JPH03253551A - Laser spraying method and device - Google Patents
Laser spraying method and deviceInfo
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- JPH03253551A JPH03253551A JP2048991A JP4899190A JPH03253551A JP H03253551 A JPH03253551 A JP H03253551A JP 2048991 A JP2048991 A JP 2048991A JP 4899190 A JP4899190 A JP 4899190A JP H03253551 A JPH03253551 A JP H03253551A
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Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は半導体やセラミック基板、あるいはまた金属や
プラスチック等々、相当広範な選択範囲内から選び得る
適当なる素材の基材上に、これも同様に相当広範な選択
範囲内から選び得る溶射材をレーザによる加熱作用とプ
ラズマによる化学反応作用とを利用して成膜ないし堆積
させる方法及び装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention can be applied to substrates of any suitable material, which can be selected from a fairly wide range of choices, such as semiconductors, ceramic substrates, or also metals, plastics, etc. The present invention relates to a method and apparatus for forming or depositing a thermal spray material, which can be selected from a fairly wide selection range, by utilizing the heating effect of a laser and the chemical reaction effect of a plasma.
［従来の技術］
従来においても所定の材料を溶融させ、プラズマ化した
雰囲気ガス中で化学反応させた後、基材上に堆積させる
に際し、レーザ・ビームも併用ししようとした技術はあ
ったが、しかしそれは、せいぜい、当該レーザ・ビーム
を基材自体を直接に加熱する加熱源として用いる程度の
もので、換言すれば、基材加熱用ヒータの代わり車に高
出力のレーザ・ビームを用いていたに過ぎなかった。[Prior art] There has been a technology in the past that attempted to use a laser beam in conjunction with melting a predetermined material, causing a chemical reaction in an atmospheric gas that turned into plasma, and then depositing it on a base material. However, at best, the laser beam is used as a heating source to directly heat the substrate itself.In other words, a high-power laser beam is used in the vehicle instead of a heater for heating the substrate. It was just a matter of time.
したがって、プラズマ・プロセス自体としては通常の大
出力プラズマ・ガンを用いる手法と原理的に変わる所が
なく、大出力プラズマ・ガンから吹き出すプラズマの中
に原料を吹き込み、高温で出てきた溶射材料をさらに大
出力レーザによって直接に加熱した基材上に吹き付け、
それによりプラズマ・ガスとの間で化学反応した生成物
を当該基村上に堆積させるべくしていた。Therefore, the plasma process itself is basically the same as the method using a normal high-power plasma gun, and the raw material is blown into the plasma blown out from the high-power plasma gun, and the thermal spray material that comes out at high temperature is Furthermore, it is sprayed directly onto the heated substrate using a high-power laser.
As a result, products of a chemical reaction with the plasma gas were to be deposited on the base layer.
一方、プラズマは利用していないが、本出願人がすでに
特公昭６３−６６９００号公報（特許第１．５１０，２
０１号）にて開示し、この種の分野で“レーザ溶射法”
として確立している技術がある。On the other hand, although plasma is not used, the present applicant has already published Japanese Patent Publication No. 1.510, 2.
No. 01), the “laser thermal spraying method” was disclosed in this type of field.
There is an established technology.
これは、溶射材の加熱源としてのレーザ・ビームを基材
（基板）表面には直接には照射せず、例えば当該基材表
面の近傍を平行に通した上で、このレーザ・ビームを横
切るように溶射材を供給することで、当該溶射材のみを
効率的に加熱、溶融させ、基材の目的とする表面部位上
に溶射するという方法である。In this method, the laser beam that serves as a heating source for the thermal spray material is not irradiated directly onto the surface of the base material (substrate), but is passed parallel to the surface of the base material, and then crosses this laser beam. In this method, only the thermal spraying material is efficiently heated and melted by supplying the thermal spraying material, and then thermally sprayed onto the target surface area of the base material.
［発明が解決しようとする課題］
しかるに、従来にあってレーザ・ビームとプラズマとを
併用する技術は、レーザ・ビームを直接に基材表面に照
射する点に大いに問題がある。すなわち、堆積させるべ
き材料の溶融に必要とされる温度では基材に変質や損傷
、破損を生じ兼ねず、したがって逆に言うと、用い得る
材料の材質に大幅な制約があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, conventional techniques that use a laser beam and plasma in combination have a major problem in that the laser beam is directly irradiated onto the surface of the base material. That is, the temperature required to melt the material to be deposited may cause deterioration, damage, or breakage of the base material, and therefore, conversely, there are significant restrictions on the types of materials that can be used.
