TWI496949B - Composite structure - Google Patents

Description

複合結構物

本發明的態樣一般是關於複合結構物，具體上是關於將由噴嘴噴射的包含陶瓷或玻璃等的脆性材料的微粒子噴塗到基材表面，在基材上形成包含脆性材料的結構物的複合結構物。

在基材的表面形成包含脆性材料的結構物的方法有例如氣溶膠沉積法(aerosol deposition method)及氣體沉積法(gas deposition method)等(專利文獻1～3)。在氣溶膠沉積法及氣體沉積法中，將使包含脆性材料的微粒子分散於氣體中的氣溶膠由吐出口朝基材噴射，使微粒子碰撞金屬或玻璃、陶瓷或塑膠等的基材。藉由該碰撞的衝擊使脆性材料微粒子發生變形或破碎並使其接合，在基材上直接形成包含微粒子的構成材料的膜狀結構物。

依照該方法，無需特別的加熱手段等，在常溫下可形成膜狀結構物，可得到與燒成體比較具有同等以上的機械強度(mechanical strength)的膜狀結構物。而且，藉由控制使微粒子碰撞的條件或微粒子的形狀、組成等，可使結構物的密度或機械強度、電特性(electrical characteristics)等發生多樣變化。

但是，在該方法中，由於藉由微粒子的反復碰撞施加衝擊而形成緻密的結構物，因此製膜時在膜狀結構物及基材殘留應力。例如在製膜區域的邊界或基材的稜部附近局部地施加比較大的應力。有在施加比較大的應力的部分因膜狀結構物的自崩潰(self-collapse)而使膜狀結構物剝離的問題。

而且，於在例如平面或側面形成膜狀結構物的情形下，在製膜區域的邊界附近局部地施加比較大的應力，有以該邊界為基點膜狀結構物剝離之虞。再者，於在形成膜狀結構物的對象(基材)的面內配設有膜狀結構物的端部的情形下，應力集中於端部附近。因此，若膜厚變厚則有發生膜狀結構物的自崩潰之虞。膜狀結構物的剝離或自崩潰因應力而產生的疲勞蓄積於膜狀結構物或基材，因此不僅在剛形成膜狀結構物之後發生，有時也在經過一天或一星期等的時間之後發生。

[專利文獻1] 國際公開第01/27348號公報  [專利文獻2] 日本國特開2007-162077號公報  [專利文獻3] 日本國特開2005-2461號公報

本發明是基於如此的課題的認識所進行的創作，其目的為提供一種複合結構物，可抑制膜狀結構物的剝離或自崩潰的發生。

第一發明為一種複合結構物，其特徵在於包含：基材，以及使將微粒子分散於氣體中的氣溶膠(aerosol)碰撞前述基材而形成於前述基材的表面之膜狀結構物，前述膜狀結構物的端部與在前述膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近前述端部的最外部之間的距離且對前述表面垂直看時的距離是前述平均膜厚的10倍以上。

依照該複合結構物，在膜狀結構物的端部的近旁中，可緩和施加於基材及膜狀結構物的應力。因此，可抑制膜狀結構物的剝離或崩潰或者基材的崩潰的發生。膜狀結構物的端部與在膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近端部的最外部之間的距離且對基材的表面垂直看時的距離是平均膜厚的10倍以上較佳，平均膜厚的20倍以上或50倍以上更佳，100倍以上最佳。而且，藉由加長膜狀結構物的端部與在膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近端部的最外部之間的距離且對基材的表面垂直看時的距離，可期待應力的緩和效果。若考慮作為工業製品的設計，則使該距離為平均膜厚的10000倍以下左右較佳。

第二發明為一種複合結構物，其特徵為：在第一發明中，前述膜狀結構物具有前述膜厚由前述最外部朝前述端部階段性地變薄的傾斜部。

依照該複合結構物，可比較容易地形成膜狀結構物的傾斜部。而且，能以所希望的精度控制膜狀結構物的形狀(例如傾斜部的形狀)。因此，藉由比較簡易的方法或具有所希望的精度的方法，可在膜狀結構物的端部的近旁中緩和施加於基材及膜狀結構物的應力。據此，可抑制膜狀結構物的剝離或崩潰或者基材的崩潰的發生。

第三發明為為一種複合結構物，其特徵為：在第一發明中，前述膜狀結構物具有前述膜厚由前述最外部朝前述端部連續地變薄的傾斜部。

依照該複合結構物，可藉由調整顆粒(grain)的噴塗角度或者藉由對膜外周部研磨加工而進行光滑加工等的簡易的機構，形成膜厚連續地變化的傾斜部。因此，藉由簡易的機構，可在膜狀結構物的端部的近旁中緩和施加於基材及膜狀結構物的應力。據此，可抑制膜狀結構物的剝離或崩潰或者基材的崩潰的發生。

第四發明為為一種複合結構物，其特徵為：在第一發明至第三發明中的任一項發明中，前述基材具有設置於包含前述端部的區域且前述表面彎曲之圓角部(round part)，前述圓角部的半徑是前述平均膜厚的10倍以上。

依照該複合結構物，可容易地在圓角部上形成膜厚的傾斜部，而且，可進一步緩和施加於基材端部的近旁的應力。因此，可進一步緩和施加於基材及膜狀結構物的應力。據此，可進一步抑制膜狀結構物的剝離或崩潰或基材的崩潰的發生。

依照本發明的態樣，提供一種複合結構物，可抑制膜狀結構物的剝離或自崩潰的發生。

以下，針對本發明的實施的形態，一邊參照圖面一邊進行說明。此外，各圖面中對同樣的構成元件附加同一符號而適宜省略詳細的說明。 圖1是顯示與本發明的實施的形態有關的複合結構物之模式剖面圖。 圖2是顯示與本實施形態的比較例有關的複合結構物之模式剖面圖。 圖1(a)及圖2(a)是顯示膜狀結構物的端部配設於基材的面上的複合結構物之模式剖面圖。圖1(b)及圖2(b)是顯示膜狀結構物的端部配設於基材的稜部的複合結構物之模式剖面圖。

