JPS62250172A - 超微粉末を被覆する方法と装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はスパッタリングによって粒径が　１μｍ以下の
超微粉末の周囲を金属、セラミックおよびプラスチック
で被覆する方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕 従来、数μ履以上の粒径を有する金属、セラミック、プ
ラスチック等の粉末の周囲を無電解めっき法、イオンの
析出傾向を利用した置換めっき法およびＣＶＤ法などに
よって、特定の金属を被覆したものは、触媒用、装飾用
、粉末冶金用１粒子分散強化複合材用および電磁シール
ド用の導電性付４材などとして使用されている。これら
の用途に粉末が用いられる場合、一般に粒径が小さいほ
ど表面積が大きく、焼結特性や反応性に優れていること
から、さらに超微粉末を対象とした種々の材料の被覆技
術の開発が求められている。

特開昭５６−１３０４６９号には、直径５０μｍ以上の
ガラス、セラミック、プラスチック等の粉粒体を、傾斜
した平面上にカスケードして、スパッタリングによって
貴金属で被覆し、貴金属と同一外観を呈する装飾品等に
利用できる被覆粉体を得、る方法が開示されている。

しかしながら、１μｍ以下の粒径の超微粉末は一般に凝
集力が強いために容易に二次粒子を形成し、また水分や
各種のガスなどを強固に吸着しているために、前述した
ような従来の被覆方法やスパッタリング法、イオンブレ
ーティング法および真空蒸着法などのＰＶＤ法でこのよ
うな超微粉末の周囲に金属、セラミックおよびプラスチ
ックを強固にかつ均一に被覆するのは極めて難しいとい
われ、報告例も全くみられない。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の問題点を解決し、１μｍ以下の粒径の
超微粉末の周囲に金属、セラミックおよびプラスチック
の種々の材料を強固にかつ均一に被覆することのできる
スパッタリングの方法と装置を提供することを目的とす
る。

【発明の構成〕

本発明によれば、−次粒子の粒径が１００人から１μ楓
の範囲の金属、セラミックまたはプラスチックの超微粉
末を。

（イ）不活性雰囲気中で、流体ジェットミル処理して一
次粒子に分散し、不活性気体流で搬送し。

（ロ）該分散処理した超微粉末を不活性雰囲気中で減圧
−加熱処理し。

（ハ）該減圧加熱処理した超微粉末を金属、セラミック
またはプラスチックのターゲットを垂直に配置したスパ
ッタリング室内をターゲットと平行に落下させてスパッ
タリングによって金属、セラミックまたはプラスチック
で被覆し、　　　　　　　−（ニ）　該被覆した超微粉
末粒子に、前記（イ）。

（ロ）、（ハ）の処理を繰り返し行なうことからなる超
微粉末の被覆方法が提供される。

また本発明によれば、超微粉末を減圧加熱処理する室と
。

スパッタ源を垂直に設けた円筒状のスパッタリング室と
。

スパッタリング室の下方に設けられた、スパッタリング
被覆された超微粉末粒子を捕集し、後記流体ジェットミ
ル粉砕装置に搬送し、また新しい超微粉末材料を受け入
れることのできる手段と。

流体ジェットミル粉砕装置と 流体ジェットミル粉砕装置から処理ずみ超微粉末を前記
減圧加熱処理室へ気体搬送する手段であって、その中途
に被覆ずみ超微粉末取出口を有するもの からなり、装置全系が真空脱気でき、また不活性気体を
供給し、装置内を循環できるように構成されている装置
が提供される。

