JP2005088588A - 物体の保護層、ならびに保護層を製造する方法および配置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、金属酸化物、および/または金属窒化物、および/または金属炭化物、および/または金属酸窒化物、および/または金属炭窒化物、および/または金属酸炭窒化物から形成された少なくとも1つの硬い材料の層を含み、物体の表面に対して垂直に成長する側面から密に凝集する結晶性の円柱を有しており、その側方寸法が、平均して1μm未満、好ましくは、200nm未満であり、円柱の成長において、大部分が、外側に広がる傾向がほとんどない結晶方向を有しており、その硬い材料の層の表面粗度が、50nm未満のRa値、好ましくは、20nm未満のRa値を有する保護層を提供する。
【選択図】図1
Description
有利な実施形態において、コーティング装置は、洗浄/活性化室(3)を有しており、この室は、真空室であって、基体(8)を洗浄しかつ/または活性化するための少なくとも1つの洗浄/活性化イオンビーム源(11)を有していて、投入ロック(2.2)とコーティング室(4.1)の間に配置されており、シャッター(7)を介して後者と接続している。
保護層、特に、透明で、視覚的に魅力的であり、構造的および熱的に安定な引っかき耐性のある、例えば、安定化した酸化ジルコニウムの層を、ガラスセラミックのホットプレートに図1に示すイオンビームスパッタリング装置およびイオンビーム補助の操作を用いて塗布することができる。
基体(8)、例えば、寸法が60cm×60cmの調理用レンジ最上部のためのCERAN板を、製造された直後に、セラミック処理の最終高温工程に続いて、製造装置(1)からコーティング装置内に移す。そのコーティング装置は、基体(8)が、端面が形成されずにコートされることを可能にする縦の装置である。基体(8)は、コーティング装置内に個別に移される。
洗浄および活性化室(3)は、同様に真空室であり、その中には、基体(8)を加熱するための加熱エレメント(9)および洗浄/活性化イオンビーム源(11)がある。
第1のコーティング室(4.1)は、同様に真空室であり、第1の出発材料をコーティングするために使用する。そのコーティングが、異なる出発材料の複数の層を含むことが必要な場合、または複数の基体(8)のコーティングを平行して行うことが必要な場合は、さらなるコーティング室(4.n)を追加することも可能である。
後処理室(5)は、加熱エレメント(9)および酸素供給弁(16)付きの真空室である。
Claims (46)
- 金属酸化物、および/または金属窒化物、および/または金属炭化物、および/または金属酸窒化物、および/または金属炭窒化物、および/または金属酸炭窒化物から形成された少なくとも1つの硬い材料の層を含む物体の保護層であって、金属酸化物、および/または金属窒化物、および/または金属炭化物、および/または金属酸窒化物、および/または金属炭窒化物、および/または金属酸炭窒化物を含む少なくとも1つの硬い材料の層が、前記物体の表面に対して実質的に垂直に成長する形態学的に高密度の円柱構造を有する保護層。
- 前記硬い材料の層の前記高密度円柱構造が、少なくとも50%、好ましくは80%を超えて結晶性のものである請求項1に記載の保護層。
- 前記円柱が、平均して、1μm未満、好ましくは、200nm未満である側方寸法を有する請求項1または2のいずれか1項に記載の保護層。
- 前記硬い材料の層の層の厚さが、100から20000nmまでの範囲、好ましくは、500と10000nmの間、特に好ましくは、1500と5000nmの間である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の保護層。
- 表面粗度が、50nm未満のRa値、好ましくは、30nm未満のRa値、特に好ましくは、20nm未満のRa値を有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の保護層。
- 高密度結晶体円柱構造を有する前記硬い材料の層が、窒化ケイ素を含む請求項2乃至5のいずれか1項に記載の保護層。
- 高密度結晶体円柱構造を有する前記硬い材料の層が、温度安定性結晶相中に金属酸化物を含む請求項2乃至5のいずれか1項に記載の保護層。
- 前記硬い材料の層が、温度安定性結晶相中に酸化ジルコニウムを含む請求項7に記載の保護層。
- 前記温度安定性結晶相を安定化するために前記酸化ジルコニウムに少なくとも1つのさらなる成分を混合する請求項8に記載の保護層。
- 前記安定化させる成分が、酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウム、酸化チタンまたはランタノイド酸化物の群、例えば酸化ランタンもしくは酸化セリウム等からなる群から選択した少なくとも1つの酸化物を含む請求項9に記載の保護層。