圖1(a)所示的複合結構物100a及圖1(b)所示的複合結構物100b具備基材110與設置於基材110之上的膜狀結構物120。膜狀結構物120藉由例如氣溶膠沉積法或氣體沉積法等，藉由將使包含脆性材料的微粒子分散於氣體中的氣溶膠由噴嘴等的吐出口朝基材110噴射而形成。

在圖1(a)所示的複合結構物100a中，膜狀結構物120的端部121存在於基材110的表面111之上。換言之，圖1(a)所示的複合結構物100a中的膜狀結構物120的端部121存在於比基材110的稜部113(參照圖1(b))還靠內側的表面111的途中。

另一方面，在圖1(b)所示的複合結構物100b中，膜狀結構物120的端部121存在於基材110的稜部113。換言之，圖1(b)所示的複合結構物100b中的膜狀結構物120的端部121落在基材110的稜部113。

以下，在本實施形態中舉膜狀結構物120藉由氣溶膠沉積法形成的情形為例進行說明。 在針對氣溶膠沉積法的原理進行說明之前，首先針對在本說明書中使用的用語進行說明。

在本說明書中，[微粒子]是指當為緻密質顆粒時，使用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope)等識別(identify)的平均粒徑為0.1微米以上10微米以下的顆粒。而且，[原始粒子(primary particle)]是指微粒子的最小單位(一粒)。在掃描式電子顯微鏡下的平均粒徑的識別中，可在觀察影像(observed image)中任意選擇100個微粒子，採用其長軸與短軸的平均值，由觀察到的微粒子的所有的平均值算出。微粒子中的脆性材料顆粒成為氣溶膠沉積法中的結構物形成的主體，原始粒子的平均粒徑為0.01微米以上、10微米以下，較佳為0.1微米以上、5微米以下。

在本案說明書中，[氣溶膠]是指將前述微粒子分散於像氦氣或氬氣的惰性氣體、氮氣、氧氣、乾燥空氣、氫氣、有機氣體、氟氣、包含氦氣、氬氣、氮氣、氧氣、乾燥空氣、氫氣、有機氣體、氟氣的混合氣體等的氣體中的狀態。氣溶膠也有包含一部分凝集體(aggregate)的情形，但實質上是指微粒子單獨分散的狀態。氣溶膠的氣壓與溫度是任意的，而氣體中的微粒子的濃度在將氣壓換算成一大氣壓、將溫度換算成攝氏20度的情形下，在由噴嘴等的吐出口噴射的時間點為0.0003mL/L～10mL/L的範圍內對膜狀結構物的形成而言較佳。

其次，針對氣溶膠沉積法的原理進行說明。 在氣溶膠沉積法中所利用的微粒子是以陶瓷或半導體等的脆性材料為主體。微粒子係單獨使用同一材質的微粒子，或者混合使用粒徑不同的微粒子。或者也可以混合或複合使用異種的脆性材料微粒子。而且，也可以將金屬材料或有機物材料等的微粒子混合於脆性材料微粒子，或塗佈於脆性材料微粒子的表面而使用。但是，即使是該等情形，形成膜狀結構物的主體仍是脆性材料。

在氣溶膠沉積法中，適合若使微粒子對基材以50～450m/s的速度進行碰撞的話，則得到包含微粒子中的脆性材料微粒子的構成材料的結構物。

氣溶膠沉積法的製程通常在常溫下被實施。可在遠比微粒子材料的熔點還低的溫度，亦即攝氏數百度以下形成膜狀結構物。此點是氣溶膠沉積法的特徵之一。

當以結晶性的脆性材料微粒子當作原料使用時，在藉由氣溶膠沉積法形成的複合結構物之中膜狀結構物的部分中，晶粒大小(grain size)比原料微粒子大小小。膜狀結構物的部分成為多晶體(polycrystal)。該結晶實質上往往無晶體定向(crystal orientation)。而且，在脆性材料結晶彼此的界面實質上不存在由玻璃層構成的晶界層(grain boundary layer)。而且多數情形，在膜狀結構物的部分中形成有深入基材的表面的[定錨層(anchor layer)]。因形成有定錨層，故膜狀結構物對基材以極高的強度堅固地附著而被形成。

藉由氣溶膠沉積法形成的膜狀結構物與微粒子彼此藉由壓力被填密(packing)並以物理的附著保持形態的狀態之所謂[壓胚(green compact)]明顯不同，具有充分的強度。藉由氣溶膠沉積法形成的優質的膜狀結構物具有與使用該材料並藉由燒成法形成的塊體(bulk)同等程度的硬度。

此情形，在氣溶膠沉積法中，飛來的脆性材料微粒子在基材之上引起破碎、變形可藉由以X射線繞射法(X-ray diffraction method)等測定作為原料使用的脆性材料微粒子的微晶大小(crystallite size)，與所形成的脆性材料結構物的微晶大小而確認。

藉由氣溶膠沉積法形成的膜狀結構物的微晶大小比原料微粒子的微晶大小小。而且，在微粒子因破碎或變形而形成的[滑移面(slip plane)]或[破斷面(fracture surface)]形成有存在於原來的微粒子的內部成為與別的原子結合的原子露出的狀態的[新生面(nascent surfac)]。而且，可考慮為藉由表面能(surface energy)高且活性的新生面與鄰接的脆性材料微粒子的表面，或者鄰接的脆性材料的新生面或基材的表面接合而形成膜狀結構物。

也可考慮為在氣溶膠中的微粒子的表面恰好存在羥基(hydroxyl group)的情形下，由於在微粒子的碰撞時微粒子彼此之間或者微粒子與結構物之間產生的局部的剪應力(shear stress)等而發生機械化學(mechanochemical)的酸鹼脫水反應，而使該等物質彼此接合。可考慮為若由外部附加連續的機械衝擊力，則該等現象繼續發生，藉由重複微粒子的變形、破碎等而進行接合的進展、緻密化，由脆性材料構成的膜狀結構物成長。

