JP2001164379A - 表面処理方法及び接合方法 - Google Patents

表面処理方法及び接合方法

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JP2001164379A
JP2001164379A JP34860699A JP34860699A JP2001164379A JP 2001164379 A JP2001164379 A JP 2001164379A JP 34860699 A JP34860699 A JP 34860699A JP 34860699 A JP34860699 A JP 34860699A JP 2001164379 A JP2001164379 A JP 2001164379A
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metal
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JP34860699A
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Hirokuni Hiyama
浩国 桧山
Souta Nakagawa
創太 中川
Satoshi Kawamura
聡 川村
Toshimi Hamada
聡美 濱田
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な装置で容易に被処理材料表面の改質や
コーティングを行うことができると共に、混合材料被膜
や傾斜材料被膜を容易に形成することができる表面処理
方法及び接合方法を提供する。 【解決手段】 有機材料で表面を被覆された金属超微粒
子又は非金属超微粒子2を溶媒3に分散させた溶液4
を、噴霧装置6によって被処理部材8表面に噴霧して微
粒子材膜9を堆積し、該微粒子材膜9を加熱することに
より、溶媒3及び超微粒子2表面の有機材料を除去する
と共に、被処理部材8表面に超微粒子2同士が結合した
被膜10を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機材料で表面を
被覆された金属超微粒子、又は非金属超微粒子を用いた
表面処理方法及び接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】素材の表面処理方法としては、従来、例
えばスパッタリングやメッキなどが知られている。スパ
ッタリングは、真空チャンバを準備し、該真空チャンバ
内でターゲットである金属又は非金属材料と被処理部材
とを平行に配置し、イオンでターゲットを叩くことによ
りターゲット材を被処理部材表面に被着させ、これによ
り緻密な膜が形成される。また、メッキは電解メッキと
無電解メッキとがあるが、いずれにしてもメッキ槽を準
備し、そのメッキ槽内にメッキ液を入れて、そのメッキ
液中に被処理部材を浸漬して行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、真空チャンバやメッキ槽等複雑な設備及び
プロセスが必要となる。また、金属材料とセラミクス材
料などの複数の種類の材料からなり、その混合比が徐々
に変化する傾斜材料膜を形成することが困難である。さ
らに、スパッタリングでは膜の成長速度が遅いため、厚
い膜を形成するには不向きであり、また粒子同士が緻密
に接合するため、内部引張り応力が大きく、膜の割れの
原因にもなる場合がある。
【0004】本発明は、上記事情に鑑みて為されたもの
で、簡単な装置で容易に被処理材料表面の改質やコーテ
ィングを行うことができると共に、混合材料被膜や傾斜
材料被膜を容易に形成することができる表面処理方法を
提供することを目的とする。また、同種又は異種材料の
接合を比較的容易かつ低コストで行うことができる接合
方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、有機材料で表面を被覆さ
れた金属超微粒子又は非金属超微粒子を溶媒に分散させ
た溶液を、噴霧装置によって被処理部材表面に噴霧して
微粒子材膜を堆積し、該微粒子材膜を加熱することによ
り、前記溶媒及び前記超微粒子表面の前記有機材料を除
去すると共に、前記被処理部材表面に前記超微粒子同士
が結合した被膜を形成することを特徴とする表面処理方
法である。
【0006】これにより、有機材料で表面を被覆された
金属超微粒子又は非金属超微粒子を溶媒に分散させた溶
液を噴霧して微粒子材膜を形成し、この微粒子材膜を加
熱して被処理部材表面に被膜を形成するので、従来のよ
うに複雑な設備及びプロセスを必要とせずに、噴霧装置
及び加熱装置を用いて簡単に被処理部材表面に超微粒子
からなる被膜を形成することができる。また、噴霧量を