さらにまた、実際上、この手法ではレーザ出力の最適化
が極めて困難で、堆積させた膜自体をも破損させてしま
いがちな現状にあるし、のみならず、プラズマ・ガンを
用いている以上、当該プラズマ・ガンの電極材料の溶出
を抑えることがどうしてもできず、不純物の混入が必ず
起こるという問題もあった。Furthermore, in practice, it is extremely difficult to optimize the laser output with this method, which tends to damage the deposited film itself.Not only that, but since a plasma gun is used, There was also the problem that it was impossible to suppress the elution of the electrode material of the plasma gun, and that impurities were inevitably mixed in.
一方、上記した本出願人の手になるレーザ溶射法は、そ
れ自体は極めて優れており、例えは、■溶射材を溶融さ
せるためのレーザ・ビームを基材には直接に照射しない
ので、当然、基材に何の熱的悪影響も与えないで済む。On the other hand, the above-mentioned laser thermal spraying method developed by the present applicant is extremely superior in itself; , without any adverse thermal effects on the base material.
■低融点から高融点まで、広い範囲の融点に亙る種々の
材料を溶射材として用いることができる。(2) Various materials with a wide range of melting points, from low melting points to high melting points, can be used as thermal spray materials.
■低融点材料の上に高融点材料の溶射、堆積も可能であ
る。■It is also possible to spray and deposit high melting point materials on low melting point materials.
■溶射されるべき材料が空間でどこにも触れないように
することも容易にできるので、不純物の混入が全くない
状態を形成できる。■It is easy to prevent the material to be sprayed from touching anything in the space, so it is possible to create a state where there is no contamination by impurities.
■溶射、堆積された膜の結晶構造自体を元々の試料のそ
れとほとんど同一とし得る。■The crystal structure of the thermally sprayed and deposited film can be almost the same as that of the original sample.
■溶射雰囲気を任意に採れる。■Thermal spraying atmosphere can be selected arbitrarily.
■微小部分への成膜ないし微小構造の構築が可能である
。■It is possible to form a film on a minute part or construct a minute structure.
■基材温度の調整を別途に要するにしても、被溶射材料
を溶融させるレーザ・ビームとは別個なヒータまたは小
電力レーザ・ビームにより独立かつ別途に設定できる。- Even if it is necessary to separately adjust the substrate temperature, it can be set independently and separately using a heater or a low-power laser beam that is separate from the laser beam that melts the material to be thermally sprayed.
等々、多くの利点がある。There are many other advantages.
さらに、基材に対して溶射材を供給する手段としても、
これも本出願人が別途、米国特許第４ ８３６．４１７
号（１９８９）として開示のような定量連続計量装置を
利用すると、ミクロン・オーダからさらにはサブ・ミク
ロン・オーダにも及ぶ微粉末や微粒子、あるいはまた粘
性流動体等を、要すれば毎秒数マイクロ・ダラムのオー
ダに及ぶ極めて高い精度で連続供給てきるので、このレ
ーザ溶射法の実用価値はさらに高まる。Furthermore, it can also be used as a means of supplying thermal spraying material to the base material.
This is also separately filed by the applicant in U.S. Patent No. 4 836.417.
(1989), fine powders and particles on the micron order and even sub-micron order, as well as viscous fluids, can be measured at several micrometers per second.・The practical value of this laser spraying method will further increase as it can be continuously supplied with extremely high precision on the order of Durham.
このように、上記したレーザ溶射ン去は、それ自体、優
れた手法であるが、当然のことながら、このままではプ
ラズマ雰囲気を利用しての化学反応を併せて利用するこ
とはできず、例えば溶射材の酸化物、窒化物、弗化物等
をプラズマ・ガス（例えば酸素ガス、窒素ガス、弗素ガ
ス等のプラズマ雰囲気）との化学反応で得た上で、これ
を基材上に堆積させるようなことはできなかった。In this way, the above-mentioned laser spraying is an excellent method in itself, but of course it cannot be used in conjunction with chemical reactions using a plasma atmosphere. In this method, oxides, nitrides, fluorides, etc. of the material are obtained through a chemical reaction with a plasma gas (e.g. plasma atmosphere of oxygen gas, nitrogen gas, fluorine gas, etc.) and then deposited on the substrate. I couldn't do that.