此處，膜狀結構物120在藉由氣溶膠沉積法形成的過程中，藉由由外部施加連續的機械衝擊力，將應力施加於基材110及膜狀結構物120的至少任一方。而且，伴隨著膜狀結構物120的成長，畸變(distortion)增大。當使用不銹鋼或鋁等的延性材料(ductile material)作為基材110的材料時，基材110有時會因應力而變形。或者，當使用玻璃或矽晶圓(silicon wafer)等的脆性材料作為基材110的材料時，基材110有時會缺損或塌陷。

一般而言，應力具有集中於形狀局部尖的部分或所形成的膜狀結構物120之中的端部的傾向。因此，如圖2(a)所示的複合結構物200a及圖2(b)所示的複合結構物200b，在由側方看複合結構物200a、200b時的剖面視中，在膜狀結構物120的端部對基材110的表面111的角度比較大的情形下，有應力局部集中之處成為起點，發生膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205。

相對於此，在與本實施形態有關的複合結構物100a、100b中，在膜狀結構物120的端部中配設有傾斜部123。如圖1(a)及圖1(b)所示，膜狀結構物120的傾斜部123中的膜厚由膜狀結構物120的內側朝端部大致連續地變薄。傾斜部123的上部比傾斜部123的下部(與基材110的接觸部)還後退至膜狀結構物120的內側。針對此點，一邊參照圖式一邊進一步說明。

圖3是放大圖1(a)所示的區域A1之模式剖面圖。 如圖3所示，若放大膜狀結構物120的端部的近旁看的話，則膜狀結構物120的表面(頂面)不平坦具有凹凸形狀。而且，存在膜狀結構物120的膜厚與平均膜厚t相等的部分。在本實施形態中，將膜狀結構物120的膜厚與平均膜厚t相等的部分之中位於最外側的點(最接近端部121的點)當作最外部125。

此處，在本案說明書中[平均膜厚]是指與基材110接合而成的膜狀結構物120的厚度的平均值。當膜狀結構物120的厚度有不均勻時，藉由進行了複數次的計測的平均求得[平均膜厚]。例如針對一連串的膜狀結構物120的厚度計測充分必要的點數，由所計測的值的平均值求得[平均膜厚]。具體上，在膜狀結構物120的形狀之中的最長的線上，去掉膜厚為零的兩端部，將該兩端部之間以均等間隔計測100點的值的平均值當作[平均膜厚]。例如在對基材110的表面111垂直看時，當膜狀結構物120的形狀為四角形時，在該四角形的對角線之上，去掉膜厚為零的兩端部，將該兩端部之間以均等間隔計測100點的值的平均值當作[平均膜厚]。例如在對基材110的表面111垂直看時，當膜狀結構物120的形狀包含圓弧時，在包含該圓弧的基材之上，去掉膜厚為零的兩端部，將該兩端部之間以均等間隔計測100點的值的平均值當作[平均膜厚]。

膜狀結構物120的厚度可由基材110與膜狀結構物120的表面的段差(level difference)或藉由剖面影像確認的膜狀結構物120的厚度等求得。或者，膜狀結構物120的厚度可由利用紫外線、可見光、紅外線、X射線、β射線等之所謂的透射型的膜厚計(film thickness meter)、利用靜電容(electrostatic capacity)或渦電流(eddy current)的膜厚計、利用靜電容或電阻的膜厚計或利用磁力的電磁式的膜厚計等求得。 而且，當膜狀結構物120的比重已知，且算出膜狀結構物120的剖面資訊困難時，也能由膜狀結構物120的重量算出平均膜厚。也就是說，可由膜狀結構物120的重量與膜狀結構物120的比重算出膜狀結構物120的體積，並藉由膜狀結構物120的體積除以對基材110的表面111垂直看時的膜狀結構物120的面積算出平均膜厚。

關於圖1(a)及圖1(b)如前述，膜狀結構物120具有配設於端部的傾斜部123。在大致沿著基材110的表面111由最外部125看到端部121時，膜狀結構物120的傾斜部123中的膜厚在變化。

例如在圖3所示的第一傾斜面123a以及第二傾斜面123b中，膜狀結構物120的膜厚由最外部125朝端部121大致連續地變薄。最外部125中的第一傾斜面123a的傾斜角度比端部121中的第一傾斜面123a的傾斜角度小。換言之，最外部125中的第一傾斜面123a為比端部121中的第一傾斜面123a還[平緩的斜面]。另一方面，最外部125中的第二傾斜面123b的傾斜角度比端部121中的第二傾斜面123b的傾斜角度大。換言之，最外部125中的第二傾斜面123b為比端部121的第二傾斜面123b還[陡峭的斜面]。

或者，例如在圖3所示的第三傾斜面123c中，膜狀結構物120的膜厚由最外部125朝端部121略階段性地變薄。也就是說如圖3所示，第三傾斜面123c在最外部125與端部121之間具有階梯狀部124。針對此點將於後面敘述。

在與本實施形態有關的複合結構物100a中，在第一~第三傾斜面123a、123b、123c的任一個中，最外部125與端部121之間的距離D1且對表面111垂直看時的距離D1是平均膜厚t的10倍以上。

測定最外部125與端部121之間的距離D1且對表面111垂直看時的距離D1的方法可舉出使用表面形狀量測儀(surface profile measuring instrument)的方法。例如使用表面形狀量測儀計測膜狀結構物120的表面以及基材110的表面111的形狀，求得最外部125及端部121。接著，可藉由計測對基材110的表面111垂直地投影最外部125的部分，與對基材110的表面111垂直地投影端部121的部分之間的距離而求得距離D1。 或者，測定距離D1的方法可舉出使用剖面照片(例如SEM等)的方法。例如拍攝複合結構物(例如複合結構物100a)的剖面照片，在該剖面照片上求得最外部125以及端部121。接著，可藉由計測對基材110的表面111垂直地投影最外部125的部分，與對基材110的表面111垂直地投影端部121的部分之間的距離而求得距離D1。或者，測定距離D1的方法可舉出使用膜厚計的方法。例如藉由使用於膜狀結構物120的膜厚的測定的膜厚計，在直線上以與例如平均膜厚t同程度的間隔測定傾斜部123。接著，可由膜厚計所測定的直線上的座標求得距離D1。此外，針對後述的距離D2～D6，也可藉由同樣的方法測定距離D2～D6。

