ceramic fibers, and the creation of antireflection films, etc. Its advantages include easy composition adjustment and low-temperature synthesis. , it is easy to obtain an ultrafine grain structure, it can be molded into various shapes, and it can be synthesized in an open system, which is advantageous in terms of equipment.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ゾル・ゲル法によるセラミックス被膜の形成においては
、基板とセラミックス被膜との固着性、緻密化した被膜
の好適な形成方法等については研究段階にあって、セラ
ミックス被膜の好適な形成方法等は確立していないのが
現状である。近時の例ではステンレス鋼にイットリアを
添加したジルコニアコーティングで、樹脂で治具を固定
し引っ張り試験を行って密着試験を行った例(Jour
nal of American Ceramics 
Society ,72(1989)1465) 、耐
熱被膜コーティングとしてのゾル・ゲル法で基板の酸化
挙動を被膜の表面での観察から述べたもの(Journ
al of Materials Science,2
5(1990)1537−1544)がある。しかしな
がら、透過電子顕微鏡レベルでの被膜組織と酸化挙動に
ついては調べられておらず、被膜形成の方法としてセラ
ミックス被膜の微細組織とその性質についてまで立ち入
って検討されていない。そこで、本発明は上記問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
セラミックス被膜の微細組織として電子顕微鏡レベルで
緻密なセラミックス被膜を形成することができるゾル・
ゲル法によるセラミック体の製造方法を提供しようとす
るものである。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the formation of ceramic films using the conventional sol-gel method, the adhesion between the substrate and the ceramic film, the suitable method for forming a dense film, etc. are still at the research stage. However, at present, a suitable method for forming ceramic coatings has not been established. A recent example is an adhesion test using a zirconia coating containing yttria added to stainless steel by fixing a jig with resin and performing a tensile test (Jour
nal of American Ceramics
Society, 72 (1989) 1465), and a description of the oxidation behavior of substrates using the sol-gel method as a heat-resistant film coating from observations on the surface of the film (Journal).
al of Materials Science, 2
5 (1990) 1537-1544). However, the structure and oxidation behavior of the coating at the transmission electron microscope level have not been investigated, and the microstructure and properties of ceramic coatings have not been investigated in detail as a method for forming the coating. Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to:
A sol that can form a fine ceramic film with a fine structure at the electron microscope level.
The present invention aims to provide a method for manufacturing a ceramic body using a gel method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、ゾルーゲル法に
よって処理対象物の表面にセラミックス被膜を形成する
ゾル・ゲル法によるセラミック体の製造方法において、
金属アルコキシドの加水分解と縮重合反応によって生成
した水和酸化物ゾルを用いて処理対象物の表面にコーテ
ィング被膜を形成し、コーティング被膜を形成した処理
対象物を乾燥させた後、真空中で焼成することによって
処理対象物の表面にセラミック被膜を形成することを特
徴とする。また、前記金属アルコキシドとしてアルミニ
ウム−iso プロポキシドを用いてアルミナ被膜を形
成すること、また、金属アルコキシドとしてジルコニウ
ム−テトラ−n プロポキシドを用いてジルコニア被膜
を形成することを特徴とする。また、真空中において5
00 ℃以上で熱処理を行ってセラミック被膜を形成す
ることを特徴とする。
Means for Solving the Problems The present invention has the following configuration to achieve the above object. That is, in a method for manufacturing a ceramic body using a sol-gel method, in which a ceramic film is formed on the surface of an object to be treated using a sol-gel method,
A coating film is formed on the surface of the object to be treated using a hydrated oxide sol produced by the hydrolysis and polycondensation reaction of a metal alkoxide, and after drying the object with the coating formed, it is fired in a vacuum. It is characterized by forming a ceramic coating on the surface of the object to be treated. The present invention is also characterized in that an alumina coating is formed using aluminum-iso propoxide as the metal alkoxide, and a zirconia coating is formed using zirconium-tetra-n propoxide as the metal alkoxide. In addition, 5
It is characterized by forming a ceramic coating by performing heat treatment at 00°C or higher.

