JPS6318002A - 微粒子の表面加工方法 - 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］ 本発明は微粒子の表面加工方法に関するものである。

本明細書において、微粒子とは、原子、分子、超微粒子
及び一般微粒子をいう。ここで超微粒子とは、例えば、
気相反応を利用した、ガス中蒸発法、プラズマ蒸発法、
気相化学反応法、更には液相反応を利用した、コロイド
学的な沈殿法、溶液噴霧熱分解法等によって得られる、
超微細な（−般には０．５井鵬以丁）粒子をいう。一般
微粒子とは、機械的粉砕や析出沈殿処理等の一般的手法
によって得られる微細粒子をいう。また、ビームとは、
流れ方向に断面積がほぼ一定の噴流のことをいい、その
断面形状は問わないものである。

従来より、金属やセラミックス等の微粒子表面に半導体
物質やプラスチック等をコートする事が行なわれている
が、微細な微粒子の表面に、均一に膜を被着させること
は難しく、特に、多層コートを行うことは技術的に困難
であった。

本発明は微粒子表面に半導体や有機物等の膜を効率よく
均一・に積層し得る微粒子の表面加工法を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために講じられた手段を、本発明
の実施例に対応する第１図を用いて説明すると、本発明
は下流側が排気される２つの流路に第１の縮小拡大ノズ
ル１と第２の縮小拡大ノズル２を設け、第１の縮小拡大
ノズル１によって金属微粒子をビーム流とすると共に、
第２の縮小拡大ノズル２によって半導体または有機物を
ビーム流とし、前記２つのビーム流を交差させることに
よって金属微粒子の表面に半導体または有機物をコーテ
ィングするようにしたことを特徴とするものである。２
つのビーム流を交差させる位置は、第１図に示すように
基体６の前方領域であれば特に限定されることはなく、
基体６の直前または基体上において交差させるようにし
てもよい。

また、交差する角度は９０度以外にも任意の角度に設定
することができる。

本発明における縮小拡大ノズル１とは、流入口ｌａから
中間部に向って徐々に開口面積が絞られてのど部１２と
なり、こののど部１２から流出口１ｂに向って徐々に開
口面積が拡大されているノズルをいう。第１図において
は、説明の便宜上、第１の各縮小拡大ノズル１及び第２
の縮小拡大ノズル２の流入側と流出側は、各々密閉系で
ある第１上流室３と下流室４及び第２上流室５と下流室
４に連結されている。しかし、本発明における縮小拡大
ノズルの流入側と流出側は、両者間に差圧を生じさせて
、下流側で排気しつつ微粒子を流過させることができれ
ば、密閉系であっても開放系であってもよい。

［作　用］ 第１図に示すように、下流室４内を真空ポンプ等（図示
せず）で排気すると、第１上流室３並びに第２上流室５
と下流室４との間に圧力差を生じる。したがって、第１
上流室３内の金属微粒子と第２上流室５内の有機物また
は半導体物質の微粒子は、それぞれの縮小拡大ノズルを
介して下流室４へと流入することになる。２つの縮小拡
大ノズルは、下流室４内でそれぞれのビームが交差する
よう配置されており、金属微粒子表面へのコーティング
は、金属微粒子のビーム流が、有機物または半導体物質
のビーム領域を通過する時だけ行なわれるようになるた
め、均一性の良い被膜な得ることができる。また、金属
微粒子や有機物または半導体物質の微粒子は縮小拡大ノ
ズルを通過することによって超音速のビーム流となるの
で、個々の微粒子は均一な分散状態を保った平行流とし
て移送されることになり、成膜速度や成膜率のバラツキ
の少ない均一な接触を図ることが可能となる。

縮小拡大ノズルは、上流室側の圧力Ｐｏと下流室側の圧
力Ｐの圧力比Ｐ／Ｐｏと、のど部１２の開口面積Ａ”と
流出口１ｂの開口面積Ａとの比Ａ／Ａ”とを調節するこ
とによって、微粒子の流れを高速化できる。

そして、上流室側と下流室側の圧力比Ｐ／Ｐ、が臨界圧
力比より大きければ、縮小拡大ノズルの出口流速が亜音
速以下の流れとなり、微粒子は減速噴出される。また、
上記圧力比が臨界圧力比以下であれば、縮小拡大ノズル
の出口流速は超音速流となり、微粒子を超音速にて噴出
させることができる。