據此，在膜狀結構物120的端部中，可緩和施加於基材110及膜狀結構物120的應力。因此，可抑制膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205發生。此外，關於圖1(b)前述的複合結構物100b的膜狀結構物120的端部中的結構與前述的複合結構物100a的膜狀結構物120的端部中的結構一樣。因此，關於圖1(b)在前述的複合結構物100b中，也可得到與前述的複合結構物100a的效果同樣的效果。

此處，膜狀結構物120的傾斜部123為膜狀結構物120的膜厚變化的部分。也就是說，膜狀結構物120的傾斜意味著膜狀結構物120的膜厚變化。膜狀結構物120的傾斜部123藉由將膜狀結構物120的形狀設置傾斜而形成也可以，且藉由預先使基材110的形狀(例如厚度)變化而形成也可以。針對此點進一步說明。

圖4是說明本實施形態的膜狀結構物的傾斜部之模式剖面圖。圖4(a)是說明本實施形態的膜狀結構物的傾斜部之模式剖面圖。圖4(b)是說明本實施形態的膜狀結構物的其他的傾斜部之模式剖面圖。圖4(c)是說明本實施形態的膜狀結構物的再其他的傾斜部之模式剖面圖。

如前述，膜狀結構物120的傾斜意味著膜狀結構物120的膜厚變化。因此，如圖4(a)~圖4(c)所示，膜狀結構物120的傾斜部123藉由預先使基材110的形狀(例如厚度)變化而形成也可以。

在圖4(a)所示的複合結構物100g中，膜狀結構物120的傾斜部123中的基材110的厚度ts由膜狀結構物120的中央部朝端部121大致直線地變厚。也就是說，基材110的第一傾斜面117a的傾斜角度由膜狀結構物120的中央部朝端部121大致一定。在圖4(b)所示的複合結構物100h及圖4(c)所示的複合結構物100i中，膜狀結構物120的傾斜部123中的基材110的厚度ts由膜狀結構物120的中央部朝端部121大致連續地變厚。如圖4(b)所示，膜狀結構物120之相對地位於中央部的側中的第二傾斜面117b的傾斜角度比膜狀結構物120之相對地位於端部121的側中的第二傾斜面117b的傾斜角度大。如圖4(c)所示，膜狀結構物120之相對地位於中央部的側中的第三傾斜面117c的傾斜角度比膜狀結構物120之相對地位於端部121的側中的第三傾斜面117c的傾斜角度小。

在圖1(a)、圖1(b)、圖3、圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)所示的任一個傾斜部123中都形成有緻密的結構物。針對傾斜部123是否具有緻密的結構物可藉由測定傾斜部123的硬度來判斷。依照本實施形態，即使是在膜狀結構物120的端部121的近旁形成緻密的結構物的情形，也因在膜狀結構物120的端部121的近旁設置有傾斜部123，故可抑制膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205發生。而且，依照複合結構物100g的用途，即使是在膜狀結構物120的端部121的近旁中有時也會被要求功能。即使是此情形，也因在膜狀結構物120的端部121的近旁設置有傾斜部123，故膜狀結構物120的膜質被保持一定。據此，在膜狀結構物120的端部121的近旁中也能滿足功能。此外，針對傾斜部123是否具有緻密的結構物的詳細將於後面敘述。

圖5是顯示與本發明的其他的實施的形態有關的複合結構物之模式剖面圖。圖5(a)是顯示膜狀結構物的端部配設於基材的面上的複合結構物之模式剖面圖。圖5(b)是顯示膜狀結構物的端部配設於基材的稜部的複合結構物之模式剖面圖。

圖5(a)所示的複合結構物100c及圖5(b)所示的複合結構物100d具備基材110與配設於基材110之上的膜狀結構物120。膜狀結構物120藉由關於圖1前述的氣溶膠沉積法等形成。

在與本實施形態有關的複合結構物100c、100d中，在膜狀結構物120的端部中配設有傾斜部126。如圖5(a)及圖5(b)所示，膜狀結構物120的傾斜部126中的膜厚由膜狀結構物120的內側朝端部略階段性地變薄。也就是說，膜狀結構物120的膜厚由最外部125(參照圖3)朝端部121(參照圖3)階段性地變薄。複合結構物100c的其他的結構與關於圖1(a)前述的複合結構物100a的結構相同。而且，複合結構物100d的其他的結構與關於圖1(b)前述的複合結構物100b的結構一樣。

依照本實施形態，可比較容易地形成膜狀結構物120的傾斜部126。因此，藉由比較簡易的方法在膜狀結構物120的端部中，可緩和施加於基材110及膜狀結構物120的應力。據此，藉由比較簡易的方法可抑制膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205發生。此外，針對形成本實施形態的傾斜部126的方法將於後面敘述。

圖6是舉例說明本實施形態的傾斜部的其他形狀之模式剖面圖。圖6(a)是舉例說明膜狀結構物的傾斜部中的膜厚連續地變化的例子之模式剖面圖。圖6(b)是舉例說明膜狀結構物的傾斜部中的膜厚局部地變厚的例子之模式剖面圖。圖6(c)是舉例說明膜狀結構物的傾斜部中的膜厚在一部分中變厚的例子之模式斜視圖。

如圖6(a)所示，當膜狀結構物120的膜厚由膜狀結構物120的內側朝端部大致連續地變薄時，在端部121的近旁中膜狀結構物120的膜厚成為平均膜厚t的點存在一個。該點成為最外部125。而且，最外部125與端部121之間的距離D2且對表面111垂直看時的距離D2是平均膜厚t的10倍以上。