【0006】[0006]

【発明の概要】本発明方法では、水和酸化物ゾルを用い
て処理対象物の表面にコーティング被膜を形成し、コー
ティング被膜を形成した処理対象物を乾燥させた後、真
空中で焼成することによって処理対象物の表面にセラミ
ック被膜を緻密に固着させることを特徴とする。なお、
処理対象物にコーティング被膜を形成するために用いる
コーティング液には、金属アルコキシド液に加水分解と
縮重合反応を行って得た水和酸化物ゾルを用いる。金属
アルコキシドは加水分解・縮重合反応を経て、金属酸化
物ゾルを作成できるアルコキシドであれば種類は問わな
い。
[Summary of the Invention] In the method of the present invention, a coating film is formed on the surface of an object to be treated using a hydrated oxide sol, the object to be treated on which the coating film has been formed is dried, and then fired in a vacuum. It is characterized by closely adhering a ceramic coating to the surface of the object to be treated. In addition,
A hydrated oxide sol obtained by subjecting a metal alkoxide liquid to hydrolysis and polycondensation reaction is used as the coating liquid used to form a coating film on the object to be treated. The metal alkoxide may be of any type as long as it can produce a metal oxide sol through hydrolysis and polycondensation reactions.

【0007】処理対象物には一様にコーティング被膜を
形成する。コーティング液は酸性度を調節することによ
り粘度調整して使用するのがよい。使用コーティング液
の粘度が高すぎる場合にはセラミックス被膜に割れが生
じるので粘度調節が必要である。なお、処理対象物に対
するコーティング方法は一様にコーティング被膜が形成
できる方法であればよく、ディッピング法に限定されな
い。ディッピング法による場合は、引き上げ速度、浸漬
回数によってコーティング被膜の膜厚を調節することが
できる。なお、セラミック被膜を形成する処理対象物は
、コーティング被膜を形成する前に、その表面を清浄に
して好適な被膜形成ができるよう前処理を施しておく。 後工程でセラミックス被膜を形成する際に加熱処理を施
すので、処理対象物によってはあらかじめ熱処理を施し
ておく。
[0007] A coating film is uniformly formed on the object to be treated. It is preferable to adjust the viscosity of the coating liquid by adjusting its acidity before use. If the viscosity of the coating liquid used is too high, cracks will occur in the ceramic coating, so it is necessary to adjust the viscosity. Note that the coating method for the object to be treated may be any method that can uniformly form a coating film, and is not limited to the dipping method. When using the dipping method, the thickness of the coating film can be adjusted by adjusting the pulling speed and the number of times of dipping. Note that the object to be treated on which the ceramic film is to be formed is subjected to pretreatment to clean the surface and form a suitable film before forming the coating film. Since heat treatment is performed when forming the ceramic coating in a later process, heat treatment may be performed in advance depending on the object to be treated.

【0008】処理対象物にコーティング被膜を形成した
後、乾燥させ、真空中において焼成する。減圧下で焼成
することにより、処理対象物の表面の変色が防止できて
透明な薄膜をコートすることができる。このように減圧
下で焼成する方法は、アルミナ膜を始めとするセラミッ
クス被膜中のアルコールや水などの成分を効果的に揮散
させ、膜を緻密化させるのに有効であり、その結果とし
て緻密なセラミックス被膜を基板に好適に固着させるこ
とができる。なお、従来のゾル・ゲル法では、セラミッ
クス被膜を固着させるための熱処理温度は、被膜の結晶
性を問題としない場合は300 ℃〜500 ℃でよい
とされていたが、本発明方法では500 ℃以上の熱処
理温度とすることによって結晶性のよいセラミックス被
膜を得ることができる。とくに、アルミナ被膜の場合に
は、1050℃での真空熱処理によってγアルミナとα
アルミナからなる複合組成の被膜が形成できることが確
かめられた。アルミナのγ→αの変態はゆっくり起こる
ので、焼成時に接合界面で変態によって引き起こされる
応力の発生は緩和される。また、本発明方法によって形
成したセラミックス被膜について、電子顕微鏡写真によ
り被膜の性状を観察し、緻密なセラミックス被膜が形成
されることが確認できた。
After forming a coating film on the object to be treated, it is dried and fired in a vacuum. By firing under reduced pressure, discoloration of the surface of the object to be treated can be prevented and a transparent thin film can be coated. This method of firing under reduced pressure is effective in volatilizing components such as alcohol and water in ceramic films such as alumina films, and is effective in making the films denser. The ceramic coating can be suitably fixed to the substrate. In addition, in the conventional sol-gel method, the heat treatment temperature for fixing the ceramic film was considered to be 300 °C to 500 °C if the crystallinity of the film was not a problem, but in the method of the present invention, the heat treatment temperature is 300 °C to 500 °C. By using the above heat treatment temperature, a ceramic coating with good crystallinity can be obtained. In particular, in the case of alumina coating, γ alumina and α are separated by vacuum heat treatment at 1050°C.
It was confirmed that a composite coating made of alumina could be formed. Since the γ→α transformation of alumina occurs slowly, stress caused by the transformation at the bonding interface during firing is alleviated. Furthermore, the properties of the ceramic coating formed by the method of the present invention were observed using electron micrographs, and it was confirmed that a dense ceramic coating was formed.

