專利名稱：復(fù)合構(gòu)造物及其制作方法和制作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基材表面上形成了包含陶瓷或半金屬等脆性材料的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物和該復(fù)合構(gòu)造物的制作方法以及該復(fù)合構(gòu)造物的制作裝置。
背景技術(shù)：
一般在形成陶瓷燒結(jié)體的情況下，要添加燒結(jié)助劑以使陶瓷微粒相互粘合變得容易，從而進行在微粒間的界面附近形成液相的液相燒結(jié)。
作為不用燒結(jié)助劑的高密度燒結(jié)體形成方法，已經(jīng)有熱壓法，而作為在基材表面上形成金屬或陶瓷等被膜的方法，已知有PVD和CVD等蒸氣沉積法或熱噴鍍法。
另一方面，最近，作為新的被膜形成方法，已知有氣體沉積法(加集誠一郎金屬，1989年1月號)或靜電微粒涂布法(井川等昭和52年度精密機械學(xué)會秋季大會學(xué)術(shù)講演會文稿)。前者是以使金屬或陶瓷等超微粒用氣體攪拌而氣溶膠化，并通過微小噴嘴加速、在碰撞到基材上時一部分動能轉(zhuǎn)化成熱能，從而在微粒之間或微粒與基材之間燒結(jié)為基本原理的，后者是以使微粒帶電以利用電場加速、然后與氣體沉積法一樣利用碰撞時產(chǎn)生的熱量燒結(jié)為基本原理的。
此外，還已知，作為改進了上述氣體沉積法或靜電微粒涂布法的先有技術(shù)，公開于特開平8-81774號公報、特開平10-202171號公報、特開平11-21677號公報或特開2000-212766號公報中的方法。
特開平8-81774號公報中公開的技術(shù)，是將熔點不同的2種金屬或有機物用電阻絲加熱、電子束加熱、高頻電感加熱、濺射、電弧等離子體等加熱蒸發(fā)，通過這種加熱蒸發(fā)而成為粒徑在0.1μm以下的表面非?；顫姷某⒘＃@些超微粒中熔點不同的每一種金屬都用噴嘴按照三維立體形狀的斷面CAD數(shù)據(jù)噴霧到基板上，重復(fù)這一操作，便形成了由熔點不同的2種金屬組成的三維立體形狀物，然后在2種金屬的熔點之間的溫度加熱該立體形狀物以使低熔點金屬部分熔融除去，只剩下高熔點金屬部分。
特開平10-202171號公報中公開的技術(shù)，是將上述用電阻絲加熱、電子束加熱、高頻電感加熱、濺射、電弧等離子體等加熱蒸發(fā)而得到的超微粒向基板上噴射時經(jīng)由掩膜開口進行，從而得到無塌肩的三維立體形狀物。
特開平11-21677號公報中公開的技術(shù)，是上述含超微粒的氣溶膠輸送時或者金屬或陶瓷加熱蒸發(fā)時為了防止超微粒彼此凝聚成為大粒子而在經(jīng)由的途徑中配置分級裝置。
特開2000-212766號公報中公開的技術(shù)，是通過對粒徑10nm～5μm的超微粒(與上述先有技術(shù)不同，不是用加熱蒸發(fā)得到的)照射離子束、原子束、分子束或低溫等離子體等，使超微粒不熔融地活化，并在這樣的狀態(tài)下以3m/秒～300m/秒的速度噴霧到基板上，促進超微粒相互結(jié)合而形成構(gòu)造物。
使用一般燒結(jié)助劑的液體燒結(jié)時，在微粒邊界(粒界)附近形成了含燒結(jié)助劑的玻璃相，所得到的陶瓷的純度不能提高，而且難以形成緻密體。
另一方面，由于陶瓷粒子的微?；?、燒結(jié)溫度的高溫化、像熱壓法等這樣在加壓環(huán)境下的焙燒、燒結(jié)助劑的排除等的努力，使高純度且緻密質(zhì)的陶瓷的形成成為可能。然而，包括這些在內(nèi)，所謂焙燒就是通過原子的擴散進行微粒之間的粘合這樣的過程，即使原料粉是微粒，在加熱中也會引起晶粒生長，要使形成物終止于微細結(jié)晶狀態(tài)是不可能的。即焙燒時，要形成由納米級晶粒組成的多結(jié)晶體是困難的。