如圖6(b)所示，在由膜狀結構物120的內側朝端部看時，一旦膜狀結構物120的膜厚變得比平均膜厚t還薄後，局部地變得比平均膜厚t還厚，之後再度變得比平均膜厚t還薄的話，則在端部121的近旁中膜狀結構物120的膜厚成為平均膜厚t的點存在三個(點P1、點P2以及點P3)。點P1~P3之中位於最外側的點P3成為最外部125。而且，最外部125與端部121之間的距離D3且對表面111垂直看時的距離D3是平均膜厚t的10倍以上。而且，膜狀結構物120的膜厚由最外部125朝端部121略階段性地變薄。

如圖6(c)所示，在由膜狀結構物120的內側朝端部看時，一旦膜狀結構物120的膜厚變得比平均膜厚t還薄後，於即使在一部分中變厚也比平均膜厚t薄的情形下，在端部121的近旁中膜狀結構物120的膜厚成為平均膜厚t的點存在一個。該點成為最外部125。而且，最外部125與端部121之間的距離D4且對表面111垂直看時的距離D4是平均膜厚t的10倍以上。

如此，本實施形態的傾斜部123可採用種種形狀。不管膜狀結構物120的傾斜部具有任何的形狀，只要最外部125與端部121之間的距離且對表面111垂直看時的距離是平均膜厚t的10倍以上，則該傾斜部就包含於本實施形態的傾斜部123的範圍。

圖7是舉例說明本實施形態的端部的近旁的其他形狀之模式剖面圖。圖8是舉例說明比較例的端部的形狀之模式剖面圖。圖7(a)舉例說明膜狀結構物120的傾斜部123中的膜厚由膜狀結構物120的內側朝端部大致連續地變薄的情形。圖7(b)舉例說明膜狀結構物120的傾斜部126中的膜厚由膜狀結構物120的內側朝端部略階段性地變薄的情形。

在關於圖1(b)前述的複合結構物100b中，膜狀結構物120的端部121落在基材110的稜部113。相對於此，在圖7(a)所示的複合結構物100e中，基材110a在包含膜狀結構物120的端部121的區域中具有圓角部115。如圖7(a)所示，圓角部115具有彎曲面111a。彎曲面111a呈基材110a的表面彎曲的形狀。因此，複合結構物100e的基材110a不具有稜部113。據此，圖7(a)所示的膜狀結構物120的端部121未落在基材110a的稜部。圓角部115的半徑R1是平均膜厚t的10倍以上。最外部125與端部121之間的距離D5且對表面111垂直看時的距離D5是平均膜厚t的10倍以上。

而且，在關於圖5(b)前述的複合結構物100d中，膜狀結構物120的端部121落在基材110的稜部113。相對於此，在圖7(b)所示的複合結構物100f中，基材110a在包含膜狀結構物120的端部121的區域中具有圓角部115。如圖7(b)所示，圓角部115具有彎曲面111a。彎曲面111a呈基材110a的表面彎曲的形狀。因此，複合結構物100f的基材110a不具有稜部113。據此，圖7(b)所示的膜狀結構物120的端部121未落在基材110a的稜部。圓角部115的半徑R2是平均膜厚t的10倍以上。最外部125與端部121之間的距離D6且對表面111垂直看時的距離D6是平均膜厚t的10倍以上。

據此，可進一步緩和施加於基材110的端部的近旁的應力。因此，可進一步緩和施加於基材110及膜狀結構物120的應力。據此，可進一步抑制膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205發生。

在本實施形態中，圓角部115的半徑R1是平均膜厚t的10倍以上。而且，圓角部115的半徑R2是平均膜厚t的10倍以上。據此，可抑制膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205發生。也就是說，依照本實施形態，利用具有平均膜厚t的10倍以上的半徑的圓角部115可形成膜狀結構物120的傾斜部123。圓角部115的半徑為平均膜厚t的100倍以上更佳。

如圖8所示，當在基材110的彎曲面111a的途中配設膜狀結構物120的終端部時，僅在具有彎曲面111a的基材110形成膜，有時在終端部無法有效地形成傾斜部。因此，如圖8所示，有時膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205會發生。

在這種情形下，在本實施形態中，例如如圖1(a)所示的複合結構物100a，即使是基材110在膜狀結構物120的端部121中不具有曲率的情形，也可形成傾斜部123。如此，依照本實施形態，藉由適宜選擇有目的地控制膜狀結構物120的膜厚的手段，可抑制膜狀結構物120的崩潰。

其次，針對本發明人所實施的檢討，一邊參照圖式一邊進行說明。圖9是舉例說明包含氧化釔的膜狀結構物的剝離的有無的檢討結果的一例之表。

本發明人使用氧化鋁(aluminium oxide)、石英以及不銹鋼(SUS304)當作基材110，在各個基材110之上藉由氣溶膠沉積法形成氧化釔的膜狀結構物120。

具體上，使用具有規定的開口面積的開口部的噴嘴，適宜設定氮氣的流量形成氧化釔的膜狀結構物120。而且，針對反應室(chamber)內的壓力也進行適宜設定。針對膜狀結構物120的膜厚，以及最外部125與端部121之間的距離且對表面111垂直看時的距離是藉由表面形狀量測儀SURFCOM130A進行測定。

基材110、倍率以及剝離的判定的結果如圖9所示。圖9所示的表中的[倍率]是指最外部125與端部121之間的距離且對表面111垂直看時的距離之對平均膜厚t的倍率。也就是說，[倍率]是指在關於圖3前述的複合結構物100a中表示[D1/t]。

依照圖9所示的表得知，若倍率為10倍以上，則不會發生膜狀結構物120的剝離。而且，本發明人確認了當倍率為30倍、40倍、60倍、70倍、80倍、150倍、200倍、300倍以及500倍時，也不會發生膜狀結構物120的剝離。藉由加大倍率可期待應力的緩和效果，另一方面若考慮作為工業製品的設計，則使倍率為10000倍以下左右較佳。此外，針對試樣(1)～試樣(14)的膜狀結構物120的形成方法將於後面敘述。