ここで、流れの速度をＵ、その点における音速をａ、流
れの比熱比をγとし、流れを圧縮性の一次元流で断熱膨
張すると仮定すれば、流れの到達−Ｉ’ｊｌ’＋　　　
　　　　　　　　４１マツハ数Ｍは、上流室ｉ〒赫の圧
力ＰＧと下流室◆の圧力Ｐとから次式で定まり、特にＰ
／ＰＧが臨界圧向、音速ａは局所温度をＴ、気体定数を
Ｒとすると、次式で求めることができる。

ａ＝ｒ〒ＲＴ また、流出ロｌｂ開ロ面積Ａ及びのど部１２の開口面積
Ａ＊とマツハ数Ｍには次の関係がある。

従って、上流室側の圧力Ｐ０と下流室側の圧力Ｐの圧力
比Ｐ／Ｐｏによって（１）式から定まるマツハ数Ｍに応
じて開口面積比Ａ／Ａ”を定めたり、Ａ／Ａ”によって
（２）式から定まるＭに応じてＰ／ＰＯを調整すること
によって、拡大縮小ノズルから噴出する流れを適正膨張
の超音速流に調整できる。

この適正膨張流とは、流出口１ｃにおける微粒子流の圧
力と下流側の圧力Ｐとが等しい流れで、このときの微粒
子流の速度Ｕは、上流側の温度をＴＯとすると、次の（
３）式によって求めることができる。

前述のような圧力比が臨界圧力比未満の噴出においては
、噴出される微粒子は均一な拡散流となり、比較的広い
範囲に亘って一度に均一にガス流を吹き付けることが可
能となる。

［実施例］ 第１図は本発明を実施するための装置の一例を示すもの
である。図に示されるように、第１上流室３と下流室４
及び第２上流室と下流室４とを結ぶ流路には各々第１の
縮小拡大ノズル（以下第１のノズルと称す）１と第２の
縮小拡大ノズル（以下第２のノズルと称す）２が設けら
れている。各縮小拡大ノズルの流入口１ａは各上流室側
に開口し、流出口１ｂは下流室側に開口していて、第１
上流室３と第２上流室５及び下流室４は、各縮小拡大ノ
ズルを介して連結されている。

第１上流室３内には受皿７と加熱用のヒーター８が設け
られ、受皿７には金属物質として鉛１０が配置されてい
る。一方、第２上流室５内には受皿９が設けられ、有機
物としてピラジン結晶１１が配置されている。また、下
流室４の端部には、ビームとして移送されて来る微粒子
を表面で受けて付着させて捕集するための基体６が位置
している。

さらに、下流室４には真空ポンプ等（図示せず）が連結
され、内部の排気により上流室側に対して圧力差を生じ
るようになっている。

縮小拡大ノズルとしては、前述のように、流入口１ａか
ら徐々に開口面積が絞られてのど部１２となり、再び徐
々に開口面積が拡大して流出口１ｂとなっているもので
あればよいが、第２図（ａ）に拡大して示しであるよう
に、流出口ｌｂ付近の内周面が、中心軸に対してほぼ平
行であることが好ましい。これは、噴出される微粒子の
流れ方向が、ある程度流出口ｌｂ付近の内周面の方向に
よって影響を受けるので、できるだけ平行流にさせやす
くするためである。しかし、第２図（ｂ）に示されるよ
うに、のど部１２から流出口１ｂへ至る内周面の中心軸
に対する角度αを、７°以下好ましくは５°以下とすれ
ば、剥離現象を生じにくく、噴出する微粒子の流れはほ
ぼ均一に維持されるので、この場合はことさら上記平行
部を形成しなくともよい。

平行部の形成を省略することにより、縮小拡大ノズルの
作製が容易となる。また、縮小拡大ノズルを第２図（Ｃ
）に示されるような矩形のものとすれば、スリット状に
微粒子を噴出させることができる。

ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズルの内面に突起
物等があった場合に、縮小拡大ノズルの内面と流過流体
間の境界層が大きくなって、流れが不均一になる現象を
いい、噴出流が高速になるほど生じやすい。前述の角度
αは、この剥離現象防止のために、縮小拡大ノズルの内
面仕上げ精度が劣るものほど小さくすることが好ましい
。縮小拡大ノズルの内面は、ＪＩＳ　Ｂ　０８０１に定
められる、表面仕上げ精度を表わす逆二角形マークで三
つ以上、最適には四つ以上が好ましい。特に、縮小拡大
ノズルの拡大部における剥離現象が、その後の微粒子の
流れに大きく影響するので、上記仕上げ精度を、この拡
大部を重点にして定めることによって、縮小拡大ノズル
の作製を容易にできる。

