JPH08143302A - 酸化物系セラミックス膜の製造方法 - Google Patents

酸化物系セラミックス膜の製造方法

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JPH08143302A
JPH08143302A JP6305722A JP30572294A JPH08143302A JP H08143302 A JPH08143302 A JP H08143302A JP 6305722 A JP6305722 A JP 6305722A JP 30572294 A JP30572294 A JP 30572294A JP H08143302 A JPH08143302 A JP H08143302A
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film
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vapor pressure
component
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Yoshiki Mizuno
祥樹 水野
Hironao Tanaka
田中宏尚
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Advance Co Ltd
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Advance Co Ltd
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 塗料の溶媒を2種類以上の混合溶媒にするこ
とで塗料粘度と成膜後のゲル膜の粘弾性の双方を容易に
制御し、条件範囲を大幅にひろげる。 【構成】 原料を含む液体を霧化し、処理対象物表面に
コーティングすることを特徴とする酸化物系セラミック
スの製造方法に於いて、その原料を含む液体が2種類以
上の溶媒からなり、少なくとも1成分が20℃での蒸気
圧が10mmHg以上であり、少なくとも別の1成分が
20℃での蒸気圧が5mmHg以下で且つ粘度が50c
P以上であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属化合物の溶液、ゾル
を原料とした酸化物系セラミックス膜の製造方法に関す
る。酸化物系セラミック膜はその特徴を生かし、耐熱性
コーティング、耐摩耗性コーティング、反射防止膜など
の機能材料として、超電導材料、イオン導電性材料、キ
ャパシター、メモリー材料などの電子材料、さらには、
圧電性、焦電性を利用したセンサーやアクチュエーター
などと産業の発展に幅広く寄与している。
【0002】
【従来の技術】酸化物系セラミックス膜は近年の機能性
セラミックスの多様化にともない、その製造方法もまた
多様化している。セラミック膜の製造方法には化学気相
蒸着法やスパッタリングに代表される物理気相法やゾル
ゲル法に代表される液相法などがある。原料を含む液体
の霧化・コーティングを利用した製造方法にはスプレー
コーティング法、静電塗装法などが知られており、様々
な形状の対象物にセラミックス膜を形成できることや大
面積コーティングや厚膜コーティングに対して有利であ
ることからその開発が進められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の静電塗装法によ
るセラミックスコーティング法では、均一な膜を得るた
めの塗装条件、例えば吹き付け距離や塗料噴出量などが
ごく狭い範囲に限られており、工業的な塗装条件の確立
に数カ月を費やすこともあり、また条件の管理も多くの
時間を費やす必要があった。この条件範囲の狭さの主な
原因は、被塗物表面で形成されるゲル膜の粘弾性が膜形
態に大きな影響を及ぼすためである。すなわち、ゲルが
柔らかすぎると膜厚の増加と共にタレが生じ、また、ゲ
ルが硬すぎると飛来した噴霧の粒痕跡が現れるためであ
る。そこで、本発明では塗料の溶媒を2種類以上の混合
溶媒にすることで塗料粘度と成膜後のゲル膜の粘弾性の
双方を容易に制御し、条件範囲を大幅にひろげるもので
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】従来、吹き付け距離、塗
料噴出量、スプレーガン移動速度等で最適化を行い、ゲ