【0009】本発明方法によってステンレス基板に形成
したセラミックス被膜を組成分析したところ、鉄、クロ
ム、ニッケルが存在していた。このことは、ステンレス
基板から元素がセラミックス被膜中に拡散して拡散接合
しているものと考えられる。ゾル・ゲル法で形成したセ
ラミックス被膜を熱処理したときの接合機構は、金属基
板表面の水酸基とコーティング膜の水酸基が脱水縮合反
応を生じて、酸素を媒介とした金属−酸素−金属結合に
よっているものと考えられているのに対し、本発明に係
る熱処理法の場合は、脱水縮合反応の他に、拡散過程を
関与させた接合機構を用いているものと考えられる。
When the composition of the ceramic film formed on the stainless steel substrate by the method of the present invention was analyzed, it was found that iron, chromium, and nickel were present. This is considered to be due to the elements being diffused from the stainless steel substrate into the ceramic coating and being diffusion bonded. The bonding mechanism when a ceramic film formed by the sol-gel method is heat-treated is that a dehydration condensation reaction occurs between the hydroxyl groups on the surface of the metal substrate and the hydroxyl groups in the coating film, resulting in a metal-oxygen-metal bond mediated by oxygen. However, in the case of the heat treatment method according to the present invention, it is thought that a bonding mechanism involving a diffusion process is used in addition to the dehydration condensation reaction.

【0010】0010

【実施例】以下、本発明に係るゾル・ゲル法によるセラ
ミック体の製造方法にしたがってセラミック体を製造す
る実施例について説明する。(実施例1)アルミニウム
−isoプロポキシドを用いたSUS304ステンレス
鋼についてアルミナ被膜を形成する実施例について述べ
る。■  金属アルコキシドとして使用する液の作製ア
ルミニウム−isoプロポキシドを出発原料として作成
したコーティング液は、ステンレス鋼や銅に対しては濡
れ性がよいことが確認できている。ただし、水が多すぎ
ると濡れ性が悪くなるので、下記のD液のように混合割
合を定めたものを用いた。   A液・・・アルミニウム−isoプロポキシドのイ
ソプロピルアルコール溶液            :
濃度0.1M(1リットル中に0.1molのアルミニ
ウム−isoプロポキシド            を
含むiso プロピルアルコール溶液)   B液・・
・0.01M 硝酸水溶液  C液・・・B液270m
l にイソプロピルアルコールを加えて全容積を1 リ
ットル            とした溶液   D液・・・A液とC液を、容積比で6:1〜1:1
で混合した溶液
EXAMPLES Hereinafter, examples will be described in which a ceramic body is manufactured according to the method of manufacturing a ceramic body by the sol-gel method according to the present invention. (Example 1) An example of forming an alumina film on SUS304 stainless steel using aluminum-iso propoxide will be described. (2) Preparation of liquid used as metal alkoxide It has been confirmed that a coating liquid prepared using aluminum-isopropoxide as a starting material has good wettability for stainless steel and copper. However, if there is too much water, the wettability will deteriorate, so a solution with a fixed mixing ratio as shown in Solution D below was used. Solution A: Isopropyl alcohol solution of aluminum-isopropoxide:
Concentration 0.1M (ISO propyl alcohol solution containing 0.1 mol of aluminum-iso propoxide in 1 liter) Solution B...
・0.01M nitric acid aqueous solution C liquid...B liquid 270m
Solution D: Add isopropyl alcohol to 1 liter to make a total volume of 1 liter Solution D: Solution A and Solution C in a volume ratio of 6:1 to 1:1
solution mixed with