- 酸化ジルコニウムを含む前記硬い材料の層が、さらに酸化ハフニウム成分を含有する請求項8乃至10のいずれか1項に記載の保護層。
- 酸化ジルコニウムを含む前記硬い材料の層が、安定化させる成分として、0.5から50モル%までのY2O3、好ましくは、1から10モル%までのY2O3、特に好ましくは、1.0から7.5モル%までのY2O3を含有する請求項10または11のいずれか1項に記載の保護層。
- 酸化ジルコニウムを含む前記硬い材料の層が、安定化させる成分として、4モル%(±1モル%)のY2O3を含有する請求項12に記載の保護層。
- さらなる硬い材料の層、特に透明な硬い材料の層を有する請求項1乃至13のいずれか1項に記載の保護層。
- 前記さらなる硬い材料の層の少なくとも50%が、酸化ケイ素により形成されている請求項14に記載の保護層。
- 金属酸化物、および/または金属窒化物、および/または金属炭化物、および/または金属酸窒化物、および/または金属炭窒化物、および/または金属酸炭窒化物から形成された少なくとも1つの硬い材料の層を含む物体の保護層であって、金属酸化物、および/または金属窒化物、および/または金属炭化物、および/または金属酸窒化物、および/または金属炭窒化物、および/または金属酸炭窒化物を含む少なくとも1つの硬い材料の層が、前記物体の表面に対して垂直に成長する側面から堅固に凝集する結晶性の円柱を有しており、その側方寸法が、平均して1μm未満、好ましくは、200nm未満であり、円柱の成長において、大部分が、外側に広がる傾向がほとんどない結晶方向を有しており、前記硬い材料の層の表面粗度が、50nm未満のRa値、好ましくは、20nm未満のRa値を有する保護層。
- ガラス、ガラスセラミックまたはその他の非金属の結晶性材料からできた物体をコーティングするためにそれを使用することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の保護層。
- 調理用レンジの最上部であって、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の層を含むコーティングを有する調理用レンジの最上部。
- 調理器具であって、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の層を含むコーティングを有する調理器具。
- a)真空系に物体および層物質を供給する工程と、
b)原子次元の層物質を生成する反応性物理蒸着法を用いて前記物体をコーティングする工程を含む、前記物体に保護層、特に請求項1乃至17のいずれか1項に記載の保護層をコーティングする方法であって、
b1)前記反応性物理蒸着過程の間に、原子次元で生成した前記層物質を、さらにエネルギー強化して、形態学的に高密度の円柱構造が前記層の成長中に形成されるようにする方法。 - a)真空系に物体および層物質を供給する工程と、
b)原子次元の層物質を生成する反応性物理蒸着法を用いて前記物体をコーティングする工程を含む、保護層、特に請求項1乃至17のいずれか1項に記載の保護層を、ガラス、またはガラスセラミック、またはその他の非金属の結晶性材料からつくった物体にコーティングする、特にガラスセラミックのホットプレートにコーティングする方法であって、
a1)ガラス、またはガラスセラミック、またはその他の非金属の結晶性材料からつくったコートすべき前記物体を、真空系に移してそれが製造された直後にコートし、
b1)前記反応性物理蒸着過程の間に、原子次元で生成した前記層物質を、さらにエネルギー強化して、形態学的に高密度の円柱構造が前記層の成長中に形成されるようにする方法。 - 前記物体を、マグネトロンスパッタリングによりコートする請求項20または21に記載の方法。
- 前記物体を、イオンビームスパッタリングによりコートする請求項20または21に記載の方法。
- 前記のさらなるエネルギー強化を、補助イオンビームを用いて実施する(前記イオンビームは、前記基体に向けられており、原子次元で生成した前記層物質の原子が、前記イオンビームの強度および前記イオンエネルギーの選択の設定制御の結果として形態学的に高密度の円柱構造に成長する)請求項20乃至23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記補助イオンビームの前記イオンエネルギーが、1と2500eVの間、好ましくは、1と800eVの間、特に好ましくは、20と450eVの間である請求項24に記載の方法。
- 追加のイオン源が、前記補助イオンビームのイオンを提供する請求項24または25に記載の方法。
- 前記補助イオンビームの前記イオンを、前記スパッタリング法に含まれるプラズマから引き出す請求項24または25に記載の方法。
