JPS60238471A - 表面処理方法およびその装置 - Google Patents

表面処理方法およびその装置

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JPS60238471A
JPS60238471A JP59094438A JP9443884A JPS60238471A JP S60238471 A JPS60238471 A JP S60238471A JP 59094438 A JP59094438 A JP 59094438A JP 9443884 A JP9443884 A JP 9443884A JP S60238471 A JPS60238471 A JP S60238471A
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scattering
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JP59094438A
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Hitoshi Hanawa
塙 仁志
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134Plasma spraying

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

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 本発明は、金属、ガラス、セラミックスなどの平面や曲
面を有する基体の表面に新たに物質を付着せしめて被膜
処理を行う表面処理方法およびその装置に関する。
従来の技術 基体の表面に新たに被膜処理を施して基体にない新しい
機能を付加し、優れた材料特性を発揮せしめる表面処理
技術は、電子工業、精密機械工業、工学分野などで広く
実用に供されており、その種類も溶射法、メッキ法、蒸
着法、スパッタリング法など多種にわたっている。
しかしながら、従来の前記表面処理技術は、いずれも膜
形成物質を基体表面に堆積させて基体表面に被膜処理を
行うので、基体と被膜との界面には相互の拡散や溶融を
生じることなく一線上の境界面で付着するものである。
このため、基体と被膜の付着力は弱く容易に剥離するも
のであり、被膜も容易に傷がつきやすいものであった。
これらの欠点を補うために、例えば溶射法では、前処理
として基体表面にサンドブラスト処理を施し、表面を凹
凸化した後、被膜を溶射し、所謂アンカー効果で膜付着
力の強化を計る手法や、また蒸着法では、基体の表面を
エツチングして清浄化を計るとともに被膜処理後に熱処
理を行い付着力強化を計る手法がとられている。しかし
ながら、これらの処方を行うためには熱処理設備などの
後処理をすることに付加設備が必要であり、更に基体の
表面もあらかじめ高度な清浄化が要求され、更に表面処
理速度が遅いなど、多くの困難性を伴うものである。
また前記手法によっても、例えばガラス基体上に数μm
以上の厚さに被膜処理を施すことは膜内に残留するスト
レスの影響も加わって実際上不可能とされていた。
発明が解決しようとする問題点 本発明は、前記した従来の表面処理技術が有し才いた限
界や問題点に鑑み、被膜を形成するに際して被膜と基体
との境界において膜形成物質と基体とを一部混在せしめ
て被膜処理を行うことにより基体に表面処理を施すこと
によって、被膜と基体との付着力を増加し、被膜の形成
速度および形成厚みを大きくでき、更に基体にない新た
な材料特性を容易に付加せしむることができる優れた表
面処理方法およびその装置を提供することを目的とする
問題点を解決するために手段 即ち本発明は、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス、
あるいは水素、窒素、および酸素などの単体ガス、また
はそれらの混合ガス(以下「作動ガス」と称する)にア
ークを印加してプラズマを発生させるプラズマ発生装置
などによって、正負の荷電粒子と中性粒子とが共存して
電気的に中性な粒子集団を発生し、電場加速などにより
前記発生装置に隔離する標的部材に向けて前記粒子集団
を移送し、適宜その移動過程に反応性ガスを導入したり
、または外部より電磁場を印加するなどによって、移動
過程において前記粒子集団の移動速度、方向などの物理
的性質および/または活性度、反応性などの化学的性質
を自在に変化せしめるよう制御して標的部材に照射し、
標的部材の表面を構成する物質(以下「標的物質」と称