【0011】■  コーティング液の作
製上記■によって作成した金属アルコキシド液について
以下の処理を施してコーティング液を調整する。 1)  D液を調整してから6時間程度以上攪拌して、
加水分解反応と縮重合反応を進行させる。得られた液を
E液とする。 2)  1Nの硝酸水溶液をE液に攪拌しつつ滴下して
pHを下げるとともに粘度を増大させ、その結果得られ
た液をF液(コーティング液)とする。F液の粘度は、
有効粘度範囲として、10cp〜100cp の範囲に
あるように酸性度を調節する。粘度が小さいことは問題
ないが、100cpを超える高粘度は被膜に割れが生じ
るので好ましくない。コーティング液のpHは2.0 
〜6.5 の範囲が好適である。図1に上記A液とB液
の容積比を変えた場合のコーティング液のpH−粘度図
を示す。
(2) Preparation of coating liquid The metal alkoxide liquid prepared in step (1) above is subjected to the following treatment to prepare a coating liquid. 1) After adjusting the D solution, stir it for about 6 hours or more,
Proceed with hydrolysis reaction and polycondensation reaction. The obtained liquid is referred to as liquid E. 2) Drop a 1N nitric acid aqueous solution into Solution E while stirring to lower the pH and increase the viscosity, and use the resulting solution as Solution F (coating solution). The viscosity of liquid F is
The acidity is adjusted so that the effective viscosity range is between 10 cp and 100 cp. A low viscosity is not a problem, but a high viscosity exceeding 100 cp is not preferable because it may cause cracks in the coating. The pH of the coating liquid is 2.0
A range of 6.5 to 6.5 is preferable. FIG. 1 shows a pH-viscosity diagram of the coating liquid when the volume ratio of the liquid A and liquid B is changed.

【0012】■  基板の前処理 本実施例では処理対象物としてSUS304鋼を用いた
。このSUS304鋼の基板を機械研磨した後、純水と
アルコール・アセトンなどの有機溶媒で洗浄し、乾燥し
た。SUS304鋼については後工程で950 ℃以上
で熱処理を行うから、試料表面での結晶粒成長による剥
離を抑えるため、あらかじめ、1050℃〜1100℃
で試料を熱処理して用いた。
① Pretreatment of Substrate In this example, SUS304 steel was used as the object to be treated. After mechanically polishing this SUS304 steel substrate, it was washed with pure water and an organic solvent such as alcohol or acetone, and dried. SUS304 steel is heat-treated at 950°C or higher in the post-process, so in order to prevent peeling due to grain growth on the sample surface, heat treatment is performed at 1050°C to 1100°C in advance.
The sample was heat-treated and used.

【0013】■  コーティング作業 上記■によって作成したコーティング液に■のSUS3
04鋼の基板を浸漬し、引き上げによってコーティング
被膜を形成した。実施例では引き上げ速度 1〜 2m
m/secとした。1 回のコーティングで50〜10
0nm 程度の膜厚が得られた。
[0013] ■ Coating work The coating liquid prepared by the above ■ SUS3
A coating film was formed by dipping a substrate of 04 steel and pulling it up. In the example, the pulling speed was 1 to 2 m.
m/sec. 50-10 in one coating
A film thickness of about 0 nm was obtained.

【0014】■  乾燥および真空中での焼成■の方法
によってコーティングした基板を室温で乾燥させた後、
100 ℃〜120℃で 1時間大気中で乾燥させる。 乾燥後、真空中( 〜1 ×10−4Torr) で5
00 ℃〜1100℃の温度で焼成した。これによって
ステンレス基板表面にアルミナ被膜を形成することがで
きた。
[0014] After drying the coated substrate by the method of (1) drying and baking in a vacuum at room temperature,
Dry in air at 100°C to 120°C for 1 hour. After drying, in vacuum (~1 x 10-4 Torr) for 5
It was fired at a temperature of 00°C to 1100°C. This made it possible to form an alumina coating on the surface of the stainless steel substrate.