変えることにより、被膜の厚さを容易に変えることがで
き、噴霧量を多くすることにより、比較的厚い被膜を形
成することも容易に可能である。また、被膜の緻密性が
スパッタリングなどに比較して低いため、残留内部応力
が小さく、被膜の割れが生じ難い。さらに、噴霧により
被膜を形成するので、噴霧範囲を設定することにより選
択描画も可能であるため、マスクなどの特別な手段を必
要とせず簡便に被処理部材表面に被膜パターンを形成す
ることもできる。更に、超微粒子は比較的低温で超微粒
子同士の結合が生じるため、高温による処理が必要な
く、これにより内部応力の発生を防止しつつ、強固な結
合体を形成できる。
【0007】また、請求項1において、前記微粒子材膜
は、2種類以上の材料からなる前記超微粒子を含むもの
とすることが好ましい。
【0008】これにより、混合する超微粒子の種類及び
割合を変えることにより、種々の複数材料からなる被膜
を被処理部材の表面に容易に形成することができる。2
種類以上の材料からなる超微粒子を含む微粒子材膜を被
処理部材表面に形成する方法としては、予め異なる材料
からなる超微粒子を含む溶液を作製し、この溶液を噴霧
するか、あるいは異なる超微粒子を夫々含む複数種類の
溶液を作製し、これらを別々の噴霧装置から被処理部材
表面に同時に噴霧するようにすればよい。前者の方法で
は、装置が簡略化できる利点があり、一方後者の方法で
は、夫々の噴霧装置の噴霧量を変えることにより、異な
る超微粒子の混合比を容易に変えることができる利点が
ある。
【0009】また、請求項2に記載の表面処理方法は、
請求項1において、2種類以上の材料からなる前記超微
粒子の混合比率を変化させて前記微粒子材膜を堆積し、
前記被処理部材表面に傾斜材料からなる被膜を形成する
ことを特徴とする。これにより、混合する超微粒子の種
類及び割合を変えることにより、種々の傾斜材料からな
る被膜を被処理部材の表面に容易に形成することができ
る。
【0010】また、請求項3に記載の表面処理方法は、
請求項2において、前記傾斜材料からなる被膜は、その
表面がセラミクス材料の超微粒子からなるセラミクス膜
により形成されたものであることを特徴とする。これに
より、耐熱コーティングなどに用いることができる。
【0011】また、請求項4に記載のセラミクス部材と
金属部材の接合方法は、セラミクス材料からなる被処理
部材を準備し、該セラミクス材料から表面が金属材料と
なる傾斜材料からなる被膜を請求項2に記載の方法によ
り形成し、前記形成された表面の金属材料層に対して、
他の金属部材をロウ付けにより固定することを特徴とす
る。これにより、熱膨張係数の異なるセラミクス部材と
金属部材を簡単に接合することができる。
【0012】請求項5に記載の接合方法は、請求項1乃
至3のいずれかに記載の表面処理方法により、前記被膜
を前記被処理部材表面に形成し、当該被膜と接合対象と
なる部材とを接触させて加熱することにより、前記被膜
を介して前記被処理部材と前記接合対象となる部材とを
接合することを特徴とする。これにより、同種又は異種
の部材をこれらの部材を溶接設備等を用いることなく、
容易に接合することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
【0014】本発明の実施の形態の表面処理方法では、
先ず、図1に示すような有機材料1で表面を被覆された
金属超微粒子2を準備する。ここで、超微粒子2とは、
粒径が1〜100nm(ナノメートル)程度、好ましく
は1〜20mmの極く微細な粒子である。これらの超微
粒子2は例えば、有機金属塩又は金属錯体を有機物が分
解する温度以上で且つ完全に分解する温度未満で熱分解
することにより、有機物1で被覆された金属超微粒子2
が得られる。例えば、ステアリン酸の金属塩を200〜
600℃程度で加熱分解することにより、有機物で被覆
された好ましくは10nm程度の金属超微粒子2が得ら
れる。また、非水系溶媒中で且つイオン性有機物の存在
下で、金属塩を該金属塩の分解還元温度以上で且つ前記
イオン性有機物の分解温度以下で加熱することにより、
同様にイオン性有機材料1で被覆された金属超微粒子2
が得られる。これらの金属超微粒子2は有機物で被覆さ
れているので化学的に安定であり、且つ良好な分散性が
得られる。
【0015】そして、この有機物1で被覆された超微粒
子2を有機溶剤、例えばトルエンに分散させ、溶液4を
形成する。上述したように、有機物で被覆された超微粒
子は、良好な分散性を有するため、溶媒中に偏析するこ
となく、高濃度の溶液4を形成できる。
【0016】次いで、図2(a)に示すように、この溶
液4をタンク5に収納し、噴霧装置6を用いてノズル7
から被処理部材8に噴霧し、被処理部材8の表面に微粒
子材膜9を形成する。ここで、被処理部材8は例えばア