本発明はまさしく、この点に鑑みて成されたもので、従
来から行なわれていたプラズマ・プロセスの欠点を放逐
することはもとより、上記したレーザ溶射法の原理はそ
のままに、ざらに成膜、堆積される溶射膜の物性を広範
なものとするため、併せてプラズマ・プロセスを導入で
きるような方法及び装置を提供せんとするものである。The present invention was made precisely in view of this point, and not only eliminates the drawbacks of the conventional plasma process, but also uses the principles of the above-mentioned laser spraying method to form a film in a rough manner. In order to widen the physical properties of the deposited thermal sprayed film, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus that can also incorporate a plasma process.
［課題を解決するための手段］
本発明では、上記目的を達成するため、溶射材を堆積さ
せるべき基材に直接には触れることなくその近傍を通過
するように、当該溶射材を溶融させるレーザ・ビームを
照射する一方で、溶射材は、基材に対し垂直方向または
所定の角度方向から上記の溶融用レーザ・ビーム中を通
過するように供給し、その上で、このレーザ・ビームと
溶射材との交差部位に当該溶射材との化学反応用のプラ
ズマを生成させる。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention uses a laser that melts the thermal spraying material so as to pass near the base material on which the thermal spraying material is to be deposited without directly touching it.・While the beam is irradiated, the thermal spraying material is supplied so as to pass through the above-mentioned melting laser beam from a direction perpendicular to the base material or from a predetermined angular direction, and then the thermal spray material is Plasma for chemical reaction with the sprayed material is generated at the intersection with the sprayed material.
［作 用］
本発明によると、既存のレーザ溶射法の持つ特徴はその
ままに、さらに基材上に生成される溶射膜をプラズマ雰
囲気中での化学反応を経た結果の物性として得ることが
できる。[Function] According to the present invention, while maintaining the characteristics of existing laser thermal spraying methods, the thermal sprayed film formed on the base material can be obtained with physical properties as a result of a chemical reaction in a plasma atmosphere.
すなわち、基材に触れることなく照射されているレーザ
・ビーム中を横切る（もちろん、重力方向上から下への
自然落下または加速落下も含む）関係で溶射材が基材に
向は供給されると、当該溶射材は基材に到着する前に、
基材近傍を通っているレーザ・ビーム中を通過し、この
交差部位において速やかに溶融される。ただし場合によ
り、レーザ・ビームのパワー密度の調整の如何に応じ、
一般に粒状になって供給される溶射材の表面のみを溶融
させる等の細工も可能である。In other words, the thermal spray material is supplied to the base material in such a way that it traverses the irradiated laser beam without touching the base material (of course, this also includes natural fall or accelerated fall from top to bottom in the direction of gravity). , before the sprayed material reaches the substrate,
The laser beam passes through the vicinity of the substrate and is rapidly melted at this intersection. However, depending on the case, depending on how the power density of the laser beam is adjusted,
It is also possible to make modifications such as melting only the surface of the thermal spray material, which is generally supplied in the form of particles.
その一方、レーザ・ビームと溶射材との当該交差部位に
はプラズマが生成されているので、ここで所定の化学反
応を生ずることができ、その結果、当該化学反応を経て
得られた物性の溶射膜が基材上の所定位置に生成される
。On the other hand, since plasma is generated at the intersection of the laser beam and the thermal spray material, a predetermined chemical reaction can occur here, and as a result, the physical properties obtained through the chemical reaction can be A membrane is produced in place on the substrate.