する)を飛散せしめる′とともに、標的物質の飛散過程
において、適宜新たな反応性ガスを導入したり、または
外部より電磁場を印加するなどによって飛散物質の飛散
量、飛散速度、飛散発生装置、荷電量などの物理的性質
および/または酸化、還元などの化学的反応により酸化
性、還元性などの化学的性質を自在に変化せしめるよう
制御し、前記標的部材の近傍に配設する石英、鉄綱、ア
ルミナなどのガラス、金属、セラミックスなどの基体の
表面に飛散する物質を付着せしめて基体の表面処理を行
う方法および装置を提供するものである。
実施例 以下、本発明による表面処理方法およびその装置につい
て、図面を参照しながら説明する。
第1図は、本発明になる表面処理装置によって円筒状石
英ガラス基体上に数十μmの厚さに銅を被膜処理した後
、石英ガラス基体上に付着した銅を王水でエツチング除
去し、残された石英ガラス基体を蛍光X線分析装置によ
って分析した結果得られた分析チャートを示す。
第1図において、*印のピークは石英ガラス基体中に残
留する銅のスペクトルを示しており、石英ガラス基体の
表面に付着して膜を形成する銅が、基体の石英ガラスの
中にも混入して混在層を形成していることを示している
。かかる混在層は銅被膜と石英ガラス基体との付着力を
増加させ表面処理を確実にするとともに、混在層が石英
ガラス基体を赤銅色に着色するなどの光学的作用をも有
するものである。
第2図に本発明の一実施例としての表面処理装置の概略
構成図を示す。
重装W1は、電気的に中性な粒子集団であるプラズマを
発生するプラズマ発生装置2に隔離して少なくとも一部
に電極部分を有する標的部材3を配設し、標的部材3の
近傍に本装置lを貫通して回動自在かつ連続する石英ガ
ラス棒などの基体4を基体保持手段−5により支承して
配設し、前記プラズマ発生装置2に内蔵する陰極6と前
記標的部材3の一部に設けられた電極間に電源8を接続
して構成され、更に粒子集団の移動過程および標的物質
の飛散過程を包囲するコイル7にバイアス電源9を接続
したものである。プラズマ発生装置2は、冷却水10に
より冷却されるノズル11と陰極6との間にアークなど
を印加し、あわせて作動ガス12を供給することにより
正負の荷電粒子と中性粒子とからなり電気的に中性な粒
子集団であるプラズマジェット13を発生する。一方、
陰極6と標的部材3間に電源8によって印加される電場
によって前記プラズマジェット13は加速されて標的部
材3の表面に照射され、その表面を構成する物質を飛散
せしめて、その近傍に配設される基体保持手段5に支承
される石英ガラス棒などの基体4の表面に被膜処理を施
す。
本実施例では、プラズマの移動経路、標的部材の周囲お
よび飛散物質の飛散経路には、適宜自在に調整できる電
磁場を電源9に接続するバイアスコイル7によって印加
し、プラズマおよび飛散物質に物理的性質を移動過程お
よび飛散過程において制御する。
更に、開口部14から装置1内に反応性ガスを導入し化
学的制御を行うことや、真空減圧手段を付設することに
より圧力制御などを行うことができる。
第3図は、本発明の他の実施例を示す表面処理装置の概
略構成図を示す。
太市協副1け一前璽μ室澁伽ふ目−の塔罰鉛よび作用を
有する部材には同一番号を付し、その説明を省略する。
本実施例は、プラズマジェット13が移動する過程に第
1のガス15を導入するとともに電磁場を印加する第1
のコイル16およびその電源17を配設し、標的物質2
1により包囲される標的部材3の周囲の標的物質が飛散
する過程に第2のガス18を導入するとともに電磁場を
印加する第2のコイル19およびその電源20を配設し
、異なる物質である標的物質21で包囲した標的部材3
の表面の近傍に石英ガラスからなる円筒状基体22を移
動自在に配設する基体保持袋N5から構成される。電源
8により加速されたプラズマジェット13は、その移動
過程において導入される酸素、メタン、あるいはヘリウ
ムなどのガス14によって酸化、還元反応や冷却などの
化学的制御がなされるとともに第1のコイル16による
電磁場で、粒子集団の移動方向、速度などの物理的制御
が行われ標的部材に向は照射され、標的部材3を包囲す
る標約物質21を飛散せしめるとともに導入されるガス
18および第2のコイル19による電磁場によって標的
物質21に照射されるプラズマジェット13は、その衝
突、飛散などの飛散過程の前後においても前記移動過程
と同様に酸化、還元反応や偏向、収束、走査および減速
などの化学的、物理的な制御を施され、標的物質21を
飛散して近傍に配設される基体上に反応した標的物質を
付着せしめ、最適な表面処理を行うことができる。