ル膜の粘弾性を適度に保つことで均一性を得ていたが、
本発明では、あらかじめ揮散する成分と膜中に残存する
別の成分を戦略的に混合し、広い塗装条件範囲でゲル膜
の粘弾性を適度に保つものである。揮散する成分は特に
限定するわけではないが、蒸気圧が高く、かつ原料金属
化合物の溶解性が高いのが望ましい。例えばメタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジ
メチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエー
テル、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられ
る。蒸気圧が低いと揮散速度が遅いため膜中に残存して
しまい本来の目的を果たすことが出来ず、溶解性が低い
と均一なゾル(塗料)を調製できない。膜中に残存させ
る成分は、これも特に限定するわけではないが、蒸気圧
が低く、粘度が高く、かつ原料金属化合物の溶解性が高
いことが望ましい。また、この成分はゲル膜の形態に直
接影響を及ぼすので高粘度であることが必要であり、ま
た焼成方法との兼ね合わせもあり、かなり限定される。
良好なセラミック膜を得られる例として、グリセリン、
エチレングリコール、ポリエチレングリコールなどが挙
げられる。原料金属化合物は、金属アルコキシド類が望
ましいが、これも特に限定するわけではなく、金属炭酸
塩、金属硝酸塩、金属酢酸塩なども用いることが出来
る。塗装に用いるスプレーガンは一般に普及しているも
のでよく、特にエア霧化方式であると揮散成分が一層、
揮散し易いので好ましい。焼成は、有機成分が完全に分
解する400℃以上で行うのが望ましく、通常400〜
1300℃で、10秒〜10時間行う。昇温プロセスは
プログラマブルコントローラーなどにより制御して行う
のが望ましい。
【0005】
【実施例】ステンレス表面へのチタン酸ジルコン酸鉛系
セラミックス膜の作製 2−プロパノール(和光純薬工業株式会社製SCグレ
ード)約20mlにジエタノールアミン(和光純薬工業
株式会社製特級)を3.19g添加し、良く攪拌する。
この液にチタニウムイソプロポキシシド(関東化学株式
会社製)4.05g、ジルコニウム−n−プロポキシド
6.78g(添川理化学株式会社製)を順に加え、約1
時間攪拌した。 酢酸鉛3水和物(和光純薬工業株式会社製特級)に真
空中で120℃、3時間の加熱乾燥を施し無水酢酸鉛を
得た。これをで用意した溶液に凝り固まらないように
9.74g加えた。この時点では酢酸鉛は溶解しない。
更に、イソプロピルアルコールで希釈した蒸留水2.0
gを1滴ずつ攪拌しながら加えることにより、酢酸鉛は
完全に溶解し均一なゾルを得ることが出来、全体が50
mlになるまで2−プロパノールを加えた。 さらに、このゾルに40重量%のグリセリン(和光純
薬工業株式会社製特級)を加え良く攪拌し、これをコー
ティング用のゾルとした。このゾルの粘度は52cP
(25℃)でコーティングに最も望ましい値であった。 処理対象物には、ステンレス304板(10cm×1
0cm×1.5mm厚)を真空中1050℃、1時間、
熱処理し、それを鏡面研磨して用いた。 静電霧化には、岩田塗装製静電塗装機ESG−110
型を用い、塗料噴出量を0.2ml/秒、霧化エアー圧
力を3kgf/cm2に調節した。静電イオン化部の針
状電極には、−60kVの電圧を印加した。 処理対象物のステンレス板と塗装機の距離(吹き付け
距離)を10〜50cmに保ち、塗装機を20cm/秒
の速度で右から左に走査し静電霧化コーティングした。
膜厚を厚くするためには、この走査を何回か繰り返すこ
とにより行える。1回の走査で得られる焼成後の膜厚は
約0.2〜0.02μmであった。 吹き付け距離 10、20、30、40、50cmの
各条件で3回の走査によりコーティングした。10cm
の場合はタレが生じたが、他のいずれの条件でもタレや
粒痕跡の無い均一なゲル膜が得られた。このゲル膜を約
2分間放置乾燥させた後、電気炉(マッフル炉 アサヒ
理化製作所製AMF−20−2P)で、350℃まで1
℃/分、600℃まで4℃/分の速度で昇温し、1時間
600℃に保持、その後放冷した。この方法により、い
ずれの条件でも均一でわれの無い緻密なチタン酸ジルコ
ン酸鉛膜が得られ、X線回折法によりこの化合物に固有
のペロブスカイト構造が確認された。
【0006】
【比較例】実施例とほぼ同条件で2−プロパノール単独