したがって明らかなように、本発明によれば、レーザ・
ビームは溶射材の加熱源としてのみ、またプラズマは溶
射材の化学反応のためだけに用いることができるので、
それぞれの役目に必要な出力にのみ、各々を独立かつ任
意に設定することができ、特にプラズマは、溶融した溶
射材との間での化学反応を行なえれば良いから、極めて
限定された領域にのみ、発生させれば良い。これは結局
、適当なるチャンバ内でのプラズマ発生に限らず、拡散
による大きな問題もなく、要すれば大気環境中でのプラ
ズマ生成も可能なことを意味するし、必要最小限度の出
力で良いので、大出力プラズマ・ガン等を不要とするこ
ともでき、電極溶出に伴う不純物混入のおそれも根本か
ら回避することができる。Therefore, as is clear, according to the present invention, the laser
Since the beam can be used only as a heating source for the sprayed material and the plasma only for the chemical reaction of the sprayed material,
Each can be independently and arbitrarily set to only the output required for each role. In particular, plasma only needs to perform a chemical reaction with the molten thermal spray material, so it can be used in extremely limited areas. It is only necessary to generate it. After all, this means that plasma generation is not limited to an appropriate chamber, but there are no major problems with diffusion, and if necessary, plasma generation is possible in an atmospheric environment, and the minimum necessary output is sufficient. , a high-output plasma gun, etc. can be made unnecessary, and the fear of contamination with impurities due to electrode elution can be completely avoided.
［実 施 例コ
第１図には本発明に従って構成されたレーザ溶射装置の
一実施例が示されているが、この実施例のレーザ溶射装
置１０は、大気環境から内部を隔離することのできるチ
ャンバ１１を有している。[Embodiment] Fig. 1 shows an embodiment of a laser spraying apparatus constructed according to the present invention. It has a chamber 11.
チャンバ１１は弁１２を介し、ポンプ装置１３により選
択的に必要な真空度に引くことも、あるいは逆に高圧に
することもできるようになっており、もちろん、大気と
の連通状態とすることもできるし、また、弁１４を介し
、必要に応して選択的に必要な種類のガスをガス・ボン
ベ等のガス供給源１５からチャンバ１１内に導入できる
ようにもなっている。The chamber 11 can be selectively reduced to the required degree of vacuum by a pump device 13 via a valve 12, or can be made to have a high pressure, and of course can also be placed in communication with the atmosphere. Moreover, the required type of gas can be selectively introduced into the chamber 11 from a gas supply source 15, such as a gas cylinder, as required, via the valve 14.
さらに、チャンバ１１内には半導体回路作製技術で良く
用いられるような既存のＣＶＤ装置やプラズマ応用装置
において用いられていると同様の二次元（ｘ−ｙ）型ま
たは三次元（ｘ−ｙ−ｚ）型の移動ステージ１６が備え
られ、その上には必要に応じ、断熱材１７を介してヒー
タ板工８が載っており、溶射材を溶射されるべき基材２
ｏはこのヒータ板１８の上に支持されている。Further, within the chamber 11 there is a two-dimensional (x-y) or three-dimensional (x-y-z ) type moving stage 16 is provided, on which a heater board 8 is placed via a heat insulating material 17 as required, and a base material 2 to be sprayed with a thermal spray material is provided.
o is supported on this heater plate 18.
したがって、基材２０はヒータ板１８に通電することに
より、必要な温度に加熱可能であるし、またｘ−ｙ移動
ステージ１６により面内二次元方向に正確なステップで
移動可能であるか、ｘ−ｙ−ｚ移動ステージにより、さ
らに高さ方向の位置決めも正確に行なうことができる。Therefore, the base material 20 can be heated to a required temperature by energizing the heater plate 18, and can be moved in two-dimensional in-plane directions in precise steps by the x-y moving stage 16, or The -yz moving stage allows for more accurate positioning in the height direction.
チャンバ】１内にあって基材２０の上方には、当該基材
に向け、溶射材Ｍを供給するための溶射材供給装置３０
が設けられている。A thermal spraying material supply device 30 is provided in the chamber 1 and above the base material 20 for supplying the thermal spraying material M toward the base material.
is provided.
この装置３０の具体例としては、後に幾つかを例示する
ものの、その構成自体をまで、本発明が直接に限定を施
すものではなく、図中に模式的に示されているように、
溶射材Ｍが特に粉体ないしは微粒子であるような場合、
その自重による自由落下で当該溶射材Ｍを基材２０上に
向け、供給するものであって良いことはもちろんのこと
、他に適当な加速源を有しているものでも良い。Although some specific examples of this device 30 will be illustrated later, the present invention does not directly limit its configuration itself, and as schematically shown in the figure,
When the thermal spray material M is particularly powder or fine particles,
It goes without saying that it may be a device that directs and supplies the thermal spray material M onto the base material 20 by free falling due to its own weight, or it may be a device that has another suitable acceleration source.