此外，在用燒結(jié)助劑焙燒的情況下，在粒子之間的界面上會引起特定元素偏析，這也會成為妨礙得到所希望特性的原因。
另一方面，在PVD或CVD等中，由于有通過原子堆積形成構(gòu)造物這樣的技術(shù)特征，因而具有從晶體生長能低的晶面優(yōu)先生長的取向性，或者具有從基板形成柱狀結(jié)晶等的特征結(jié)構(gòu)，要形成無序結(jié)晶取向的粒狀多結(jié)晶體是困難的。
熱噴鍍時，由于原料粉末的微粒化、工藝過程的高溫化、減壓環(huán)境等的努力，可以達到形成物的緻密化等，但有使原料粉末的表面層熔融以便碰撞基板并使粉末微粒彼此粘合在一起這樣的特征，因而形成物的結(jié)晶的形狀是扁平微粒的層狀堆積，或者有在形成物中混雜未熔融微粒這樣的問題。此外，由納米級晶粒組成的多結(jié)晶體的形成是困難的。從工藝這樣的觀點來看，上述任何一種技術(shù)都需要數(shù)百至一萬℃的高溫環(huán)境，也有能源投入量大這樣的問題。
此外，在用溶膠-凝膠法進行陶瓷膜制作方面，已經(jīng)開發(fā)了可以在低溫制作結(jié)晶比較小的膜的技術(shù)。然而，一般來說，一次制膜過程可以達到的膜厚是數(shù)nm～數(shù)百nm水平，在要形成厚膜的情況下，必須重復(fù)這一過程。此時，為了實質(zhì)性地使底膜變得牢固，有必要實施加熱處理，從而引起底層晶粒生長。在不引起晶粒生長的低溫下制膜有 密度不增大的問題。而且，若經(jīng)由多次制膜過程，則無法解決發(fā)生膜龜裂這樣的問題。此外，這種溶膠-凝膠法或溶液中析出法等的微細組織陶瓷膜制作方法以濕式居多，溶液中的其它溶質(zhì)或溶劑會混入膜中，有時會發(fā)生膜特性惡化或組成偏移。
此外，在特開平8-81774號公報、特開平10-202171號公報和特開平11-21677號公報中公開的方法中，必須有用來得到超微粒的加熱手段(電阻絲加熱、電子束加熱、高頻電感加熱、濺射、電弧等離子體等)。而且，基本原理是碰撞時使動能轉(zhuǎn)變成熱能進行燒結(jié)這樣的過程，因而，在基板上形成的構(gòu)造物的粒徑會通過晶粒生長而變得比原料超微粒還大。
另一方面，本發(fā)明者等對特開2000-212766號公報中公開的技術(shù)進行了后續(xù)追試。其結(jié)果表明，金屬(延展性材料)與陶瓷或半金屬等脆性材料顯示出不同的舉動。
即，在脆性材料中，不照射離子束、原子束、分子束或低溫等離子體等，也就是說不用特別的活化手段，就能形成構(gòu)造物。然而，在該專利公報中記載的條件下，在微粒粒徑為10nm～5μm、碰撞速度為3m/秒～300m/秒時，出現(xiàn)了構(gòu)造物的剝離強度不足、或者容易部分地剝離、密度也變得不均勻等新問題。
發(fā)明公開本發(fā)明是基于以下知識完成的。
陶瓷處于一種幾乎不具有自由電子的共價鍵性或離子鍵性強的原子結(jié)合狀態(tài)。因此，是硬度高但耐沖擊性弱的。硅或鍺這樣的半金屬也是不具有延展性的脆性材料。
因此，在對這些脆性材料施加機械沖擊力的情況下，會發(fā)生諸如沿晶粒之間的界面等壁開面的晶格偏移，或者破碎等。如果引起這些現(xiàn)象，在偏移面或破碎面上原來存在于內(nèi)部，與別的原子結(jié)合的原子就成為剝離狀態(tài)，即形成了新生面。這種新生面的一個原子層部分由于外力而從原來穩(wěn)定的原子結(jié)合狀態(tài)強制地暴露于不穩(wěn)定的表面狀態(tài)。即，成為表面能高的狀態(tài)。這種活性面與鄰接的脆性材料表面或同樣鄰接的脆性材料新生面或基板表面結(jié)合并變成穩(wěn)定狀態(tài)。來自外部的連續(xù)機械沖擊力的施加，就會使這種現(xiàn)象不斷發(fā)生，通過微粒變形、破碎等的重復(fù)使粘合取得進展，并使由此形成的構(gòu)造物緻密化。