なお、本実施例において基体の水冷却装置を付加したり
、標的部材に標的物質を包囲取り外し自在としたり、標
的部材、標的物質を自在に選択するなどの改変は容易に
なすことができる。
−例として本発明になる表面処理装置では、アルゴンガ
スを10β/分の割合でノスル11から噴射してプラズ
マとし、直径約20鶴の脱酸銅棒を標的部材とし、陰極
6と前記標的部材3間にDC100V400Aの電場を
印加し、更に制御用コイル16および19に50Hzの
コイル電流を通じプラズマの移動過程および飛散過程に
電磁場を印加して制御したところ、前記標的部材を包囲
して配設した内径251mの石英ガラス円筒の内壁に約
30秒間の処理で数十μmの厚さに銅被膜を付着させる
ことができた。
前記ガラス基体の表面は、エツチングなどの特殊な清浄
処理などをほどこしていないにもかかわらず、付着した
銅被膜は通常のIAM方法では容易に剥がすことができ
ない付着力の充分に強いものである。
本実施例による付着銅被膜を王水で化学的に除去した後
、分析した結果が前記第1図に示されたものであり、明
らかに石英ガラス基体表層部に銅が混入し、混在層を形
成して強固な付着力を生じせしめていることがわかる。
以上、本発明を前記実施例に基づいて説明したが、金属
、セラミックス、ガラスなどの基体に本発明による表面
処理を施すことによって、基体にない新たな機能を付加
することができる。
この場合、本発明の特徴である膜形成速度が大きい点を
利用して、レプリカ法を適用して離型によって成形部材
を製造する方法に本発明を利用することもできる。
なお前記説明では、標的部材を銅棒としたが、標的部材
は、少なくとも一部を金属により構成して、他の金属、
セラミックス、ガラスなどで標的部材を形成することも
でき、また形状も実施例に限定されることなく、先端を
尖鋭化して電場集中を促進することもできる。また基体
は、標的部材の周囲に基体保持手段によって支承される
として説明したが、標的物質が飛散する範囲内に配設し
てよく、基体の裏面、内面を水冷などで冷却することも
でき、更に線や帯状に連続する基体を回動自在に移動す
ることにより、線状、帯状基体の表面に選択的もしくは
全面的に被膜処理をすることもできる。また基体の一部
を遮蔽して基体の露出する一部のみ選択的に被膜処理を
行うこともできる。
以上要するに本発明の技術的範囲内での変更り士白山r
y 1K + 、^ス!、の7+木め 伯黄μガ1千?
、マ囮宙されるものではないことは言うまでもない。
発明の効果 しかして、本発明の表面処理方法およびその装置によれ
ば、次のような効果を得ることができる。
(イ)基体の表面に被膜物質が一部混在して層をなすこ
とによって、付着力の強い被膜処理を行うことができる
(ロ)標的物質および/または基体を適宜選択すること
により容易に所望の物質を被膜処理することができる。
(ハ)例えば30秒間で数十μmという極めて大きな膜
形成速度で被膜処理をすることができる。
(ニ)従来の方法では困難とされていた数十μm以上の
厚い被膜処理を容易にすることができる。
(ホ)プラズマフレームのガスを適宜選択することによ
って被膜形成時に酸化や窒化などの反応を生じせしめな
がら被膜処理をすることができるので、用途、目的を従
来になく拡大する効果が期待できる。
(へ)バイアス電磁界を任意調整して膜形成を制御でき
るので、目的に応じて被膜特性を調整した被膜処理をす
ることができる。
(ト)基体と被膜物質とが混在して混在層を形成するの
で、基体表面を層状に変質せしめることができ、ガラス
表面に選択的に導波路を形成するなど、広汎な用途に使
用できる効果が期待できる。
(チ)以上記述した効果に基づき、本発明によれば、電
子部品の電極や端子の処理、パンケージのメタライズ、
先導波路、熱吸収コーティング、ハーメチックシール、
偏光器の電極、光ファイバーの端末処理、レンズ、プリ
ズムなど光学機器のハウジング用メタライゼーション処
理などに使うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明になる表面処理によって基体に混入した
被膜物質を示す蛍光X”[分析チャート、第2図は本発
明になる表面処理装置の一実施例を示す概略構成図、第
3図は本発明になる表面処理装置の他の実施例を示す概
略構成図である。 101.装置本体、 29.プラズマ発生装置306.
標的部材、 4.22.、、、、基体50.基体保持手
段、6.、、、、.0.陰極12.15.18.、、、
、、、、、、、、ガス7.16,19.、、、、、、、
、、、コイル8.9,17,20.、、、、、、、、、
電源特許出願人 塙 仁志 代理人 弁理士 自弁 重隆