【0015】図2および図3は、上記方法によってSU
S304鋼基板に形成したアルミナ被膜に対し、ダイヤ
モンド圧子を用いて引っかき試験を行った結果を示す。 図2に示す例は、500 ℃、2 時間の焼成条件で形
成した試料についての試験結果で、引っかき痕をつけた
後の電子顕微鏡写真を示す。図の右半分が引っかき痕を
示す。引っかき痕近くでアルミナ被膜が剥離しているの
が見られる。 図3に示す例は、700 ℃、2 時間の焼成条件で形
成した試料についての電子顕微鏡写真を示す。図の右半
分が引っかき痕である。この例ではアルミナ被膜は基板
とともに変形しているのみで、被膜の剥離は観察されて
いない。700 ℃以上の焼成温度による場合はこのよ
うにアルミナ被膜が良好に固着されることが確認できた
FIGS. 2 and 3 show that SU
The results of a scratch test performed using a diamond indenter on an alumina film formed on an S304 steel substrate are shown. The example shown in FIG. 2 shows the test results for a sample formed under the firing conditions of 500° C. for 2 hours, and shows an electron micrograph after scratch marks were formed. The right half of the figure shows scratch marks. It can be seen that the alumina coating has peeled off near the scratch marks. The example shown in FIG. 3 shows an electron micrograph of a sample formed under sintering conditions of 700° C. for 2 hours. The right half of the figure is the scratch mark. In this example, the alumina coating was only deformed together with the substrate, and no peeling of the coating was observed. It was confirmed that the alumina film was well fixed in this way when the firing temperature was 700°C or higher.

【0016】図4〜図7は、900 ℃、2 時間の真
空焼成条件(1×10−4Torr) で上記方法にし
たがい、SUS304鋼基板に形成したアルミナ被膜に
ついての性状を検査した結果を示す。図4はアルミナ被
膜を形成した基板の走査電子顕微鏡写真で、図の上半部
がアルミナ被膜、下半部がアルミナ被膜を形成していな
い基板部を示す。図5はアルミナ被膜を形成した他の実
施例を示す。この実施例ではアルミナ被膜を薄膜で形成
したため、基板の不動態被膜の粗さが薄膜表面の粗さに
反映したものとなっている。図6はアルミナ被膜の透過
電子顕微鏡写真を示す。 図の上半部(明視野像)がアルミナ被膜部分、図の下半
部の基板の像である。また、図の右下像は電子線回折図
形である。電子線回折図形から、基板表面に形成された
アルミナ被膜はγアルミナ膜であることが確認できた。 図7は図6と同一部におけるγアルミナ膜の暗視野透過
電子顕微鏡写真である。図中で白く光って見えるものが
γアルミナの個々の結晶である。暗視野透過電子顕微鏡
写真なので、対物絞りを通過するような特定の電子線を
回折している結晶のみが白く光って見えている。
FIGS. 4 to 7 show the results of testing the properties of alumina coatings formed on SUS304 steel substrates according to the above method under vacuum firing conditions (1×10 −4 Torr) at 900° C. for 2 hours. FIG. 4 is a scanning electron micrograph of a substrate on which an alumina coating is formed, with the upper half of the figure showing the alumina coating and the lower half showing the substrate without the alumina coating. FIG. 5 shows another example in which an alumina film is formed. In this example, since the alumina film was formed as a thin film, the roughness of the passive film on the substrate was reflected in the roughness of the thin film surface. FIG. 6 shows a transmission electron micrograph of the alumina coating. The upper half of the figure (bright field image) is an image of the alumina coating, and the lower half of the figure is an image of the substrate. The lower right image in the figure is an electron diffraction pattern. From the electron beam diffraction pattern, it was confirmed that the alumina film formed on the substrate surface was a γ alumina film. FIG. 7 is a dark field transmission electron micrograph of the γ alumina film in the same part as FIG. 6. What appears to be shining white in the figure are individual crystals of gamma alumina. Since this is a dark-field transmission electron micrograph, only the crystals that diffract the specific electron beam that passes through the objective aperture appear to glow white.