圖10是舉例說明包含氧化鋁的膜狀結構物的剝離的有無的檢討結果的一例之表。本發明人使用氧化鋁作為基材110，並藉由氣溶膠沉積法在氧化鋁的基材110之上形成氧化鋁的膜狀結構物120。針對氧化鋁的膜狀結構物120的製膜條件，與關於圖9前述的條件一樣。而且，針對噴嘴的開口部與基材110的表面111之間的距離，以及反應室內的壓力也進行了適宜設定。量測儀使用了關於圖9前述的表面形狀量測儀SURFCOM130A。

倍率以及剝離的判定的結果如圖10所示。也就是說，得知若倍率為10倍以上的話，就不會發生膜狀結構物120的剝離。此外，針對試樣(15)～試樣(20)的膜狀結構物120的形成方法將於後面敘述。

其次，針對關於圖9及圖10前述的試樣(1)～試樣(20)的膜狀結構物120的形成方法的具體例一邊參照圖式一邊進行說明。圖11是說明膜厚以兩階段以上階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。

圖9所示的試樣(5)的膜狀結構物120藉由本具體例的形成方法形成。如圖11(a)所示，首先，藉由由噴嘴140的吐出口朝基材110的表面111噴射氣溶膠而形成第一膜體127。此時，如圖11(a)所示的箭頭B1，藉由掃描噴嘴140或基材110而在基材110的表面111的略全體形成第一膜體127。

接著，如圖11(a)所示，在第一膜體127的頂面之中的端部設置遮蔽膠帶(masking tape)130。接著，如圖11(a)所示的箭頭B1，藉由掃描噴嘴140或基材110，在除了遮蔽膠帶130的部分之外的第一膜體127的表面(頂面)的略全體形成第二膜體128。

接著，如圖11(b)所示，除去遮蔽膠帶130。據此，可形成由膜狀結構物120的內側朝端部膜厚以兩階段以上階段性地變化的膜狀結構物120。也就是說，在膜狀結構物120的端部可形成傾斜部126。

依照本具體例的形成方法，能以所希望的精度控制膜狀結構物120的形狀(例如傾斜部126的形狀)。

圖12是說明膜厚以一階段階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。圖9所示的試樣(1)～試樣(3)及圖10所示的試樣(17)的膜狀結構物120藉由本具體例的形成方法形成。

如圖12(a)所示，在基材110的表面111之中的端部設置遮蔽膠帶130。接著，如圖12(a)所示的箭頭B1，藉由掃描噴嘴140或基材110，在除了遮蔽膠帶130的部分之外的基材110的表面111的略全體形成膜狀結構物120。

接著，如圖12(b)所示，除去遮蔽膠帶130，對膜狀結構物120的端部施以所謂的拋光(buffing)。也就是說，如圖12(b)所示的箭頭B2，藉由在例如研磨輪150附加規定的研磨劑並使其旋轉，在膜狀結構物120的端部形成傾斜部123。

依照本具體例的形成方法，能以所希望的精度控制膜狀結構物120的形狀(例如傾斜部126的形狀)，並可形成更穩定的傾斜部123。

圖13是說明藉由控制噴嘴或基材的掃描而使膜狀結構物的膜厚階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。圖13(a)是說明使掃描方向反轉的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。圖13(b)是說明使掃描速度變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。

圖9所示的試樣(7)以及試樣(14)的膜狀結構物120藉由圖13(a)所示的具體例的形成方法形成。在圖13(a)所示的膜狀結構物120的形成方法中，使用與所希望的傾斜部126的寬度(例如圖3所示的成分D1)大致相同的寬度的噴嘴140。然後，如圖13(a)所示的箭頭B3以及箭頭B4，藉由在所希望的端部121使噴嘴140的掃描方向反轉，可形成傾斜部126。

例如使用寬度為10mm的噴嘴140，以1mm間隔的進給量(步進量)由噴嘴140的吐出口朝基材110的表面111噴射氣溶膠。於是，膜狀結構物120的膜厚在10mm的寬度上以10階段階段性地變化。也就是說，在10mm的寬度上形成有10段的階梯。換言之，在不重複進行噴射的膜狀結構物120的端部中，形成有噴嘴140的寬度的份的傾斜部126。據此，可藉由噴嘴140的寬度控制傾斜部126的寬度。

在圖13(b)所示的膜狀結構物120的形成方法中，部分地使噴嘴140或基材110的掃描速度V變化。具體上如圖13(b)所示，若噴嘴140接近所希望的端部121，則加快噴嘴140或基材110的掃描速度V。據此，可形成傾斜部126。據此，藉由預先設定掃描程式，可不中斷形成膜狀結構物120的製程而形成傾斜部126。

圖14是說明使膜狀結構物的膜厚大致連續地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。圖9所示的試樣(10)的膜狀結構物120是藉由本具體例的形成方法形成。

在圖14所示的膜狀結構物120的形成方法中，在噴嘴140與基材110之間配設有遮罩(mask)160。由噴嘴140的吐出口朝基材110的表面111噴射，通過遮罩160的端部的近旁的氣溶膠如圖14所示的箭頭B6，繞進遮罩160的下側。據此，可形成膜厚大致連續地變化的傾斜部123。據此，藉由像配設遮罩160那樣的更簡易的機構，可形成膜厚大致連續地變化的傾斜部123。而且，藉由調整微粒子的噴塗角度或者透過對膜外周部研磨加工而進行光滑加工等的簡易的機構也可形成膜厚連續地變化的傾斜部。

其次，針對本發明人所測定的傾斜部的形狀，一邊參照圖式一邊進行說明。圖15是舉例說明圖9所示的試樣(5)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。

圖9所示的試樣(5)的膜狀結構物120藉由關於圖11前述的形成方法形成。如圖9及圖15(b)所示，試樣(5)的傾斜部126中的倍率為757μm/13μm≒58倍。據此，如圖15(a)所示，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205。

圖16是舉例說明圖10所示的試樣(17)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。圖10所示的試樣(17)的膜狀結構物120藉由關於圖12前述的形成方法形成。如圖10及圖16(b)所示，試樣(17)的傾斜部123中的倍率為540μm/11.1μm≒49倍。據此，如圖16(a)所示，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205。

