JPS63248786A - 非酸化物系セラミツクスの表面改質方法及び表面改質物 - 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、非酸化物系セラミックスの表面改質方法及び
表面改質物に関する。

〔従来技術〕

非酸化物系のセラミックス材の表面にメタライズ性や耐
環境性向上のために酸化物層を形成することが行なわれ
ている。その具体例として特開昭５１−５２４１４号公
報がある。この公報に記載の酸化物層は、シリカやアル
ミナ等の混合物からなるガラス層である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来例で表面に形成したガラス層は、ガラス
を溶融した後これを急冷して粉砕し、これを更にハイシ
ングボールミル等で微粉にするという機械的微粉化手段
にて製造した微粒子を非酸化物系セラミックスの表面に
塗布して焼結したものである。従って、微粒子の粒径に
限界があり、せいぜい数μｍまでが限界であった。

そのため、非酸化物系セラミックスの表面に塗布するに
際し、シルクスクリーン印刷で行なわれるが、その膜厚
は１０〜２０μｍ程度となり、それより薄くすることが
できなかった。更に、粒径が大きいため一回の塗布では
ピンホールが発生しやすく、通常は２〜３回繰り返し塗
布することになるため、膜厚は２０〜６０μｍにもなる
。従って焼結後の膜厚も３０μｍ程度の厚いものが普通
であり、更に粒径の大きな粒子を焼結することとなるた
め、表面に形成されたガラス層は均質性が低く、結晶も
粗くなり、密着力が弱いという問題があった。

又、膜厚が厚いためセラミック基板との間での熱膨張係
数差によるクラック発生のおそれがあり、また表面にメ
タライズした状態におけるメタライズ強度も充分に得に
くい問題があった。

本発明の目的は、非酸化物系セラミックスの表面に１０
μｍ以下の膜厚で、しかも均質かつ緻密な酸化物セラミ
ックス層を容易に形成することのできる非酸化物系セラ
ミックスの表面改質方法を提供することにある。

更に他の目的は、クラックが発生しにくく、密着力も強
く、更に膜厚ペーヘトの使用可能な非酸化物系セラミッ
クスの表面改質物を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１の発明は、酸化物系セラミックスを分散質とするコ
ロイド溶液を非酸化物系セラミックス部材の表面に塗布
した後、焼結する表面改質方法である。

第２の発明は、非酸化物系セラミックス部材の表面に、
酸化物系セラミックスのコロイド溶液を塗布した状態で
焼結した酸化物系セラミックス層を設けた表面改質物で
ある。

〔作用〕

第１の発明によれば、酸化物系セラミックスを機械的に
粉砕するのではなく、コロイド溶液を生成し、これを非
酸化物系セラミックス部材の表面に塗布するものであり
、コロイド粒子という超微粒子とすることにより薄膜形
成を容易にし、更に均質かつ緻密化を可能としたもので
ある。

第２の発明は、コロイド粒子という超微粒子の表面活性
、吸着活性という特性を利用し、表面に形成した層のク
ラック発生を減少させ、密着力も向上させたものである
。

〔実施例〕

まず、酸化物系セラミックスを分散質とするコロイド溶
液を作る。コロイド粒子は粒径が１μｍ以下の超微粒子
であるため、機械的な粉砕では製造できないが、化学反
応を利用して容易に作ることができる。例えば、シリカ
のコロイド溶液は、ケイ酸塩に希塩酸を作用させれば５
ｉＯｚの水和物が水中に懸濁してコロイド溶液となる。

この方法は周知のものであり、他の公知の方法でコロイ
ド溶液を作成してもよい。

酸化物系のセラミックスとしては、シリカの他にアルミ
ナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、カルシア等を
用いることができ、これらのコロイド溶液を同様に公知
の方法で作成し、本発明を実施することができる。作成
したコロイド溶液を二種以上混合して用いてもよい。こ
の場合表面に形成される酸化物系セラミックスも混合物
の均質な層となる。上記方法でコロイド溶液を作ると通
常、０．０１μｍ程度の粒径のものができるが、粒径範
囲は０．００１〜０．１μｍである。

コロイド粒子は超微粒子であるため、特有の性質を示す
。一般に物質の表面はベルクに比べ活性が強く、この超
微粒子程度の大きさになると、その粒子全体に対して表
面の占める割合が増すため、粒子全体としての性質が粒
径数μｍ以上の粒子とは異なってくるからである。具体
的には吸着力が増し、また融点も大きく低下する等があ
る。従って焼結温度も従来に比して大幅に低下させるこ
とができる。