また、やはり剥離現象の発生防止のため、のど部１２は
滑らかな湾曲面とし、断面積変化率における微係数が（
１）とならないようにする必要がある。

縮小拡大ノズルの材質としては、例えば鉄、ステンレス
スチールその他の金属の他、アクリル樹脂、ポリ塩化ビ
ニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン等
の合成樹脂、セラミック材料、石英、ガラス等、広く用
いることができる。この材質の選択は、生成される微粒
子との非反応性、加工性、真空系内におけるガス放出性
等を考慮して行えばよい。また、縮小拡大ノズルの内面
に、微粒子の付着・反応を生じにくい材料をメッキ又は
コートすることもできる。具体例としては、ポリフッ化
エチレンのコート等を挙げることができる。なお、縮小
拡大ノズルの長さは、装置０ 置の大きさ等によって任意に定めることができる。

次に、第１図の装置を用いた具体的な実施例について説
明する。

第１図において、第１上流室３内のヒーター８によって
受皿７上の鉛１ｏを３００〜３５０　”Ｏに加熱すると
ともに、下流室４内を排気すると、差動排気によって第
１のノズルｌから鉛の微粒子ビーム流が下流室４内に流
入する。この時、第２上流室５にはピラジン結晶１１が
そのままの状態で保持され、ここで昇華したピラジンは
第２のノズル２を介して前記鉛の微粒子ビーム流に吹き
付けられる。ビーム流の交点領域では、鉛の微粒子にピ
ラジンが被着し、後方の基体６において膜状に堆積する
。本実施例においては、成膜の初期段階において基体を
取り出し、微粒子表面の被膜状態を観察したところ、微
粒子に均一でムラのない有機物の被膜が形成されている
ことが確認された。

なお、この金属・有機物の界面での馴染みの良い系にお
いては、金属中の伝導電子が有機物の高い振動数の格子
振動や半導体のギャップとカップリングするため、超伝
導転移温度が上昇するという効果が期待できる。因に、
上記実施例における膜の超電導転移点Ｔｃは８．３にで
あり、通常の鉛に比べて１．１にの上昇を得た。また、
他の金属においてピラジンをコートした超微粒子膜のＴ
ｃと、通常の薄膜でのＴｃとの比較を下記表１に示す。

表　　１ 上記実施例においては、金属微粒子ビームの流れに、昇
華した有機物を吹き付け、後方の基体上で捕集する場合
について述べたが、本発明の他。実施態様としては、第
３図に示すように、中性金属微粒子ビームに対して中性
有機物または半導体のビームを斜め方向から吹き付け、
基体６上において交差させるようにしてもよい。また、
第４図に示すように、正に帯電した金属微粒子ビームに
対して負の有機物または半導体のビームを直角に吹き付
け、前述の例と同様に基体６上において交差させるよう
にしてもよい。上記実施例以外にも、反応系およびその
実施形悪は適宜選択することができる。

さらに本発明においては、金属微粒子ビームの流れに沿
って有機物や半導体物質の吹き出しノズルを何種類か設
けることにより、微粒子の多層コーティングを容易に行
うことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、微粒子の移送に
縮小拡大ノズルを用いることにより、微粒子を均一な分
散状態の超音速のビームとして移送することができるう
え、２つのビーム流を交差させることにより、金属微粒
子の表面コートを有機物や半導体物質のビーム領域を通
過する時だけに限定することができるため、均一性の良
い被膜を得ることができる。また、有機物や半導体物質
のビームを複数設けることにより、多層のコートも容易
に行なうことができる。

さらに、基体上で成膜を行った場合には、金属微粒子が
有機物や半導体物質中に分散１．た膜を形成することが
できる。しかも、二種のビームは、励起化学種、イオン
、ラジカル等を含んでいるため、基体上で化学反応を生
ずる。したがって、金属と有機物や半導体物質の界面の
接触を単なる物理接触ではなく、化学接触とすることが
でき、基体上で新たな反応場を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図（ａ）
〜（ｃ）は各々縮小拡大ノズルの形状例を示す図、第３
図および第４図は本発明の他の実施例を示す説明図であ
る。 ｌ：第１の縮小拡大ノズル、 ２：第２の縮小拡大ノズル、 ３：第１上流室、４：第２上流室、 ５：下流室、６：基体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の縮小拡大ノズルによって金属微粒子をビー
   ム流とすると共に、第２の縮小拡大ノズルによって半導
   体または有機物をビーム流とし、前記２つのビーム流を
   交差させることによって金属微粒子の表面に半導体また
   は有機物をコーティングするようにしたことを特徴とす
   る微粒子の表面加工方法。