- 特に請求項7乃至13のいずれか1項に記載の保護層を有する物体をコーティングするためであって、前記層物質が、金属成分のまたは金属酸化物の固体の形状である請求項20乃至27のいずれか1項に記載の方法。
- 酸素を、前記蒸着過程の間に、前記真空系にさらに追加する請求項28に記載の方法。
- 少なくとも1つの追加のガス、好ましくは酸素を、前記層物質が生成する間の材料除去の割合を最適化するためおよび原子状酸素の形成を最適化するために、前記真空系に供給する請求項28または29に記載の方法。
- 前記物体の前記コーティング工程が、前記結晶構造および前記塗布される層物質の酸素含量を最適化するために、好ましくは酸素雰囲気中の熱後処理を含む請求項26乃至30のいずれか1項に記載の方法。
- 前記熱後処理を、最高800℃までの温度、好ましくは、400℃と700℃の間の温度で行う請求項31に記載の方法。
- コートすべき前記物体の前記表面を、それをコートする前に洗浄作業にかける請求項20と22乃至32のいずれか1項に記載の方法。
- 前記洗浄を、真空室中でイオンのプラズマ処理により行い、そのエネルギーが、好ましくは、1から2500eVまでの範囲、優先的には50から1600eVまで、特に好ましくは、100から500eVまでである請求項33に記載の方法。
- コートすべき前記物体の前記表面を、コートする前に活性化する請求項20乃至34のいずれか1項に記載の方法。
- 前記活性化を、真空室中でイオンのプラズマ処理により行い、そのエネルギーが、好ましくは、1から2500eVまでの範囲、優先的には50から1600eVまで、特に好ましくは、100から500eVまでである請求項35に記載の方法。
- 前記洗浄および活性化を、単一の工程段階で行う請求項34および36に記載の方法。
- コートすべき前記物体を、少なくとも前記層物質を析出する前に、最高800℃まで、好ましくは、50℃と550℃の間、特に好ましくは、100℃と350℃の間の加工温度に加熱する請求項20乃至37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コーティング作業が、少なくとも1回の研磨工程で塗布した層の表面を研磨することを含む請求項20乃至38のいずれか1項に記載の方法。
- 少なくとも1つのコーティング室(4.1)(前記コーティング室(4.1)は、真空室であり、前記コーティング室(4.1)は、層出発材料を含むターゲット(14)と、原子次元の層出発材料を発生する励起源と、基体(8)に向けた補助イオンビーム源(12)と、前記コーティング室(4.1)にプロセスガスを供給するための少なくとも1つのプロセスガス入り口弁(15)と、コートすべき前記基体(8)を前記コーティング室(4.1)に供給し、そこから排出すためのシャッター(7)を有する)を有するコーティング装置を含む、
保護層、特に、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の保護層を、ガラス、またはガラスセラミック、またはその他の非金属の結晶性材料からつくった物体にコーティングするための、特に、ガラスセラミックのホットプレートにコーティングするための配置であって、
前記コーティング装置が、基体移動場所(2.1)および投入ロック(2.2)を経て、コートすべき基体(8)の製造装置(1)に直接接続している配置。 - 前記励起源が、イオンビーム励起源(13)である請求項40に記載の配置。
- 前記励起源が、マグネトロンスパッタリング源である請求項40に記載の配置。
- 前記コーティング装置が、洗浄/活性化室(3)を有しており、前記洗浄/活性化室(3)が、真空室であって、前記基体(8)を洗浄し、かつ/または活性化するための少なくとも1つの洗浄/活性化イオンビーム源(11)を有しており、前記洗浄/活性化室(3)が、前記投入ロック(2.2)と前記コーティング室(4.1)の間に配置されており、シャッター(7)を介してそれらと接続している請求項40乃至42のいずれか1項に記載の配置。
- 前記コーティング装置が、さらなるコーティング室(4.n)(ただし、n>1)を有する請求項40乃至43のいずれか1項に記載の配置。
- 前記コーティング装置が、後処理室(5)を有しており、前記後処理室(5)が、真空室であって、少なくとも1つの酸素供給弁(16)および加熱エレメント(9)を含んでおり、シャッター(7)を介して、前記コーティング室(4.1)またはさらなるコーティング室(4.n)と接続している請求項40乃至44のいずれか1項に記載の配置。
- 前記コーティング室(4.1)または前記さらなるコーティング室(4.n)および前記洗浄/活性化室(3)が、コーティング温度に合わせるための加熱エレメント(9)を有する請求項40乃至45のいずれか1項に記載の配置。
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