本発明で用いられる金属超微粉末は、「低圧ガス中蒸発
法」、「活性水素−溶融金属反応法」および［塩化物反
応法」なとの製造法によって作られた鉄、銅、銀、金、
錫、白金、ニッケル、チタン、コバルト、クロム、アル
ミニウム、亜鉛、タングステンおよびこれらの合金の粉
末を使用することができる。これらの金属はスパッタリ
ングによる被覆材料としても使用できる。セラミック超
微粉末は、「通電加熱蒸発法」、「ハイブリッドプラズ
マ法」、「揮発性金属化合物気相加水分解法」、「高融
点金属塩化物とアンモニアガスとの高温分解反応法」な
どの気相法によるもののほか、「噴霧乾燥法」、「凍結
乾燥法」、「溶媒乾燥法」、［アルコキシド加水分解法
」および「沈殿法」などの湿式法によって作られたＡｌ
、Ｏ，、Ｃｒ、Ｏ，、ＺｎＯ，Ｇｅｍ、、　Ｔｉｅ、、
Ｙ、　０．、Ｍｏｂ、、Ｓｉｎ、、　ＰｂＯ，ＺｒＯ，
、ｗＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＴｉ０．、コージェライ１
−．ゼオライト、ソフトフェライト、部分安定化ジルコ
ニアなどの酸化物、ＳｉＣ，Ｃｒ、Ｃ２、ＶＣ，ＴｉＣ
，Ｂ４Ｃ，ＺｒＣ、グラファイトなどの炭化物、　Ｂｉ
、Ｎ４１口Ｎ、　ＴｉＮ、　ＡＩＮなどの窒化物、　Ｃ
ｒＢ、、ＺｒＢ、、　Ｆｅ、Ｂ、　Ｎｉ、Ｂ、　ＮｂＢ
、ＡＩＢなどのホウ化物、　ＭｏＳ、、　ＣｄＳ、　Ｃ
ｕ、Ｓなどの硫化物、リン化物、ケイ化物、炭窒化物お
よび水酸化物などを使用することができる。これらのセ
ラミックスはスパッタリングによる被覆材料としても使
用できる。プラスチック超微粉末は「乳化重合法」、「
懸濁重合法」、「ソープレス重合法」および「非水分散
重合法」などによって作られたポリアクリルアミド樹脂
、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂
、メタクリル樹脂、モノクロロトリフルオロエチレン樹
脂、ポリアクリロニトリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ
化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿
素樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびこれら
の共重合体などを使用することができる。これらのプラ
スチックはスパッタリングによる被覆材料としても使用
できる。

粉末の形状としては、球状、針状、棒状、角状、板状＝
不定形状、クラスター状、ウィスカー状。

中空状および多孔質のいずれも使用できる。

本発明の方法に使用する金属、セラミックまたはプラス
チックの乾燥状態の超微粉末は、超音速ガス流と衝突板
からなる乾式（ジェットミル）法。

又は超音波ホモジナイザーによる湿式法による粉砕処理
によって調製する。そして、好ましくはプラスチック表
面に無電解めっきを行なう時に通常行なわれるセンシタ
イジングおよびアクチベーティング等の湿式法又はプラ
ズマ処理等の乾式法の表面活性化処理を行なう。

スパッタリングによって形成される皮膜の厚さは１０人
からｌμＩ、好ましくは１００人から１　、０００人が
適当であり、薄すぎると皮膜の特性が発揮しにくく、厚
すぎると製造コストが高くなる。

本発明において、一つのスパッタリング室に多種類のタ
ーゲットを設置しておき、繰り返しスパッタリングに際
して異種の材料をスパッタリングすることによって２層
以上の多層被覆を施すことも可能であり、さらに被覆後
に加熱、拡散処理を行なって合金皮膜とすることも可能
である。超微粉末に酸化物、窒化物または炭化物を被覆
する場合、スパッタリング室の雰囲気の制御によって皮
膜中の酸素、窒素または・炭素量を粉末の表面から外周
に向って徐々に変化させながら多層被覆することも可能
である。

また、本発明によってセラミックやプラスチックの超微
粉末に金属を被覆した後、他の材料を無電解めっき法、
イオンの析出傾向を利用した置換めっき法およびＣＶ　
Ｄ、法などによってさらに多層被覆することも可能であ
る。

なお本発明に用いるスパッタリング装置は、二険スパッ
タ方式、マグネトロンスパッタ方式、高周波スパッタ方
式、反応性スパッタ方式その他公知・のスパッタ方式を
広く使用することができる。