基于以上知識制作的、本發(fā)明所涉及的脆性材料構(gòu)造物的微觀構(gòu)造顯然不同于用先有技術(shù)制法所得到的構(gòu)造物。
即，本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物是在基材表面上形成由陶瓷或半金屬等脆性材料組成的構(gòu)造物的材料，所述構(gòu)造物是多結(jié)晶，構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶是實質(zhì)上無結(jié)晶取向性的，而且在所述結(jié)晶彼此之間的界面上實質(zhì)上不存在由玻璃質(zhì)組成的粒界層，進而所述構(gòu)造物的一部分成為嵌入基材表面的錨固體。
現(xiàn)在，對于理解本發(fā)明時重要的語句的解釋進行如下。
(多結(jié)晶)本文中，系指晶粒粘合、聚集而成的構(gòu)造體。晶粒實質(zhì)上本身構(gòu)成了結(jié)晶，其粒徑通常在5nm以上。但是，微粒無破碎就進入構(gòu)造物中等的情況極少發(fā)生，但實質(zhì)上是多晶的。
(結(jié)晶取向性)本文中，系指多結(jié)晶構(gòu)造物中結(jié)晶軸的取向狀態(tài)，是否有取向性，一般是以認為實質(zhì)上無取向性的粉末X射線衍射等用來作為標準數(shù)據(jù)的JCPDS(ASTM)數(shù)據(jù)作為指標來判斷的。依照如本文后述實施例12中所示的看法，把主要峰的偏差落入30％以內(nèi)的情況稱為實質(zhì)上無取向性。
(界面)本文中，系指構(gòu)成晶粒彼此之間的邊界的區(qū)域。
(粒界層)系指位于界面或燒結(jié)體內(nèi)所稱粒界上具有某厚度(通常數(shù)nm～數(shù)μm)的一層，通常具有與晶粒內(nèi)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同的無定形結(jié)構(gòu)，而且因情況而異，可能伴隨雜質(zhì)的偏析。
(錨固部)在本文的情況下，系指在基材與構(gòu)造物的界面上形成的凹凸，尤其并非預(yù)先在基材上形成凹凸，而是指在構(gòu)造物形成時改變原來基材的表面精度而形成的凹凸。
(平均晶粒直徑)是用X射線衍射法中的Scherrer方法算出的晶粒尺寸，本文中是用MAC Science公司制造的MXP-18測定、算出的。
(非化學(xué)量論的缺損)系指相對于構(gòu)成構(gòu)造物的結(jié)晶的化合物組成而言，因缺損一種或多種元素而發(fā)生此組成比偏移的狀態(tài)。本文中，這種非化學(xué)量論的缺損部的存在用電阻率等代用特性就能查明。
(內(nèi)部應(yīng)變)系指微粒中包含的晶格應(yīng)變，是用X射線衍射測定中的Hall法算出的值，是以使微粒充分退火的標準物質(zhì)為基準、將其偏差用百分率表示。
(再凝聚)系指微粒粉碎過程中從微粒的一次粒子表面上破碎、脫落下來的微細斷片附著、結(jié)合到(不一定相同的)一次粒子表面上而形成表面層的狀態(tài)。
先有技術(shù)上的燒結(jié)所形成的、由脆性材料組成的構(gòu)造物中，結(jié)晶伴隨著熱引起的晶粒生長，尤其在使用燒結(jié)助劑的情況下，產(chǎn)生了玻璃層作為粒界層。