本發明人使用圖9所示的試樣(5)及圖10所示的試樣(17)，分別測定了3次傾斜部123、126的任意點中的維氏硬度(Vickers hardness)與平均膜厚t的部分的任意點中的維氏硬度。其結果如下。此外，本發明人將維氏硬度(HV)轉換成十億帕斯卡(GPa)的單位的值。

圖15(b)所示的第一測定點122a中的維氏硬度為8.06GPa(第一次測定)、8.04GPa(第二次測定)、7.80GPa(第三次測定)。圖15(b)所示的第二測定點122b中的維氏硬度為7.80GPa(第一次測定)、7.79GPa(第二次測定)、8.04GPa(第三次測定)。圖16(b)所示的第三測定點122c中的維氏硬度為7.82GPa(第一次測定)、8.03GPa(第二次測定)、8.03GPa　(第三次測定)。圖16(b)所示的第四測定點122d中的維氏硬度為8.02GPa(第一次測定)、8.00GPa(第二次測定)、7.83GPa(第三次測定)。

據此，第一～四測定點122a、122b、122c、122d中的全部的維氏硬度的平均值為7.931GPa。第一～四測定點122a、122b、122c、122d中的全部的維氏硬度的標準偏差(standard deviation)(σ)為0.129GPa。第一～四測定點122a、122b、122c、122d中的全部的維氏硬度的變異係數(coefficient of variation)為1.6%。依照本發明人所得到的知識，作為緻密度的指標如果滿足以下的條件，則可判斷為該結構物為緻密的結構物。 　　0.7＜(平均值±6σ)/平均值＜1.3 據此，在本案說明書中，當傾斜部123中的維氏硬度比平均膜厚t的部分中的維氏硬度的70%大比130%小時，可判斷為在傾斜部123中形成有緻密的結構物。

圖17是舉例說明圖9所示的試樣(3)的傾斜部的一例之剖面輪廓。圖9所示的試樣(3)的膜狀結構物120藉由關於圖12前述的形成方法形成。如圖9及圖17所示，試樣(3)的傾斜部中的倍率為354μm/33.6μm≒10倍。據此，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩潰203或者基材110的崩潰205。

圖18是舉例說明圖9所示的試樣(1)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。圖9所示的試樣(1)的膜狀結構物120藉由關於圖12前述的形成方法形成。如圖9及圖18(b)所示，試樣(1)的傾斜部中的倍率為142μm/22.3μm≒7倍，未滿10倍。據此，如圖18(a)所示，發生了膜狀結構物120的剝離201或崩潰203。

圖19是舉例說明圖9所示的試樣(2)的傾斜部的一例之剖面輪廓。圖9所示的試樣(2)的膜狀結構物120藉由關於圖12前述的形成方法形成。如圖9及圖19所示，試樣(2)的傾斜部中的倍率為244μm/26μm≒9倍，未滿10倍。據此，發生了膜狀結構物120的剝離201。

其次，針對本發明人所實施的模擬的結果的一例，一邊參照圖式一邊進行說明。圖20是舉例說明施加於膜狀結構物的端部的應力的模擬結果的一例之表。圖21是舉例說明膜狀結構物的傾斜部的模型之模式剖面圖。

本發明人計算了在氧化鋁的基材110之上形成包含氧化釔的膜狀結構物120的情形的應力。如圖21(a)～圖21(c)所示，將膜狀結構物120的膜厚設定為12μm。在應力的計算(模擬)中使用了Siemens公司的NXI-DEAS Ver.5。而且，應力的解析利用下式。[公式1]式（1） 此處，式(1)之中的[σ]是表示應力。式(1)之中的[E]是表示基材的楊氏模數(Young's modulus)。式(1)之中的[ν]是表示基材110的帕松比(Poisson's ratio)。式(1)之中的[h]是表示基材110的厚度。式(1)之中的[t]是表示膜狀結構物120的膜厚。式(1)之中的[R]是表示因基材110的變形而產生的彎曲半徑。

圖20所示的模型(1)係設定為藉由關於圖12前述的形成方法形成。圖20所示的模型(2)係設定為藉由關於圖14前述的形成方法形成。圖20所示的模型(3)係設定為藉由關於圖13(b)前述的形成方法形成。

施加於基材110的最大應力的計算結果的一例如圖20所示。也就是說得知，若倍率變大，則施加於基材110的應力變小。也就是說得知，若在膜狀結構物120的端部形成傾斜部123、126，則可緩和施加於基材110的應力。

其次，針對形成本實施形態的膜狀結構物120的成膜裝置的具體例，一邊參照圖式一邊進行說明。圖22是舉例說明形成本實施形態的膜狀結構物的成膜裝置的具體例之概略構成圖。

本具體例的製膜裝置300具備貯氣瓶(gas cylinder)310、氣體供給機構320、氣溶膠發生器330、製膜室340以及真空泵(vacuum pump)350。在氣溶膠發生器330的一端部設置有噴嘴331。噴嘴331配置於製膜室340的內部。在面對噴嘴331的吐出口的位置配置有基材110。基材110被設置於製膜室340的內部的平台(stage)341支撐。

氣溶膠沉積所使用的載體氣體(carrier gas)由貯氣瓶310藉由氣體供給機構320調整流量而被導入氣溶膠發生器330。在氣溶膠發生器330填充有原料微粒子。氣溶膠藉由在氣溶膠發生器330的內部中混合由氣體供給機構320導入的載體氣體與原料微粒子而得到。在氣溶膠發生器330的內部產生的氣溶膠藉由壓力差朝噴嘴331搬出，由噴嘴331的吐出口朝基材110噴射。基材110被平台341支撐。藉由使例如平台341擺動於XY軸的二維中，可將氣溶膠噴射到所希望的面積，可使微粒子沉積而形成膜狀結構物120。在製膜環境下，製膜室340的內部的空氣是藉由真空泵350排出。