【0017】次に、上記方法によってアルミナ被膜を形
成したステンレス基板について、以下の方法により大気
中での酸化試験を行った結果について説明する。アルミ
ナ被膜を形成したステンレス基板のサンプルは、D液と
して、前記A液とC液を6:1で混合したコーティング
液を用い、10回繰り返しコーティングして、上記実施
例と同様に真空中での焼成を行って作成した。比較例と
して同一のステンレス基板に同じ熱処理と表面処理を施
したサンプルを用いた。図8および図9は上記実施例と
比較例のサンプルを700 ℃、2時間大気中で加熱し
た後の電子顕微鏡写真である。図8はアルミナ被膜を形
成した試料、図9は比較例の試料である。図10および
図11は600 ℃、2 時間大気中で加熱した後の電
子顕微鏡写真である。図10はアルミナ被膜を形成した
試料、図11は比較例の試料についての結果を示す。こ
れら電子顕微鏡写真から、アルミナ被膜を形成したサン
プルではアルミナ被膜の剥離は観察されないこと、アル
ミナ被膜を形成していない比較例ではステンレス基板表
面の不動態被膜が酸化されることによって荒れが目立つ
のに対し、アルミナ被膜を形成したサンプルは不動態被
膜よりもはるかに平滑であることがわかる。また、酸化
実験の結果アルミナ被膜を形成していないステンレス基
板での酸化増量は、平均値で58μg/cm2 である
のに対し、アルミナ被膜を形成したものでは35μg/
cm2 で、薄膜であるにもかかわらず、酸化防止に効
果があることが確かめられた。
[0017] Next, the results of an oxidation test in the atmosphere performed by the following method on a stainless steel substrate on which an alumina film was formed by the above method will be explained. Samples of stainless steel substrates on which alumina coatings were formed were coated 10 times using a coating solution in which the above-mentioned solutions A and C were mixed at a ratio of 6:1 as solution D. Created by firing. As a comparative example, a sample was used in which the same stainless steel substrate was subjected to the same heat treatment and surface treatment. FIGS. 8 and 9 are electron micrographs of the samples of the above examples and comparative examples after being heated in the air at 700° C. for 2 hours. FIG. 8 shows a sample with an alumina coating formed thereon, and FIG. 9 shows a sample of a comparative example. FIGS. 10 and 11 are electron micrographs after heating at 600° C. for 2 hours in the air. FIG. 10 shows the results for a sample on which an alumina film was formed, and FIG. 11 shows the results for a comparative sample. These electron micrographs show that no peeling of the alumina film was observed in the sample with the alumina film formed, and that in the comparative example without the alumina film, roughness was noticeable due to oxidation of the passive film on the surface of the stainless steel substrate. On the other hand, it can be seen that the sample with the alumina film formed is much smoother than the passive film. In addition, as a result of oxidation experiments, the average weight increase due to oxidation on stainless steel substrates without an alumina coating was 58 μg/cm2, while on the one with an alumina coating, it was 35 μg/cm2.
cm2, and was confirmed to be effective in preventing oxidation despite being a thin film.

【0018】(実施例2)ジルコニウム−テトラ−n 
プロポキシドを用いたSUS304ステンレス鋼につい
てジルコニア被膜を形成する実施例について述べる。 ■  使用液 A液・・・0.1Mジルコニウム−テトラ−n プロポ
キシドのn プロピルアルコール溶液を用いた。 ■  コーティング方法 上記A液を作成後、ただちにSUS304鋼基板を浸漬
し、引き上げによってコーティングするか、A液に純水
を2:1 の体積比で加えて加水分解反応を進行させた
ものに(B液)、ただちにSUS304鋼基板を浸漬し
、引き上げによってコーティングする。なお、コーティ
ング液を調整した後ただちにコーティングを行わない場
合は、被膜に亀裂が生じる。したがって、コーティング
は溶液を調整した後ただちに行う必要がある。また、A
液、B液ともに硝酸を滴下して、コーティング液の粘度
を2 〜9cp 、pHは2 〜6 となるよう調整す
る。 ■  乾燥と焼成 コーティング後のサンプルを室温〜120 ℃で乾燥さ
せた後、真空炉で500 ℃以上で焼成することによっ
てジルコニア被膜を形成する。
(Example 2) Zirconium-tetra-n
An example will be described in which a zirconia coating is formed on SUS304 stainless steel using propoxide. (2) Working liquid A: A 0.1M n-propyl alcohol solution of zirconium-tetra-n-propoxide was used. ■ Coating method After creating the above liquid A, immediately immerse the SUS304 steel substrate and coat it by pulling it up, or add pure water to liquid A at a volume ratio of 2:1 to proceed with the hydrolysis reaction (B (liquid), the SUS304 steel substrate is immediately immersed and coated by pulling up. Note that if coating is not performed immediately after adjusting the coating liquid, cracks will occur in the coating. Therefore, coating must be performed immediately after preparing the solution. Also, A
Nitric acid is added dropwise to both the solution and B solution to adjust the viscosity of the coating solution to 2 to 9 cp and the pH to 2 to 6. (2) Drying and firing The coated sample is dried at room temperature to 120°C, and then fired in a vacuum furnace at 500°C or higher to form a zirconia coating.