ルミナ等のセラミクス材又は銅等の金属材である。次い
で、この微粒子材膜9を、500〜600℃程度に加熱
して、溶媒3及び超微粒子2表面の有機材料1を灰化し
て除去すると共に、超微粒子2同士を結合させて、被処
理部材8の表面に被膜10を形成する(図2(b))。
ここで、加熱するに際して、例えば水素等の還元性雰囲
気又は不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。これに
より、金属超微粒子2が酸化されることなく、相互に結
合して純粋な金属成分のみの焼成体を形成することがで
きる。尚、この温度は、超微粒子2がその金属が有する
本来の融点よりもかなり低い温度、例えば150〜50
0℃で焼成が可能であり、これにより内部応力の発生が
小さい表面の改質処理が可能となる。
【0017】複数材料からなる被膜を形成するには、図
3に示すように、予め異なる材料からなる超微粒子2
A,2B(この例では2種類の超微粒子)を含む溶液4
Aを作製し、この溶液4Aを噴霧装置6を用いてノズル
7から被処理部材8に噴霧し、被処理部材8の表面に微
粒子材膜9Aを形成し、これを加熱する。また、別の方
法としては、図4に示すように、異なる超微粒子2A,
2Bを夫々含む複数種類の溶液4a,4bを作製し、こ
れらの溶液4a,4bを別々の噴霧装置6a,6bを用
いてノズル7a,7bから被処理部材8に同時に噴霧
し、被処理部材8の表面に両溶液が混合した微粒子材膜
9Aを形成し、これを加熱する。
【0018】被処理部材8の表面に傾斜材料の被膜を形
成するには、例えば図4に示す方法により、複数種類の
超微粒子の混合比率を変えて被膜を順次形成して重ねて
いく。即ち、噴射量を始めは溶液4aを100%とし、
溶液4bを0%とする。次に、例えば溶液4aを90%
とし、溶液4bを10%とする。このようにして、順次
溶液4aの比率を下げて、溶液4bの比率を上げてい
き、最終的に溶液4aを0%とし、溶液4bを100%
とする。
【0019】図5は、このようにして形成された傾斜材
料からなる被膜10Bの概念図である。同図は、被処理
部材8と同じ材料からなる超微粒子2Aのみにより形成
された被膜10B1 の上に、超微粒子2A,2Bの混合
比率を漸次変えた被膜が順次形成され重ねられて、被処
理部材8と異なる材料からなる超微粒子2Bのみにより
形成された被膜10Bが最外層になるように組成が
漸次変化する様子を示している。ここで、例えば、金属
材料からなる被処理部材8の表面に、同じ金属材料から
なる超微粒子2Aの被膜10B1 を配置する。そして、
その上層にセラミクスからなる超微粒子2Bを少量含む
被膜を配置し、順次セラミクスの比率を増加する。更
に、最上層をセラミクスが100%となる被膜10B
を形成するようにすれば、この表面処理方法を金属部材
のセラミクスによる耐熱コーティングなどに利用するこ
とができる。
【0020】図6は、セラミクス部材と金属部材とを接
合する方法を示す図である。この接合方法では、セラミ
クス部材(被処理部材)8Aの表面に、図3又は図4に
示す表面処理方法により、セラミクス材料から、接合し
ようとする金属部材20と同じ金属材料に漸次変化する
傾斜材料の被膜10Cを形成し、この被膜10Cと金属
部材20との間でロウ材21によりロウ付けを行うこと
により、セラミクス部材8Aと金属部材20を接合す
る。これにより、セラミクス部材8Aと金属部材20と
を接合する接合インサート材を容易に形成することがで
きる。
【0021】図7は、金属部材同士の接合方法を示す図
である。この接合方法では、金属部材(被処理部材)2
2の表面に、図2に示す表面処理方法により、金属材料
からなる超微粒子の被膜10を形成し、この被膜10
と、金属部材22と同じ材料からなる金属部材23とを
接触させた後、加熱することにより金属部材22と金属
部材23とを接合する。この接合方法によれば、超微粒
子からなる被膜10は、比較的低温で焼成して金属部材
22,23とその界面で合金化して接合するので、高温
の接合処理に伴う内部応力を発生することなく、接合し
ようとする金属部材22,23を比較的強固に接合する
ことができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
噴霧装置及び加熱装置により容易に被処理材料表面の改
質やコーティングを行うことができ、また混合材料被膜
や傾斜材料被膜を容易に形成することができる。従っ
て、同種又は異種材料の表面処理又は接合を比較的容易
かつ低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る有機材料で被覆された超微粒子を
示す拡大図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る表面処理方法を説明
