JPS6211638A - 複合材料およびその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明はフィルムコンデンサー、磁気テープ、フレキシ
ブルディスクなどに適゛する複合材料、およびそれらの
製造方法に関するものである。

（従来の技術） 現在、高分子樹脂を含む基材（以下、基材と呼ぶ）の上
に金属を主体とする層（以下、金属層と呼ぶ）を被覆し
た複合材料は、電子部品、装飾品など広汎な分野で使用
されている。例えば、フィルムコンデンサー、磁気テー
プ、フレキシブルディスクなどには、絶縁性の高分子フ
ィルムの表面に金属、合金、金属酸化物（以下、金属と
総称する）などを蒸着した絶縁性のフィルムが用いられ
ている。しかし、それらには （１）　　フィルムの表面に蒸着した金属層の付着強度
が弱いため、表面を擦過すると容易に傷が入り、導電性
が損われる。

（２）磁気テープ、フレキシブルディスクは磁気ヘッド
と摩擦されるため、主に表面の金属層の摩耗により、そ
の寿命が短まる。

という問題がある。また、金属層が酸化によって変性さ
れるという問題もある。

従って、基材と金属とが強固に接着一体化された複合材
料が望まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記、従来技術の欠点を鑑み、本発明の目的は基材と金
属とが強固に接着一体化された複合材料を提供すること
である。また、本発明の他の目的は、そのような複合材
料を製造する優れた手段を提供することである。

〔′問題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は下記の構成からなる
。

「（１）　　基材の表面より内部に金属元素を主成分と
する微粒子あるいは薄膜を埋設した構造を有する複合材
料。

（２）　　基材に金属元素をイオン注入し、基材の表面
より内部に金属元素を主成分とする微粒子あるいは薄膜
を埋設せしめる複合材料の製造方法。」本発明の複合材
料は、基材の表面より内部の部分に金属元素を主成分と
する微粒子（以下、単に金属微粒子と呼１本）あるいは
簿膜（以下、単に金属薄膜と呼ぶ〉を埋設した構造を有
するものである。第１図は基材の表面より内部の部分に
金属微粒子を埋設したものの断面を示したものである。

第２図は基材の表面より内部の部分に金属薄膜を埋設し
たものの断面を示したものである。第１図、第２図から
判るとおり、本発明の複合材料は、表面より内部に金属
があるため、次に述べる優れた特徴がある。

（１）金属が表面に露出していないため、表面のｌ察過
によって金属層に傷が入ることがなく表面の導電性が安
定している。

（２）　　同じく、金属が表面に露出していないため、
金属層の酸化が抑制され、表面の導電性が安定している
。

本発明における基材とは、高分子重合体単独、あるいは
高分子重合体に添加材、補強材を含むものを指す。高分
子重合体としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ
樹脂、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリサルフオン、ポリエー
テルサルフｔン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエ
ーテルイミド、ジアリルフタレート樹脂等の公知のもの
はいかなるものであってもよく、さらに、それらのうち
二種以上の混合物であってもよい。

また、添加材としては、酸化チタン、５ｉ０２等の無機
粒子、オリゴマーとリン、アルカリ金属、アルカリ土類
金属等からなる内部粒子等を一種以上存在させてもよい
。補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊
維、炭化ケイ素繊維、芳香族ポリアミド繊維等を用いる
ことができる。

本発明において、これら基材の表面より内部の部分に埋
設される微粒子あるいは薄膜の材質は、金属および金属
を主成分とするものであって、金属としては、アルミニ
ウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブ、銅、鉄、
金、銀、ニッケル、コバルト、亜鉛、鉛など、あらゆる
ものを用いることができ、さらにそれら金属の酸化物、
炭化物なども含まれる。特に磁気テープ、フレキシブル
ディスクなどには、鉄、ニッケル、コバルトといった、
強磁性金属およびそれらの合金、酸化物が用いられる。

また、それら微粒子の大きさは直径１μｍ以下、より好
ましくは０．１μｍ以下である。

１μｍ以上では、厚さ１０μｍ以下といった極薄フィル
ムに対しては粗すぎるので例えばフィルムコンデンサー
として用いるには不都合である。また、粒子が大きすぎ
ると磁気記録媒体としては磁気記録特性も低下する。

本発叫における、より好ましい構造は基材の表層が炭素
質組成物であり、上記金属微粒子、金属薄膜がこの炭素
質組成物の層の中に埋設されたものである。ここで言う
炭素質組成物とは、通常「グラファイト」、「アモルフ
ァスカーボン」、「グラジ−カーボン」などと呼ばれて
いる物質を指す。すなわち、炭素原子同志の結合を構造
の基本となすものである。この場合、以下に述べる優れ
た特徴がある。