溶媒の場合 2−プロパノール(和光純薬工業株式会社製SCグレ
ード)約20mlにジエタノールアミン(和光純薬工業
株式会社製特級)を2.12g添加し、良く攪拌する。
この液にチタニウムイソプロポキシシド(関東化学株式
会社製)2.70g、ジルコニウム−n−プロポキシド
4.52g(添川理化学株式会社製)を順に加え、約1
時間攪拌した。 酢酸鉛3水和物(和光純薬工業株式会社製特級)に真
空中で120℃、3時間の加熱乾燥を施し無水酢酸鉛を
得た。これをで用意した溶液に凝り固まらないように
6.49g加えた。この時点では酢酸鉛は溶解しない。
更に、イソプロピルアルコールで希釈した蒸留水2.0
gを1滴ずづ攪拌しながら加えることにより、酢酸鉛は
完全に溶解し均一なゾルを得ることが出来、全体が50
mlになるまで2−プロパノールを加えた。これをコー
ティング用のゾルとした。このゾルの粘度は4.2cP
(25℃)で理想粘度である45〜60cPの範囲外で
あった。 処理対象物には、実施例と同様にステンレス304板
(10cm×10cm×1.5mm厚)を真空中105
0℃、1時間、熱処理し、それを鏡面研磨して用いた。 静電霧化には、実施例と同様に岩田塗装製静電塗装機
ESG−110型を用い、塗料噴出量を1ml/秒、霧
化エアー圧力を3kgf/cm2に調節した。静電イオ
ン化部の針状電極には、−60kVの電圧を印加した。 処理対象物のステンレス板と塗装機の距離(吹き付け
距離)を10〜50cmに保ち、塗装機を20cm/秒
の速度で右から左に走査し静電霧化コーティングした。
膜厚を厚くするためには、この走査を何回か繰り返すこ
とにより行える。1回の走査で得られる焼成後の膜厚は
約0.3〜0.1μmであった。 吹き付け距離 10、20、30、40、50cmの
各条件で1回の走査によりコーティングした。10cm
の場合はタレが生じ、30、40、50cmの条件では
粒痕跡がみられた。20cmの条件の時のみ均一なゲル
膜が得られた。このゲル膜を約2分間放置乾燥させた
後、電気炉(マッフル炉 アサヒ理化製作所製AMF−
20−2P)で、600℃まで15℃/分の速度で昇温
し、1時間600℃に保持、その後放冷した。焼成後も
ゲル膜の形態を反映し、20cmの条件の時のみ均一で
われの無い緻密なチタン酸ジルコン酸鉛膜が得られた。
【0007】
【発明の効果】 以上詳述のごとく本発明は、広い塗装
条件範囲にわたり均一の膜厚、膜形態を有する割れの無
い緻密な酸化物系セラミックス膜を得ることができる。
最適条件探索や、条件管理を容易にできる。2次的な効
果として、本発明によるゾル(塗料)がスプレーコーテ
ィングに適した数十cPの粘度を有することが多く、塗
料噴出量制御も容易で再現性が得易い等の効果を有する
ものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料を含む液体を霧化し、処理対象物表面
    にコーティングすることを特徴とする酸化物系セラミッ
    クスの製造方法に於いて、その原料を含む液体が2種類
    以上の溶媒からなり、少なくとも1成分が20℃での蒸
    気圧が10mmHg以上であり、少なくとも別の1成分
    が20℃での蒸気圧が5mmHg以下で且つ粘度が50
    cP以上であることを特徴とする酸化物系セラミックス
    の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1の溶媒でそのうち少なくとも1種
    類がCx2x+1OH(x=1〜3)で示されるアルコー
    ルであり、且つ少なくとも1種類がグリセリンまたはエ
    チレングリコールであることを特徴とする請求項1の酸
    化物系セラミックスの製造方法。
JP6305722A 1994-11-16 1994-11-16 酸化物系セラミックス膜の製造方法 Pending JPH08143302A (ja)

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PCT/JP1995/002313 WO1996015067A1 (fr) 1994-11-16 1995-11-13 Procede de fabrication de films en ceramique d'oxyde

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