本発明の装置においては、通常スパッタ源を水平に移動
でき落下する超微粉末との距離を調節できるようにして
おくのが好ましい。

また複数個のスパッタ源を設けて、異種の被覆材料で被
覆を行なうようにすることもできろ。

〔発明の効果〕

本発明は、金属、セラミックおよびプラスチックの種々
の材質からなる超微粉末を、ガス流に乗せた粉砕および
分散処理と減圧加熱処理とスパッタリングによるコーテ
ィング処理とを密封系内で繰り返し行なう方法および装
置である。すなわち、不活性ガス流に乗せて乾式法で超
微粉末の粉砕および分散を繰り返しつつ、超微粉末の表
面に吸着されている水分や各種ガスなどを減圧乾燥除去
してスパッタリング被覆できることから１表面活性に優
れ凝集力の強固な超微粉末の一次粒子の周囲にほぼ均一
な被覆が可能であると共に、超微粉末に対する皮膜の密
着力も強固となる。このような被覆は、従来から行なわ
れてきた無電解めっき法、イオン化傾向を利用した置換
めっき法およびＣＶＤ法などではほとんど不可能である
。その上、スパッタリングによる被覆方法は金属以外に
も従来の無電解めっき法やイオン析出傾向を利用した置
換めっき法では不可能であったセラミックおよびプラス
チックなどの超微粉末の被覆も比較的容易にできるとい
う大きな特徴を有する。このことから、本発明によると
超微粉末と皮膜の材料の組み合わせを種々変えることに
よって、新しい機能を有する多種類の被覆超微粉末を得
ることが可能となる。

〔発明の具体的記載〕

第１図は本発明の装置の１例の構造を示す概念的断面図
である。

装置の要部は、減圧加熱処理室１６、スパッタリング室
１８、ホッパー６、流体ジェットミル１１．循環パイプ
１３からなる。

減圧加熱室１６は電気抵抗加熱される容器であって、フ
ィルター１４を介して主排気系１５および高度排気系１
に連通する。主排気系は機械的真空ポンプであり、高度
排気系はクライオソープションポンプ、メカニカルブー
スターポンプ等と冷却トラップの組合せである。減圧加
熱室１６は減圧加熱処理した超微粉末を均一にスパッタ
リング室１８に落すための垂直スフルーフィーダー２０
とこれを回転するモーター３１を備えている。

スパッタリング室１８円筒状の容器であって、垂直方向
に延びるターゲットを有するマグネ下ロン型スパッタ源
１９（複数）を備えている。スパッタ源は図示されてい
ない電源よりの高周波電流によって作動される。スパッ
タリング室１８は上方で減圧加熱処理室１６、下方でホ
ッパー６に連通ずるが。

その連通部には、シャッター７および８を備えている。

・ スパッタリング室１８は減圧加熱処理室１６と同様に真
空排気系２および１に連通す・る。

第２図はマグネットロンスパッタ源１９の拡大部分図で
あるが、マグネットロンスパッタ源は既知であり、種々
の形に設計できる６本実施例の場合は１円筒状のスパッ
タリング室に適合するように。

縦に長い形に設計される。即ち、スパッタ源１９はター
ゲット（カソード）３２、殻体３３、磁石３５よりなり
、殻体３３は、ピストンロッド３４を有し、ロッド３４
は気密にスパッタリング室１８の壁を貫通して外に出、
その操作により、スパッタ源の水平位置を調節すること
ができるように構成される。

ホッパー６はスパッタリング室１８は弁を備えた超微粉
末の供給管５、流量計３８と弁を備えた不活性気体の給
気系９と、おなじく弁を備えた排気系３を備え、下部は
モーター３６を有するスフルーフィーダーｌＯを介して
モーター３７によって駆動されるジェットミル１１に連
通する。ジェットミルも既知であって、市販品（例えば
三協電業（株）のＤＡ−３は好適である）が使用できる
。

ジェノ１−ミル１１の排出側は、弁２４を備えた超微粉
末循還パイプ１３に連通し、循還パイプ１３は上昇して
、前記の減圧加熱処理室１６に連通ずる。循還パイプ１
３はその壁内内に導電体のら線を埋めて静電防止した透
明のプラスチック管が望ましい。

この超微粉末循還パイプ１３の弁２４の上流側から弁２
５を備えた分岐管により粒末捕集装置２７に連通する。

捕集装置は開放することのできる、粉体フィルター２８
を介して排気系２６に連なるトラップである。

本発明者が試作した装置は、大路次の寸法を有した。

スパッタリング室の直径３００ｍ＋ａ、高さ５００ｍ５
＋、減圧加熱処理室の直径３００＋ｓｍ、高さ１５０ｍ
＋ｓ。

本発明の装置の一つの実施態様として、第３図はスパッ
タリング室の横断面であるが、この図に示されるように
、対向する３対のスパッタリングを設けることができる
。各対向する対ごとに異種の材料のターゲットを設ける
ことによって、各対毎に１種の材料のスパッタリングを
施こし、３種類の異なった物質の被覆層を微粒子に施す
ことができる。スパッタ源の各対は別々に稼動ずれるが
、ターゲットに異種物質の付着をさけるために回転でき
る遮蔽３８を設けてもよい。