（１）表面が化学的に安定な炭素質組成物であることに
より、耐食性が優れている。

（２）　　フィルムコンデンサーとして用いる場合、埋
設された金属微粒子、金属薄層に加えて、炭素質組成物
の層も導電性に寄与するため、表面の抵抗が低い。

（３）　　フィルムコンデンサーとして用いる場合、埋
設された金属微粒子の近傍の電界傾度を低減させるので
耐電圧が高くなる。

（４）　　炭素質組成物は、導電性であるので、帯電防
止効果により防塵作用かおる。このため、ゴミや、埃の
付着を嫌う磁気テープ、フレキシブルディスクなど磁気
記録媒体の信頼性を高める。

第３図は炭素質組成物の中に金属微粒宇が埋設されたも
の、第４図は炭素質組成物の中に金属薄膜が埋設された
構造を示す。

次に本発明の複合材料の製造方法について説明する。

本発明の複合材料は基材の表面に高速の原子を衝突させ
る、いわゆるイオン注入法によって製造される。本発明
者らは、基材の表層に金属微粒子、金属薄膜を埋設けし
める方法について検討を進めた結果、基材に金属原子を
イオン注入すること−すなわち、真空中で、高速に加速
されたイオンを基材の表面に衝突させ、イオンを基材の
表層に打ち込むこと−が、優れた方法であることを見い
出した。よく知られているように、イオン注入法とは個
々の原子がバラバラの状態で基材の中に打ち込まれる技
術であって、通常は基材の中においても各々の原子は散
在している。しかし、本発明者らは、基材として高分子
重合体、およびそれを主成分とする組成物を選び、これ
に金属イオン°をイオン注入することにより、基材の表
面より内部に金属微粒子、金属薄膜か得られることを発
見した。

第５５図は、ポリイミドフィルム（商品名゛カプトン東
し株式会社製）に、１５０ｋｅＶの加速エネルギーで平
方センチメートル必たり１　Ｘ　１０１７ｆｌＮの銅イ
オンを注入したときの断面を透過電子顕微鏡で観察した
写真を模写したものである（倍率約２０万倍、１ｃｍが
５Ｑｎｍに相当）。第５図より明らかなとおり、表面か
ら約１１００ｎの深さのところに直径１０〜３Ｑｎｍの
真球状の微粒子が形成されている。すなわち、本発明の
方法によれば、イオンの飛程の深さ近傍に微粒子、薄膜
を形成することができる。また、特別な熱処理を必要と
しないので、高分子重合体を主成分とする基材を損傷す
ることがない。

本発明の製造方法の他の大きな特徴は、イオン注入法に
よれば、金属イオンの注入と同時に表層が炭素質組成物
に変成されるということである。

従って、本発明のより好ましい形態である、「炭素質組
成物の中に金属微粒子、金属薄膜が埋設された構造」が
容易に得られる。

イオン注入においてイオンが基材中に侵入する深さは、
イオンの加速エネルギーによって変化する。よって、加
速エネルギーは金属微粒子または薄膜を形成したい深さ
に応、じて調節すべきておる。

しかし、あまりに加速エネルギーが低いと、基材のスパ
ッタリングか多くなり、金属イオンを注入することが実
質上できなくなる。従って、加速エネルギーは少なくと
も’１ＱｋｅＶ以上であるのが好ましい。金属イオンの
注入量が少なすぎる場合は金属微粒子、金属薄膜を形成
することができない。

必要とされる注入量はイオンの飛程、分布の拡がりによ
って異なる。例えば、飛程が１１００ｎ程度である場合
、少くとも５×１０１６／ｒ：Ａの注入量が必要である
。

さて、フィルムコンデンサーの容量は誘導体である高分
子フィルムの厚さが薄いほど大きくなる。

本発明をコンデンサー用フィルムに適用した場合、フィ
ルムの絶縁体の部分の厚さは、表面に埋設された層の厚
さの分だけ薄くなっていることになる。

従って、このフィルムを用いた場合、より大きな容量の
コンデンサーを１ｑることができる。

第５図に示されているとおり、本発明の製造方法によっ
て基材表層内に作られる微粒子は、真球に近い粒子であ
る。従って、イオン注入法によって基材表層内に微粒子
を作り、しかる後に微粒子を基材から分離することによ
り真珠に近い微粒子を得ることができる。球は表面積／
体積比が最も小さいため、淡化されにくい。従来、直径
０．１μｍ以下の超微粒子を得るには気相熱分解法など
によっていたが、それによって得られる粒子は通常、不
定形である。すなわち、本発明の製造方法は球形の超微
粒子の製造にも特に適する。