この加速法としては、例えば機械的方法による加速、電
界、磁界による加速、キャリア・ガスによる加速、超音
波による加速、そして場合によっては爆発による加速等
もあり、いずれにしろ、すでに報告されている手法を任
意に採用することができる。場合によっては溶射材が線
材として提供されることもあり、そうしたときには当該
線状の溶射材の先端を後述する溶融用レーザ・ビーム５
１内に徐々に侵入させて行く装置構造として溶射材供給
装置３０を構成することもできるし、さらにはガス状で
提供される溶射材の場合には当該ガスの噴射装置として
構成することもできる。This acceleration method includes, for example, mechanical acceleration, electric field, magnetic field acceleration, carrier gas acceleration, ultrasonic acceleration, and in some cases explosion acceleration, which have already been reported. Any method can be adopted. In some cases, the thermal spraying material is provided as a wire rod, and in such cases, the tip of the linear thermal spraying material is exposed to the melting laser beam 5, which will be described later.
The thermal spraying material supply device 30 can be configured as a device structure that allows the thermal spraying material to gradually penetrate into the interior of the thermal spraying material 1, or furthermore, in the case of a thermal spraying material provided in a gaseous state, it can also be configured as an injection device for the gas. .
なお、上記の自由落下、すなわち重力加速度を利用して
の溶射材供給も加速供給の一つとして広義に観念するの
であるならば、溶射材供給装置３０は溶射材加速装置３
０と読み換えても良い。Note that if the above-mentioned free fall, that is, the supply of sprayed material using gravitational acceleration, is broadly considered as one type of accelerated supply, then the sprayed material supply device 30 is the sprayed material accelerator 3.
It may be read as 0.
しかるに、基材２０の表面上に向けて溶射材供給装置３
０から供給される溶射材Ｍの通り道には、これを横切る
ように、そして基材２０には触れることがないように、
レーザ・ビーム５１が照射されている。However, the thermal spraying material supply device 3 is directed onto the surface of the base material 20.
The path of the thermal spray material M supplied from 0 is such that it crosses this path and does not touch the base material 20.
A laser beam 51 is being irradiated.
この実施例の場合、当該レーザ・ビーム５１はチャンバ
１１の外部に配したレーザ照射装置５２から発せられ、
チャンバ１１の壁部に設けた窓５３（この場合、この窓
には収束レンズが嵌められている）からチャンバ１１の
内部に導入されて、基材２０の表面近傍を平行に通り抜
けた後、チャンバエ１の対向壁部に開口しているレーザ
吸収体５４にて吸収、捕捉されるようになっている。こ
のようなレーザ吸収体５４も、最も一般的にはカーボン
吸収体を含んで成るものが多いが、すでに種々のものが
公知であり、用いるレーザの種類によって、例えそれが
炭酸ガス・レーザ等のようにかなり大出力なレーザであ
っても、それら個々に適当なものがある。In this embodiment, the laser beam 51 is emitted from a laser irradiation device 52 placed outside the chamber 11,
It is introduced into the interior of the chamber 11 through a window 53 provided in the wall of the chamber 11 (in this case, a converging lens is fitted in this window), passes through the vicinity of the surface of the base material 20 in parallel, and then enters the chamber. The laser beam is absorbed and captured by a laser absorber 54 which has an opening in the opposing wall of the laser beam. Most commonly, such a laser absorber 54 includes a carbon absorber, but various types are already known, and depending on the type of laser used, even if it is a carbon dioxide laser, etc. Even with fairly high-output lasers, there are some that are suitable for each of them.
また、レーザ照射装置５２も、レーザ発振源のみならず
、必要に応じて偏向系や集束系（ビーム径調整部）を併
せ有する装置であって良い。Further, the laser irradiation device 52 may also be a device having not only a laser oscillation source but also a deflection system and a focusing system (beam diameter adjustment section) as necessary.
さらに、本発明に従って構成されるレーザ溶射装置１０
は、基材２０に向けて供給される溶射材Ｍとレーザ・ビ
ーム５１とが交差する部位ＰＣに選択的にプラズマを発
生し得るプラズマ発生装置６０を有している。Furthermore, a laser thermal spraying apparatus 10 configured according to the present invention
has a plasma generator 60 that can selectively generate plasma at a location PC where the thermal spray material M supplied toward the base material 20 and the laser beam 51 intersect.