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも正負の荷電粒子のいずれか一方を有する
    粒子集団を標的部材に向けて加速しつつ照射し必要に応
    じてその移動過程において前記粒子集団の物理的および
    /または化学的性質を制御しながら移送し、標的部材を
    構成する物質を飛散せしめるとともに必要に応じて飛散
    過程において前記飛散物質の物理的および/または化学
    的性質を制御しながら前記標的部材の近傍に配設する基
    体の表面に付着せしめることにより基体の表面処理を行
    うことを特徴とする表面処理方法。 2、粒子集団がプラズマジェットである特許請求の範囲
    第1項記載の表面処理方法。 3、粒子集団の加速が、電場の印加による特許請求の範
    囲第1項記載の表面処理方法。 4、移動過程の制御が、印加する電磁場の制御および/
    または移動過程の雰囲気の制御による特許請求の範囲第
    1項記載の表面処理方法。 5、飛散過程の制御が、印加する電磁場の制御および/
    または飛散過程の雰囲気制御による特許請求の範囲第1
    項記載の表面処理方法。 6、少なくとも正負の荷電粒子のいずれか一方を有する
    粒子集団を発生する手段と、前記発生手段に隔離して配
    設する標的部材と、前記粒子集団を標的部材に向けて加
    速し移送せしめる加速手段と、標的部材の近傍に配設さ
    れる基体を保持する基体保持手段とを備え、必要に応じ
    て粒子集団の移動過程において粒子集団の物理的および
    /または化学的性質を制御する移動過程での制御手段と
    、必要に応じて標的部材から飛散する物質の物理的およ
    び/または化学的性質を飛散過程において適宜制御する
    飛散過程での制御手段とを適宜備えてなることを特徴と
    する表面処理装置。 7、粒子集団がプラズマジェットである特許請求の範囲
    第6項記載の表面処理装置。 8、粒子集団の加速が、電場の印加による特許請求の範
    囲第6項記載の表面処理装置。 9、移動過程の制御が、印加する電磁場の制御−および
    /または移動過程の雰囲気の制御による特許請求の範囲
    第6項記載の表面処理装置。 10、飛散過程の制御が、印加する電磁場の制御および
    /または飛散過程の雰囲気制御による特許請求の範囲第
    6項記載の表面処理装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019074911A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-18 Corning Incorporated METALLIZED MIRROR COATINGS FOR OPTICAL LIGHT DIFFUSION FIBERS AND METHODS OF MAKING SAME

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019074911A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-18 Corning Incorporated METALLIZED MIRROR COATINGS FOR OPTICAL LIGHT DIFFUSION FIBERS AND METHODS OF MAKING SAME
US11378736B2 (en) 2017-10-09 2022-07-05 Corning Incorporated Metallized mirror coatings for light diffusing optical fibers and methods of manufacturing the same

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