【0019】上記方法によってジルコニア被膜を形成し
たサンプルについて透過電子顕微鏡によってジルコニア
被膜の性状を観察した。図12は900 ℃、2 時間
の熱処理条件によって形成したジルコニア被膜の走査電
子顕微鏡写真である。図13は同様に900 ℃、2 
時間の熱処理条件によって形成したジルコニア被膜の透
過電子顕微鏡写真および電子線回折像である。走査電子
顕微鏡写真の観察の結果、ジルコニア被膜が基板表面全
体に一様に形成されていることが確認された。また、透
過電子顕微鏡写真、電子線回折像の観察結果から、ジル
コニア被膜がサブミクロンサイズの微粒子から成る単斜
晶ジルコニア膜となっていることが確認できた。
The properties of the zirconia coating were observed using a transmission electron microscope on the samples on which the zirconia coating was formed by the above method. FIG. 12 is a scanning electron micrograph of a zirconia film formed under heat treatment conditions of 900° C. for 2 hours. Figure 13 similarly shows the temperature at 900 °C and 2
These are transmission electron micrographs and electron beam diffraction images of a zirconia film formed under different heat treatment conditions. As a result of observation of scanning electron micrographs, it was confirmed that the zirconia film was uniformly formed over the entire substrate surface. Furthermore, from the observation results of transmission electron micrographs and electron beam diffraction images, it was confirmed that the zirconia film was a monoclinic zirconia film composed of submicron-sized fine particles.

【0020】なお、上記実施例においては、処理対象物
としてステンレス基板を用いたが、処理対象物としては
種々のものを対象とすることができる。利用例としては
、たとえば各種電極用あるいは基板用金属材料(ステン
レス鋼、銅、アルミニウム等)の絶縁性および耐食性被
膜の形成、構造用金属材料(鉄鋼、アルミニウム、チタ
ンその他の合金)、セラミックス材料(窒化ケイ素、炭
化ケイ素、窒化アルミニウム、ガラス他)、炭素繊維材
料などの耐食性被膜形成を挙げることができる。ゾル・
ゲル法によるセラミックス被膜の形成方法は前述したよ
うに、ファイバー、フィルム、バルク状等の様々な成形
が可能であり、複雑な形状の対象物についても容易に適
用できるという利点があり、新しい機能材の合成法とし
て各方面での発展が期待できるものである。
In the above embodiment, a stainless steel substrate was used as the object to be processed, but various objects can be used as the object to be processed. Examples of its use include the formation of insulating and corrosion-resistant coatings for various electrodes or substrate metal materials (stainless steel, copper, aluminum, etc.), structural metal materials (steel, aluminum, titanium, and other alloys), ceramic materials ( For example, corrosion-resistant coatings may be formed using materials such as silicon nitride, silicon carbide, aluminum nitride, glass, etc.), and carbon fiber materials. Sol・
As mentioned above, the gel method for forming ceramic coatings has the advantage of being able to be formed into various forms such as fibers, films, and bulk shapes, and can be easily applied to objects with complex shapes. This is a method that can be expected to be developed in various fields as a synthetic method.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明に係るゾル・ゲル法によるセラミ
ック体の製造方法によれば、上述したように、電子顕微
鏡レベルで緻密なセラミック被膜を効果的に形成するこ
とができ、処理対象物に対する固着性に優れた被膜を形
成することができる。また、真空中における熱処理も容
易であるから、製造も容易に行うことができる等の著効
を奏する。
[Effects of the Invention] As described above, according to the method of manufacturing a ceramic body using the sol-gel method according to the present invention, it is possible to effectively form a dense ceramic coating on the level of an electron microscope. A film with excellent adhesion can be formed. Further, since heat treatment in a vacuum is easy, manufacturing can be easily performed, and other remarkable effects are achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】コーティング液のpHと粘度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between pH and viscosity of a coating liquid.

【図2】アルミナ被膜の引っかき試験後の粒子構造を示
す電子顕微鏡写真である。
FIG. 2 is an electron micrograph showing the particle structure of an alumina coating after a scratch test.

【図3】焼成条件の異なるアルミナ被膜の引っかき試験
後の粒子構造を示す電子顕微鏡写真である。
FIG. 3 is an electron micrograph showing the particle structure of alumina coatings subjected to different firing conditions after a scratch test.

【図4】基板に形成したアルミナ被膜の粒子構造を示す
電子顕微鏡写真である。
FIG. 4 is an electron micrograph showing the particle structure of an alumina film formed on a substrate.