この実施例のプラズマ発生装置６０は、溶射材Ｍとレー
ザ・ビーム５１との交差部位ＰＣの近傍にコイル５２を
臨ませ、このコイル５２に高周波電力を供給することに
より、少なくとも当該交差部位ＰＣを含む小空間領域に
プラズマを生成可能なように構成されている。The plasma generator 60 of this embodiment has a coil 52 facing near the intersection PC of the thermal spray material M and the laser beam 51, and supplies high-frequency power to the coil 52 to at least generate the intersection PC. It is configured to be able to generate plasma in a small space area containing the space.
逆に言えば、通常の高周波（ＲＦ）プラズマ装置や直流
（ＤＣ）励起型プラズマ装置に見られるように、プラズ
マを発生させるとチャンバ１１の内部全体に亙り、プラ
ズマが拡がってしまうようなものとは異なり、本発明に
用いるプラズマ発生装置６０としては、溶射材Ｍがレー
ザ・ビームを通過することにより加熱、溶融した際、当
該溶融した溶射材Ｍとの間でのみ、化学反応を生じ得る
程度に局所的なプラズマを発生できる電力供給量を持て
ば良く、むしろその方が望ましい。電力量が節約になる
だけではなく、基材２０上の他の非加工領域への悪影響
を防ぎ得る外、後に述べるように、要すればチャンバ１
１を取去っての大気環境下での使用も可能になるからで
ある。Conversely, when plasma is generated, it spreads throughout the interior of the chamber 11, as seen in ordinary radio frequency (RF) plasma devices and direct current (DC) excitation type plasma devices. In contrast, the plasma generating device 60 used in the present invention is designed to the extent that, when the thermal spray material M is heated and melted by passing through a laser beam, a chemical reaction can occur only with the melted thermal spray material M. It is sufficient to have a power supply that can generate localized plasma, and that is even more desirable. Not only does it save power, it also prevents negative effects on other non-processing areas on the substrate 20, and as will be discussed later, if necessary, the chamber 1
This is because it becomes possible to use it in an atmospheric environment by removing 1.
図示の実施例ではまた、補助的に基材２０の加熱を専門
にする補助レーザ・ビーム５５の発振源５６も備えられ
ており、同様にチャンバ１１の壁に開けられている窓５
７を介して基材２０上を照射するようになっている。こ
の窓５７にも当然、必要に応じて収束レンズ等が嵌めら
れていて良いし、さらに、図示しないが、レーザ・ビー
ムの収束、偏向系が組込まれていても良い。なお、この
ような補助レーザ・ビーム５５を利用する場合には、ヒ
ータ板１８は不要なこともある。In the illustrated embodiment, an oscillation source 56 of an auxiliary laser beam 55 is also provided which is additionally dedicated to the heating of the substrate 20 and is likewise provided with a window 5 cut in the wall of the chamber 11.
The base material 20 is irradiated through the beam 7. Of course, this window 57 may also be fitted with a converging lens or the like as required, and furthermore, although not shown, a laser beam convergence and deflection system may be incorporated therein. Note that when such an auxiliary laser beam 55 is used, the heater plate 18 may not be necessary.
このような装置構成によると、これまでのレーザ・ビー
ム・プロセスやプラズマ・プロセスでは得ることができ
なかった組合せの材料を基材２０上に堆積、構築するこ
とができ、しかも微細なものは正確に、大きなものは高
速、短時間に作り上げることができる。With this equipment configuration, it is possible to deposit and construct combinations of materials on the base material 20 that could not be obtained with conventional laser beam processes or plasma processes, and moreover, fine particles can be precisely formed. In addition, large items can be created quickly and in a short amount of time.