この装置を使用して超微粉末の被覆を行なう場合、同一
ターゲットによる被覆の継続被覆異種ターゲットへの切
換え、等はマイクロコンピュータ−を組み込んで自動的
に制御できる。

この装置を用いてα−アルミナ超微粉末の被覆を行なっ
た。

市販の平均粒径が０．２μｍのα−アルミナ超微粉末（
住友化学工業（株）製）４の５ｇを圧縮空気流に乗せ、
超斤速ノズルおよび衡突板からなるジエン１〜ミル（日
本ニューマチック工業（株）ｗｉのラボジェットＬＪ型
）を使用して粉砕した後、励起電圧８ｋＶ、周波数２０
ＫＨｚを電極間に印加し、空気中で２分間プラズマ処理
（三協電業（株）製のプラクティブライン八ＣＣ−ｌＡ
ｌ型を使用）を施こして前処理をした。

前記前処理ずみのα−アルミナ超微粉末を第１図に示す
スパッタリング装置の粉末投入口５よりホッパー６に投
入した１次いで、スパッタリング装置全体を２　Ｘ　１
０−’　Ｔｏｒｒに減圧し、次いで不活性ガスとしてア
ルゴンガスを給気弁２から導入し、排気弁３から排出す
る方法によって装置全体をアルゴンガスで置換した。粉
末入口シャッター７と粉末量ｒコシャッター８とを閉じ
、給気弁９でホッパー内にアルゴンガスを導入しつつ粉
末フィーダー１０によって一定速度でα−アルミナ超微
粉末をジエン１〜ミルに移送し、給気弁１２から導入さ
れ。

循還パイプ１３およびガラス繊維フィルター１４を経由
して排気弁１５から排出されるアルゴンガス流に乗せて
粉砕および分散処理し、減圧加熱乾燥室１６に移送した
。次に、ヒーター１７で２００℃に加熱し。

排気系で装置全体を２Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒに減圧して
、α−アルミナ超微粉末の乾燥、脱ガスおよびスパッタ
リング前の予熱を１０分間行なった。次に、あらかじめ
排気システムによって２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒに減圧され
ているスパッタリング室Ｉ８内でＴｉＣターゲットスパ
ッタ源１９を用いて、周波数１３．５６Ｍ１ｌＺ、スパ
ッタ電力５ｋＷの条件でスパッタリングを開始した。

直ちに粉末入口シャッター７を開放し、粉末フィーダー
２０によって一定速度で、分散処理、乾燥、脱ガスおよ
びスパッタリング前の予熱処理を終えたα−アルミナ超
微粉末２１を自然落下させ、スパッタリング室の下部に
約４人のＴｉＣが被覆されたα−アルミナ超微粉末２２
を得た。減圧加熱処理室にあらかじめ用意されていた粉
末の被覆がすべて完了した後、スパッタリングを中断し
、粉末出口シャッター８を開放してスパッタリング室の
下部にたまった粉末を再びホッパー内へ移送した。移送
が終了した後は、再び粉末出口シャッター８を閉じて粉
末フィーダーＩＯ１高速分散機１１、減圧加熱処理１６
．粉末フィーダー２０およびスパッタリングの二［程を
５回繰り返しα−アルミナ超微粉末の周囲に約２０人厚
のＴｉＣ被覆を行った。さらに１１回「１以降はＴｉＣ
ターゲットの電源を切り、ＡＱツタ−ットスパッタ源１
９′の２　Ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒの減圧下で周波数１
３．５６ＭＨｚ、スパッタ電力５ｋｌｉｌの条件でｉの
スパッタリングを開始した。

１回のスパッタリングで１０人ｎ０ＡＱが被覆できた。

この工程を５０回繰り返して計５００人厚のＡＱを被覆
した。なお、これらの繰り返し作業はすべてマイクロコ
ンピュータ−による自動制御システムによって行なった
。スパッタリングによる被覆作業終了後は、給気弁を通
して装置全体にアルゴンガスを導入し、大気圧と同じ圧
力に調整した。次いで循環バルブ２４を閉じ、捕集バル
ブ２５および排気弁２６を開放した後に、ホッパー内の
被覆された超微粉末を給気弁９からのアルゴンガス流に
乗せて粉末フィーダー１０および高速分散機１１を経由
し、粉末捕集部２７に移送し、フィルター２８によって
分離、捕集した。