【図5】基板に形成した薄膜アルミナ被膜の粒子構造を
示す電子顕微鏡写真である。
FIG. 5 is an electron micrograph showing the particle structure of a thin alumina coating formed on a substrate.

【図6】基板に形成したγアルミナ被膜の粒子構造を示
す透過電子顕微鏡写真(明視野像)である。
FIG. 6 is a transmission electron micrograph (bright field image) showing the particle structure of the γ alumina coating formed on the substrate.

【図7】基板に形成したγアルミナ被膜の粒子構造を示
す透過電子顕微鏡写真(暗視野像)である。
FIG. 7 is a transmission electron micrograph (dark field image) showing the particle structure of the γ alumina coating formed on the substrate.

【図8】酸化試験後のアルミナ被膜の粒子構造を示す電
子顕微鏡写真である。
FIG. 8 is an electron micrograph showing the particle structure of an alumina coating after an oxidation test.

【図9】酸化試験後のステンレス基板の金属組織を示す
電子顕微鏡写真である。
FIG. 9 is an electron micrograph showing the metal structure of a stainless steel substrate after an oxidation test.

【図10】酸化試験後のアルミナ被膜の粒子構造を示す
電子顕微鏡写真である。
FIG. 10 is an electron micrograph showing the particle structure of an alumina coating after an oxidation test.

【図11】酸化試験後のステンレス基板の金属組織を示
す電子顕微鏡写真である。
FIG. 11 is an electron micrograph showing the metal structure of a stainless steel substrate after an oxidation test.

【図12】ジルコニア被膜の粒子構造を示す電子顕微鏡
写真である。
FIG. 12 is an electron micrograph showing the particle structure of a zirconia coating.

【図13】ジルコニア被膜の粒子構造を示す電子顕微鏡
写真である。
FIG. 13 is an electron micrograph showing the grain structure of a zirconia coating.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  ゾルーゲル法によって処理対象物の表
面にセラミックス被膜を形成するゾル・ゲル法によるセ
ラミック体の製造方法において、金属アルコキシドの加
水分解と縮重合反応によって生成した水和酸化物ゾルを
用いて処理対象物の表面にコーティング被膜を形成し、
コーティング被膜を形成した処理対象物を乾燥させた後
、真空中で焼成することによって処理対象物の表面にセ
ラミック被膜を形成することを特徴とするゾル・ゲル法
によるセラミック体の製造方法。
[Claim 1] A method for manufacturing a ceramic body by a sol-gel method in which a ceramic film is formed on the surface of an object to be treated using a hydrated oxide sol produced by hydrolysis and polycondensation reaction of a metal alkoxide. to form a coating film on the surface of the object to be treated,
A method for producing a ceramic body using a sol-gel method, which comprises drying the object on which the coating has been formed, and then firing it in a vacuum to form a ceramic film on the surface of the object.
【請求項2】  金属アルコキシドとしてアルミニウム
−iso プロポキシドを用いてアルミナ被膜を形成す
ることを特徴とする請求項1記載のゾル・ゲル法による
セラミック体の製造方法。
2. The method of manufacturing a ceramic body by the sol-gel method according to claim 1, wherein the alumina film is formed using aluminum-iso propoxide as the metal alkoxide.
【請求項3】  金属アルコキシドとしてジルコニウム
−テトラ−n プロポキシドを用いてジルコニア被膜を
形成することを特徴とする請求項1記載のゾル・ゲル法
によるセラミック体の製造方法。
3. The method for producing a ceramic body by the sol-gel method according to claim 1, wherein the zirconia coating is formed using zirconium-tetra-n propoxide as the metal alkoxide.
【請求項4】  真空中において500 ℃以上で熱処
理を行ってセラミック被膜を形成することを特徴とする
請求項1、2または3記載のゾル・ゲル法によるセラミ
ック体の製造方法。
4. The method of manufacturing a ceramic body by the sol-gel method according to claim 1, 2 or 3, wherein the ceramic film is formed by heat treatment at 500° C. or higher in vacuum.
JP16381591A 1991-06-07 1991-06-07 Production of ceramic body by sol-gel process Pending JPH04362182A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100533623B1 (en) * 1998-07-31 2006-01-27 삼성전기주식회사 Manufacturing method of ceramic thick film
JP2013159807A (en) * 2012-02-03 2013-08-19 Jfe Metal Products & Engineering Inc Method for producing enamel material having excellent surface quality

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