実施例１ イオン注入機を用いて、厚さ５μｍのポリイミドフィル
ム（商品名゛′カプトン゛、東し株式会社製）の片面に
、加速エネルギー１５０．ｋｅＶの銅イオンを注入した
。注入量は１　ｘ　１０１７ｉｏｎｓ／（ｉで必る。イ
オンビーム注入後、フィルムの表面は黒褐色に変色した
。ラマンスペクトルを測定すると第６図のようになり、
表面がアモルファスカーボンに類似した炭素質になって
いることが分かった。

このフィルムの断面を透過電子顕微鏡によって４０万倍
に拡大して観察すると、直径１０〜３Ｑｎｍのほとんど
真珠に近い微粒子が表層内に分イ１していた。表面抵抗
率は約Ｉ　Ｘ　１Ｑ４ｏｈｍ／５ｑｕｅｒｅテアった。

次に染色物摩擦堅牢度試験機（大栄科学精磯製作所）に
よって、フィルムの表面の摩擦試験を行った。研磨材と
して、直径１μｍのアルミナ微沿末スラリーを用い、荷
重は２００Ｃ］とした。

１００回の往復運動によって摩擦したのちも表面の傷は
ほとんど観察されなかった。また表面抵抗率は約１　ｘ
　１０４ｏｈｍ／５ｑｕｅｒｅを保ツＴｃｔ５Ｖ）、ｉ
ｎだ安定性を示した。このフィルムの両面に直径１ｃｍ
の電極を銀ペーストを塗布して作成した。この平板コン
デンサーの静電容量を測ると、１５０ピコフアラツドで
あった。

比較例１ 実施例１と同じポリイミドフィルムにアルミニウムを約
８Ｑｎｍの厚さに真空蒸着した、これに対して実施例１
と同じ条件で摩隙試賄を行った。

１００回の往復試験の後、表面抵抗率を測ると’ｌ　Ｑ
　１２０ｈｍ／５ｑｔＪａｒｅ以上あり、表面の蒸着膜
がほとんど完全に凍り取られていることが分かった。ま
た、元々のフィルムの静電容量は実施例１と同じ条件で
測定したところ１４０ピコフアラツドで必つ　１こ　。

実施例２ コーティング用ポリイミド樹脂（東し株式会社製、商品
名セミコファイン５Ｐ５１０）をガラス板にスピンコー
ドした。これに加速エネルギー１５０ｋｅＶの亜鉛イオ
ンを注入した。注入量は１Ｘ１０１７ｉｏｎｓ／ｃＪで
必る。次に、ポリイミド膜をディメチルアセテートによ
って溶解し、亜鉛の微粒子を分離、回収した。亜鉛の微
粒子はほぼ真球状で、その直径は約１０〜３０止の範囲
であった。

〔発明の効果〕

本発明の複合材料は、金属層が表面より内部に埋設され
、かつそれは基材と強固に一体化されているためアンカ
ー効果を有し、金属層が剥離しにくく、耐擦過性、耐摩
耗性、耐酸化性が優れている。本発明で述べた、イオン
注入法を用いれば、そのような複合材料を安定して製造
することができる。ざらに、本発明の製造方法により真
球状の超微粒子を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基材の表面より内部の部分に金属微粒子を埋設
したものの断面を示す。１は基材、２は金属微粒子であ
る。 第２図は基材の表面より内部の部分に金属薄膜を埋設し
たものの断面を示す。３は基材、４は金属薄膜である。 第３図は炭素質組成物の中に金属微粒子が埋設されたも
のの断面を示す。５は基材、６は金属微粒子、７は炭素
質組成物を示す。 第４図は炭素質組成物の中に金属薄膜が埋設されたもの
の断面を示す。８は基材、９は金属薄膜、１０は炭素質
組成物を示す。 第５図は銅イオンを注入したカプトンの断面の透過電子
顕微鏡写真から模写した図を示す。 第６図は銅イオンを注入したカプトンフィルム表面のラ
マンスペクトルである。 特許出願人　　東　し　株　式　会　社晃１図 第２図 第３図 第＋図 ｎ５爪

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材の表面より内部に金属元素を主成分とする微
   粒子あるいは薄膜を埋設した構造を有する複合材料。
2. （２）基材に金属元素をイオン注入し、基材の表面より
   内部に金属元素を主成分とする微粒子あるいは薄膜を埋
   設せしめることを特徴とする複合材料の製造方法。