するための図であって、図2(a)は微粒子材膜を形成
する工程を示す図であり、図2(b)は被膜を形成する
工程を示す図である。
【図3】同じく、複数材料からなる微粒子材膜を形成す
る方法を示す図である。
【図4】同じく、複数材料からなる微粒子材膜を形成す
る他の方法を示す図である。
【図5】本発明に係る傾斜材料からなる被膜の概念図で
ある。
【図6】本発明の実施の形態に係るセラミクス部材と金
属部材との接合方法を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態に係る金属部材同士の接合
方法を示す図である。
【符号の説明】
1 有機材料 2,2A,2B 超微粒子 3 溶媒 4,4A,4a,4b 溶液 6,6a,6b 噴霧装置 7,7a,7b ノズル 8,8A 被処理部材 9,9A 微粒子材膜 10,10B,10B1 ,10B,10C 被膜 20,22,23 金属部材(被処理部材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 聡 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 濱田 聡美 神奈川県藤沢市本藤沢4丁目2番1号 株 式会社荏原総合研究所内 Fターム(参考) 4G026 BA01 BB21 BF31 BF42 BF47 BG02 4K044 AA06 AA13 AB01 BA01 BA12 BB03 BC08 BC11 CA15 CA24 CA62

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機材料で表面を被覆された金属超微粒
    子又は非金属超微粒子を溶媒に分散させた溶液を、噴霧
    装置によって被処理部材表面に噴霧して微粒子材膜を堆
    積し、該微粒子材膜を加熱することにより、前記溶媒及
    び前記超微粒子表面の前記有機材料を除去すると共に、
    前記被処理部材表面に前記超微粒子同士が結合した被膜
    を形成することを特徴とする表面処理方法。
  2. 【請求項2】 2種類以上の材料からなる前記超微粒子
    の混合比率を変化させて前記微粒子材膜を堆積し、前記
    被処理部材表面に傾斜材料からなる被膜を形成すること
    を特徴とする請求項1に記載の表面処理方法。
  3. 【請求項3】 前記傾斜材料からなる被膜は、その表面
    がセラミクス材料の超微粒子からなるセラミクス膜によ
    り形成されたものであることを特徴とする請求項2に記
    載の表面処理方法。
  4. 【請求項4】 セラミクス材料からなる被処理部材を準
    備し、該セラミクス材料から表面が金属材料となる傾斜
    材料からなる被膜を請求項2に記載の方法により形成
    し、前記形成された表面の金属材料層に対して、他の金
    属部材をロウ付けにより固定することを特徴とするセラ
    ミクス部材と金属部材の接合方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至3のいずれかに記載の表面
    処理方法により、前記被膜を前記被処理部材表面に形成
    し、当該被膜と接合対象となる部材とを接触させて加熱
    することにより、前記被膜を介して前記被処理部材と前
    記接合対象となる部材とを接合することを特徴とする接
    合方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005161185A (ja) * 2003-12-02 2005-06-23 Fujimori Gijutsu Kenkyusho:Kk 金属膜形成方法及びその装置
JP2006228804A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体モジュール用セラミックス回路基板及びその製造方法
JP2011212684A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Hitachi Ltd 金属接合部材及びその製造方法
TWI641441B (zh) * 2015-05-18 2018-11-21 日商拓自達電線股份有限公司 焊錫連接構造及成膜方法
US10926514B2 (en) 2015-12-24 2021-02-23 Tatsuta Electric Wire & Cable Co., Ltd. Solder connection structure and film forming method

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