本実施例によって得られた被覆超微粉末の構造を第４図
の断面拡大図に示す０図は平均粒径が０．２μｍのα−
アルミナ超微粉末の表面にほぼ均一に約２０人のＴｉＣ
被［２９が施され、さらにその周囲に約５００人のＡＱ
被［３０が施こされていることを示している。

この装置を用いて同様の方法で表１に示すような実施例
２から実施例１１の各種被覆超微粉末を製造した。これ
らの被覆超微粉末は表中に示す広範囲の用途に使用する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の概念を示す立面断面図である。 第２図は本発明の装置のスパッタ源を拡大して示す断面
概念図である。 第３図は本発明の装置の１つの実施態様におけろスパッ
タ源の配置を示す横断面である。 第４図は本発明の方法の１態様によって製造された被覆
粒子の断面図を示す。 これらの図面において、 ｌ・・・排気系 ２・・・不活性ガス給気弁 ３・・・不活性ガス排気弁 ４・・・超微粉末 ５・・・粉末投入口 ６・・・ホッパー ７・・・スパッタリング電入ロシャッター訃・・スパッ
タリング室出口シャッター９・・・不活性ガス給気弁 １０・・・粉末フィーダー １１・・・高速分散機 １２・・・不活性ガス給気弁 １３・・・循還パイプ １４・・・フィルターパイプ １５・・・不活性ガス主排気系 １６・・・減圧加熱処理室 １７・・・ヒーター １８・・・スパッタリング室 １９、１９’・・・スパッタ源 ２０・・・粉末フィーダー ２１・・・超微粉末落下流 ２２・・・被覆された超微粉末 ２４・・・循還パイプのバルブ ２５・・・捕集バルブ ２６・・・不活性ガス排気弁 ２７・・・粉末捕集部 ２８・・・フィルター ２９・・・皮膜（例えばＴｉＣ） ３０・・・皮膜（例えばＡｆｆｉ） 第１図 第２図　　　　第３図 「−続−ｉ’＋１１．１−ＥＥ　’Ｍ吋昭和６１年８Ｊ
Ｉ２７１］ 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 ｌ　′バ件の表示 昭和６１年　特　許　願　第　９３２２３号２　発明の
名称 超微粉末を被覆する方法と装置 ３　補正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一次粒子の粒径が１００Åから１μｍの範囲の金属
   、セラミックまたはプラスチックの超微粉末を、（イ）
   不活性雰囲気中で、流体ジェットミル処理して一次粒子
   に分散し、不活性気体流で搬送し、（ロ）該分散処理し
   た超微粉末を不活性雰囲気中で減圧加熱処理し、 （ハ）該減圧加熱処理した超微粉末を金属、セラミック
   またはプラスチックのターゲットを垂直に配置したスパ
   ッタリング室内をターゲットと平行に落下させてスパッ
   タリングによって金属、セラミックまたはプラスチック
   で被覆し、 （ニ）該被覆した超微粉末粒子に、前記（イ）、（ロ）
   、（ハ）の処理を繰り返し行なう ことからなる超微粉末の被覆方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって、使用
   超微粉末を予め既知の方法によって再分散、表面活性化
   処理しておく方法。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の方法であって、スパ
   ッタリング室に異種のターゲットを設けておいて、繰り
   返し処理中にターゲットを変更して、異種の複数の被覆
   層を形成する方法。 ４、超微粉末を減圧加熱処理する室と、 スパッタ源を垂直に設けた円筒状のスパッタリング室と
   、 スパッタリング室の下方に設けられた、スパッタリング
   被覆された超微粉末粒子を捕集し、後記流体ジェットミ
   ル粉砕装置に搬送し、また新しい超微粉末材料を受け入
   れることのできる手段と、流体ジェットミル粉砕装置と
   、 流体ジェットミル粉砕装置から処理ずみ超微粉末を前記
   減圧加熱処理室へ気体搬送する手段であって、その中途
   に被覆ずみ超微粉末取出口を有するもの からなり、装置全系が真空脱気でき、また不活性気体を
   供給し、装置内を循環できるように構成されている装置
   。 ５、特許請求の範囲第４項記載の装置であって、スパッ
   タリング源手段が水平方向に位置を移動できる装置。 ６、特許請求の範囲第４項に記載の装置であって、複数
   のスパッタリング源を備えている装置。 ７、特許請求の範囲第４項に記載の装置であって、３対
   のスパッタリング源が相対向する位置に配置され、各対
   ごとに異種のターゲットを有する装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載の装置であって、スパッ
   タ源が各対ごとに起動できる装置。