在氣溶膠中，微粒子以原始粒子的狀態分散的狀態較佳。但是，複數個原始粒子凝集並以凝集粒的狀態分散於氣體中的狀態也包含於在本案所稱的氣溶膠。

載體氣體(carrier gas)若能分散微粒子而形成氣溶膠即可。例如載體氣體除了乾燥空氣、氫氣、氮氣、氧氣、氬氣、氦氣等的惰性氣體之外，也可以是甲烷氣、乙烷氣、乙烯氣、乙炔氣等的有機氣體，而且，也可以是氟氣等的具有腐蝕性的氣體等，依照需要也可以是乾燥空氣、氫氣、氮氣、氧氣、氬氣、氦氣、甲烷氣、乙烷氣、乙烯氣、乙炔氣、氟氣的混合氣體。

微粒子可利用粒徑為0.1μm～5μm左右的微粒子。作為微粒子的原料例如除了氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、氧化鈦、氧化矽、鈦酸鋇(barium titanate)、鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate)、氧化釓(III)(gadolinium oxide)、氧化鐿(III)(ytterbium oxide)等的氧化物之外，也可以利用氮化物、硼化物、碳化物、氟化物等的脆性材料。而且，作為微粒子的原料也可以利用以脆性材料為主成分之與金屬或樹脂的複合材料等。

作為基材110的材質可使用金屬、玻璃、陶瓷、樹脂的任一種，或者金屬、玻璃、陶瓷、樹脂的複合材料。此外，基材110的表面111的形狀不被限定於平面，也可以是像環形狀的內周側面或圓柱的外周那樣的曲面。

以上針對本發明的實施的形態進行了說明。但是，本發明不是被限定於該等記述。關於前述的實施的形態，熟習該項技術者適宜加入了設計變更只要具備本發明的特徵，就包含於本發明的範圍。例如基材110及膜狀結構物120等所具備的各元件的形狀、尺寸、材質、配置等以及傾斜部123、126的設置形態等均不被限定於所舉例說明的內容，可適宜變更。而且，前述的各實施的形態所具備的各元件在技術上盡可能可組合，組合該等元件者只要也包含本發明的特徵就包含於本發明的範圍。

100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i．．．複合結構物

110、110a．．．基材

111．．．表面

111a．．．彎曲面

113．．．稜部

115．．．圓角部

117a．．．第一傾斜面

117b．．．第二傾斜面

117c．．．第三傾斜面

120．．．膜狀結構物

121．．．端部

122a．．．第一測定點

122b．．．第二測定點

122c．．．第三測定點

122d．．．第四測定點

123．．．傾斜部

123a．．．第一傾斜面

123b．．．第二傾斜面

123c．．．第三傾斜面

124．．．階梯狀部

125．．．最外部

126．．．傾斜部

127．．．第一膜體

128．．．第二膜體

130．．．遮蔽膠帶

140．．．噴嘴

150．．．研磨輪

160．．．遮罩

200a、200b、200c．．．複合結構物

201．．．剝離

203、205．．．崩潰

300．．．製膜裝置

310．．．貯氣瓶

320．．．氣體供給機構

330．．．氣溶膠發生器

331．．．噴嘴

340．．．製膜室

341．．．平台

350．．．真空泵

圖1是顯示與本發明的實施的形態有關的複合結構物之模式剖面圖。   圖2是顯示與本實施形態的比較例有關的複合結構物之模式剖面圖。   圖3是放大圖1(a)所示的區域A1之模式剖面圖。   圖4是說明本實施形態的膜狀結構物的傾斜部之模式剖面圖。   圖5是顯示與本發明的其他的實施的形態有關的複合結構物之模式剖面圖。   圖6是舉例說明本實施形態的傾斜部的其他形狀之模式剖面圖。   圖7是舉例說明本實施形態的端部的近旁的其他形狀之模式剖面圖。   圖8是舉例說明比較例的端部的形狀之模式剖面圖。   圖9是舉例說明包含氧化釔的膜狀結構物的剝離的有無的檢討結果的一例之表。   圖10是舉例說明包含氧化鋁的膜狀結構物的剝離的有無的檢討結果的一例之表。   圖11是說明膜厚以兩階段以上階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。   圖12是說明膜厚以一階段階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。   圖13是說明藉由控制噴嘴或基材的掃描而使膜狀結構物的膜厚階段性地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。   圖14是說明使膜狀結構物的膜厚大致連續地變化的膜狀結構物的形成方法之模式俯視圖。   圖15是舉例說明圖9所示的試樣(5)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。   圖16是舉例說明圖10所示的試樣(17)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。   圖17是舉例說明圖9所示的試樣(3)的傾斜部的一例之剖面輪廓。   圖18是舉例說明圖9所示的試樣(1)的傾斜部的一例之照片以及剖面輪廓。   圖19是舉例說明圖9所示的試樣(2)的傾斜部的一例之剖面輪廓。   圖20是舉例說明施加於膜狀結構物的端部的應力的模擬結果的一例之表。   圖21是舉例說明膜狀結構物的傾斜部的模型之模式剖面圖。   圖22是舉例說明形成本實施形態的膜狀結構物的成膜裝置的具體例之概略構成圖。

100a．．．複合結構物

110．．．基材

111．．．表面

120．．．膜狀結構物

121．．．端部

123．．．傾斜部

123a．．．第一傾斜面

123b．．．第二傾斜面

123c．．．第三傾斜面

124．．．階梯狀部

125．．．最外部

Claims (4)

1. 一種複合結構物，其特徵在於包含： 基材，以及 使將微粒子分散於氣體中的氣溶膠碰撞該基材而形成於該基材的表面之膜狀結構物， 該膜狀結構物的端部與在該膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近該端部的最外部之間的距離且對該表面垂直看時的距離是該平均膜厚的10倍以上。
2. 如申請專利範圍第1項之複合結構物，其中該膜狀結構物具有該膜厚由該最外部朝該端部階段性地變薄的傾斜部。
3. 如申請專利範圍第1項之複合結構物，其中該膜狀結構物具有該膜厚由該最外部朝該端部連續地變薄的傾斜部。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之複合結構物，其中該基材具有設置於包含該端部的區域且該表面彎曲之圓角部， 該圓角部的半徑是該平均膜厚的10倍以上。