すなわち、レーザ・ビーム５１は溶射材供給装置３０か
ら供給される溶射材Ｍの溶融のための加熱源としてのみ
、機能すれば良いので、溶射材供給装置３０から供給さ
れる溶射材Ｍの供給量に応じ、それらが溶けるのに最適
な時間となるように、あるいはまた全体を溶かすか表面
のみを溶かすかというような仕様条件に応じ、基材２０
の材質が何であっても、これを破損させるおそれがなく
、それぞれ最適なるパワーのレーザ・ビーム５１を照射
することができるし、プラズマ発生装置６０は、溶融し
た溶射材Ｍに対してのみ、化学反応を生起させるに足る
だけの小電力で済むのみならず、基材２０上の直近での
レーザ・ビーム５１と溶射材Ｍとの交差部位Ｐｃを含む
極めて限定された空間領域にてのみ、プラズマを発生で
きれば良いので、制御性が極めて高くなり、速やかに所
期の化学反応を生起することができる。That is, since the laser beam 51 only needs to function as a heating source for melting the thermal spraying material M supplied from the thermal spraying material supply device 30, the supply amount of the thermal spraying material M supplied from the thermal spraying material supplying device 30 can be reduced. Depending on the specification conditions, such as the optimum time for them to melt, or whether to melt the entire surface or only the surface, the substrate 20
No matter what the material is, it is possible to irradiate the laser beam 51 with the optimum power without worrying about damaging the material. Not only does it require only a small amount of electric power to cause a reaction, but the plasma can be generated only in an extremely limited spatial region including the intersection point Pc of the laser beam 51 and the thermal spray material M on the base material 20. Since it is sufficient to generate , controllability is extremely high, and the desired chemical reaction can occur quickly.
特に、従来のプラズマ技術では、減圧チャンバ内ではプ
ラズマのパワー密度が低下し、高融点材料の溶射が往々
にして不可能になっていたが、本発明によると、プラズ
マは雰囲気ガスによる化学反応の励起のみに用いられ、
溶射材の溶融はレーザ・ビーム５１の持つ熱エネルギに
よりプラズマとは別途、独立の条件で得ることができる
ので、圧力環境の如何にかかわらず、高融点材料の溶射
も現に可能となった。In particular, in conventional plasma technology, the power density of the plasma is reduced in a vacuum chamber, making spraying of high-melting point materials often impossible. used only for excitation,
Since the thermal spraying material can be melted by the thermal energy of the laser beam 51 under conditions separate and independent from the plasma, it has become possible to thermally spray high melting point materials regardless of the pressure environment.
しかも、下地材としての基材温度自体、独立に設定可能
であり、溶射材溶融に要する熱エネルギが直接に作用す
ることはないので、雰囲気ガスに対する化学的な耐性上
、問題が出るというような場合を除き、当該基材材質に
原則として制限がなく、半導体、セラミックス、金属や
それらの化合物を始め、プラスチック等であっても良い
。Moreover, the temperature of the base material itself can be set independently, and the thermal energy required to melt the sprayed material does not directly act on it, which may cause problems in terms of chemical resistance to atmospheric gases. In principle, there are no restrictions on the material of the base material, except in certain cases, and it may be semiconductors, ceramics, metals, compounds thereof, or plastics.
また、同様の理由により、下地層には現に作製しようと
している層のために必要な熱が直接には印加されないよ
うにし得るので、従来は不可能であるか極めて困難であ
った積層構造の一つとして、低融点材料の上に高融点材
料を重ねて形成した構造も得ることができる。Furthermore, for the same reason, it is possible to avoid directly applying the heat necessary for the layer that is currently being fabricated to the base layer, so it is possible to create a laminated structure, which was previously impossible or extremely difficult. Alternatively, a structure in which a high melting point material is layered on a low melting point material can also be obtained.
ここで例えば、本発明によりプラズマ化されるに通した
ガスの例を挙げると、０２．ｌ’ｈ、ＮＨｓ、ｈＨ２゜
Ｃ２）１４．Ａｒ、Ｈ，Ｈｅ、Ｆ、そして空気等がある
。空気の場合にはチャンバ１１が不要なことも意味し、
事実、本発明者等の実験は特にチャンバ１１を用いない
まま、大気環境下でも行なってその実効を確かめている
。もちろん、溶射材Ｍの材質により、空気環境中の酸素
のプラズマとの化学反応を起こしたり、窒素弁との反応
を起こしたりすることができる。Here, for example, examples of gases that have been turned into plasma according to the present invention are as follows: 02. l'h, NHs, hH2°C2)14. Examples include Ar, H, He, F, and air. In the case of air, this also means that the chamber 11 is not necessary.