次に、上記の如く作成したコロイド溶液を非酸化物系セ
ラミックス部材の表面に塗布する。

この塗布方法としては、非酸化物系セラミックス部材を
コロイド溶液に浸漬してコロイド粒子を吸着させ取り出
して塗布する方法を採ることにより簡単に行なえる。コ
ロイド粒子の吸着量は浸漬時間と非酸化物系セラミック
ス部材の引き上げ速度を変えることにより簡単に調節変
更することができ、これにより膜厚を０．０１〜１０μ
程度まで容易にコントロールすることができる。また、
コロイド溶液の温度を変えることによっても膜厚を変え
ることができる。

次に、コロイド粒子を吸着させた状態にて焼結する。す
なわち段階的に温度を上げていき、５００’Ｃ以上で焼
結する。コロイド粒子という超微粒子としたことにより
５００℃、２時間程度でも焼結可能となる。更に超微粒
子であるため密着力が強く、更に薄く、均質でｍ密な酸
化物系セラミックス層となる。コロイド溶液を混合溶液
としておけば、多成分系たとえばムライト、ジルコン又
はコージェライト等の酸化物系セラミックス層となる。

尚、表面の酸化物系セラミックス層として熱膨張係数が
６　Ｘ　１０−６／℃以下のものを用いれば、下地の非
酸化物系セラミックス層との熱膨張係数の差が近くなる
ため、耐熱特性を向上させることができる。

。実施例ｌ ＳｉＣセラミックス基板をシリカのコロイド溶液（アル
コール溶媒、粘度４．Ｓｅｐ　　、比重０．９７）に浸
漬し、４５ａｍ／分の引き上げ速度で引き上げた後、室
温で１５分間、１００℃で３０分、５００℃で３０分間
乾燥せる。以上の工程を２回繰り返した。最終的に９０
０℃で３０分間の焼成を行なった。これによりＳｉＣセ
ラミックス基板の表面に形成されたシリカ膜は膜厚が約
２．５μｍで、均質かつ緻密な膜とすることができた。

また、従来の厚膜ペーストも使用可能となり、表面抵抗
もアルミナ基板と同程度に改善された。

実施例２ 高熱伝導基板として有用なＡＱＮ基板について、前記実
施例と同様のコロイド溶液にて同様の処理を行った。こ
れにより、ＡＱＮ基板の表面に緻密なシリカ膜が形成さ
れ、該ＡＱＮ基板の欠点とされていた耐薬品性が向上し
た。

以上いずれの実施例で製造した表面改質物も、コロイド
粒子という超微粒子から形成した表面層であるため、コ
ロイド粒子の特性である表面活性により密着力が強く、
また均質層で熱衝撃によってもクラックの発生を著しく
抑制することができた。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、コロイド溶液を用いるため、酸化
物系セラミックスの超微粒子を非酸化物系セラミックス
の表面に容易に塗布でき、以って超微粒子による均質で
緻密な薄膜を簡単に形成することができる。焼結温度の
低下も可能となる。

本発明に係る表面改質物は、コロイド粒子から焼結形成
した酸化物系セラミックスの表面層を有するため、コロ
イド粒子の超微粒子及び表面活性という特性に基づいて
密着力が強く、熱衝撃に対してもクラックの発生を著し
く抑制することができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化物系セラミックスを分散質とするコロイド溶液
   を非酸化物系セラミックス部材の表面に塗布した後、焼
   結することを特徴とする非酸化物系セラミックスの表面
   改質方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、非酸化物系セラミ
   ックス部材を前記コロイド溶液に浸漬して塗布すること
   とした非酸化物系セラミックスの表面改質方法。 ３、非酸化物系セラミックス部材の表面に、酸化物系セ
   ラミックスのコロイド溶液を塗布した状態で焼結した酸
   化物系セラミックス層を設けたことを特徴とする非酸化
   物系セラミックスの表面改質物。 ４、特許請求の範囲第３項において、酸化物系セラミッ
   クスのコロイド粒子がシリカ、アルミナ、ジルコニア、
   チタニア、マグネシア、カルシアの単独物又は二種以上
   の混合物である非酸化物系セラミックスの表面改質物。 ５、特許請求の範囲第３項において、表面の酸化物系セ
   ラミックス層がムライト、ジルコン又はコージェライト
   組成である非酸化物セラミックスの表面改質物。 ６、特許請求の範囲第３項において、表面の酸化物系セ
   ラミックス層は熱膨張係数が６×１０＾−＾６／℃以下
   である非酸化物系セラミックスの表面改質物。