In fact, the inventors conducted experiments in an atmospheric environment without using the chamber 11 to confirm its effectiveness. Of course, depending on the material of the thermal spray material M, it is possible to cause a chemical reaction with the oxygen plasma in the air environment or a reaction with the nitrogen valve.
一方、これらのプラズマを化学反応させるべき溶射材Ｍ
の材料としても、原則として制約はなく、ただ、セラミ
ック電子回路系や高温酸化物超電導回路系、あるいはま
た温度センサ、ガス・センサ等の各種センサに用いられ
るに通した材料群を挙げるならば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、
Ｓｉ 、Ｔａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｓｎ等々の単体金属
を始め、それらの化合物ないし混合物やＢ５ＣＣ０，Ｙ
ＢＧＯ，（２ｒｆｈ） ＋−ｘ（ＹｚＯ３）−、ＬａＣ
ｏＯ３等の各種セラミックスも本発明の装置１０内での
プラズマ環境下での化学反応に用いる材質として選ぶこ
とができる。On the other hand, the thermal spray material M to cause these plasmas to chemically react
In principle, there are no restrictions on the materials used, but the following are the materials commonly used for ceramic electronic circuit systems, high-temperature oxide superconducting circuit systems, and various sensors such as temperature sensors and gas sensors. Ti, Cr, Fe,
Including single metals such as Si, Ta, Al, Zr, Mg, Sn, etc., their compounds or mixtures, B5CC0, Y
BGO, (2rfh) +-x(YzO3)-, LaC
Various ceramics such as oO3 may also be selected as materials for use in the chemical reaction in the plasma environment within the apparatus 10 of the present invention.
Claims (2)
となくその近傍を通過するように、上記溶射材を溶融さ
せるレーザ・ビームを照射する一方； 上記溶射材は、上記基材に対し垂直方向または所定の角
度方向から上記溶融用レーザ・ビーム中を通過するよう
に供給し； さらに該レーザ・ビームと上記溶射材との交差部位には
、上記溶融した溶射材との化学反応用のプラズマを生成
させること； を特徴とするレーザ溶射方法。(1) While irradiating a laser beam that melts the thermal spraying material so as to pass near the substrate without directly touching the substrate on which the thermal spraying material is to be deposited; The melting laser beam is supplied so as to pass through the melting laser beam from a vertical direction or a predetermined angular direction; furthermore, at the intersection of the laser beam and the thermal spraying material, there is a beam for a chemical reaction with the melting thermal spraying material. A laser thermal spraying method characterized by: generating plasma;
となくその近傍を通過するように、上記溶射材を溶融さ
せるレーザ・ビームを照射するレーザ照射装置と； 該溶融用レーザ・ビーム中を通し、かつ上記基材に対し
垂直方向または所定の角度方向から上記溶射材を供給す
る溶射材供給装置と； 上記レーザ・ビームと上記溶融した溶射材との交差部位
に該溶射材との化学反応用のプラズマを生成するプラズ
マ発生装置と； を有するレーザ溶射装置。(2) a laser irradiation device that irradiates a laser beam for melting the thermal spraying material so as to pass near the base material on which the thermal spraying material is to be deposited without directly touching it; in the melting laser beam; a thermal spraying material supplying device that supplies the thermal spraying material from a direction perpendicular to the base material or from a predetermined angular direction; A laser thermal spraying device comprising: a plasma generator that generates plasma for reaction; and a laser thermal spraying device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048991A JPH03253551A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Laser spraying method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048991A JPH03253551A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Laser spraying method and device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03253551A true JPH03253551A (en) | 1991-11-12 |
| JPH055893B2 JPH055893B2 (en) | 1993-01-25 |
Family
ID=12818692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2048991A Granted JPH03253551A (en) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Laser spraying method and device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03253551A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006132001A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Sulzer Metco Ag | Thermal spray apparatus and thermal spray method |
| JP2019183273A (en) * | 2018-04-02 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Formation method of metal film |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP3918379B2 (en) | 1999-10-20 | 2007-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | Thermal spraying method, thermal spraying device and powder passage device |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2048991A patent/JPH03253551A/en active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006132001A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Sulzer Metco Ag | Thermal spray apparatus and thermal spray method |
| JP2019183273A (en) * | 2018-04-02 | 2019-10-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Formation method of metal film |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055893B2 (en) | 1993-01-25 |
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