進而，本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物，由于伴隨著原料微粒的變形或破碎，因而構(gòu)造物的構(gòu)成微粒變得比原料微粒小。例如，用激光衍射法或激光散射法測定的微粒的平均粒徑為0.1～5μm時，所形成構(gòu)造物的平均晶粒直徑達到100nm以下的情況居多，作為其組織，具有由這樣的微細晶粒組成的多結(jié)晶體。其結(jié)果，可以制成平均晶粒直徑500nm以下且 密度70％以上、進而平均晶粒直徑100nm以下且密度95％以上、進而平均晶粒直徑50nm以下且 密度99％以上的密復(fù)合構(gòu)造物。
這里的密度(％)是用來自文獻值、理論計算值的真比重和從構(gòu)造物的重量與體積值求出的堆積比重，從
(堆積比重÷真比重)×100(％)這一公式算出的。
此外，本發(fā)明所涉及的構(gòu)造物的特征在于，由于伴隨著碰撞等機械沖擊引起的變形或破碎，因而，作為結(jié)晶形狀，扁平狀或細長狀結(jié)晶難以存在，其晶粒形狀大致為粒狀，長寬比達到大約2.0以下。進而，由于有微粒破碎而成的斷片粒子的再結(jié)合部，因而不具有結(jié)晶取向，而且由于幾乎是緻密質(zhì)，因而硬度、耐摩耗性、耐蝕性等機械、化學(xué)特性優(yōu)異。
進而，本發(fā)明中，原料微粒從破碎到再結(jié)合是瞬時進行的，因而結(jié)合時在微細斷片粒子的表面附近幾乎不進行原子的擴散。因此，構(gòu)造物的晶粒之間的界面的原子排列沒有混亂，作為溶解層的粒界面(玻璃層)幾乎不形成，即使形成也在1nm以下。因此，顯示出耐蝕性等化學(xué)特性優(yōu)異的特征。
進而，在本發(fā)明涉及的復(fù)合構(gòu)造物中，包含在構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶界面附近有非化學(xué)量論的缺損部(例如氧缺損)者。
此外，作為構(gòu)成本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物的基材，可以列舉玻璃、金屬、陶瓷、半金屬或有機化合物等，而作為脆性材料，可以列舉氧化鋁、氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、氧化鋯、氧化釔、氧化鉻、氧化鉿、氧化鈹、氧化鎂、氧化硅等氧化物，金剛石、碳化硼、碳化硅、碳化鈦、碳化鋯、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭等碳化物，氮化硼、氮化鈦、氮化鋁、氮化硅、氮化鈮、氮化鉭等氮化物，硼、硼化鋁、硼化硅、硼化鈦、硼化鋯、硼化釩、硼化鈮、硼化鉭、硼化鉻、硼化鉬、硼化鎢等硼化物，或者這些的混合物或多元系固溶體，鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鋰、鈦酸鍶、鈦酸鋁、PZT、PLZT等壓電性、焦電性陶瓷，Sialon或金屬陶瓷等高韌性陶瓷，羥基磷灰石、磷酸鈣等生物體適合性陶瓷，硅、鍺、或這些中添加了磷等各種摻雜物質(zhì)的半金屬物質(zhì)，砷化鎵、砷化銦、硫化鎘等半導(dǎo)體化合物等。
進而，本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)造物的構(gòu)造物部分的厚度可以達到50μm以上。所述構(gòu)造物的表面在微觀上不是平滑的。例如，在金屬表面上被覆高硬度陶瓷而制成耐摩耗性滑動部件等情況下，由于要求平滑表面，因而在后工序中必須進行表面切削或研磨。在這樣的用途上，理想的是使陶瓷構(gòu)造物的堆積高度達到50μm左右以上。在進行平面研削的情況下，由于研削機的機械性制約，理想的是堆積高度50μm以上，在這種情況下要進行數(shù)十μm的研削，因而形成了50μm以下的表面平滑的薄膜。
此外，因情況而異，理想的是構(gòu)造物厚度在500μm以上。本發(fā)明的目的是不僅要制作具有高硬度、耐摩耗性、耐熱性、耐蝕性、耐藥品性、電絕緣性等功能、在金屬材料等基板上形成的陶瓷膜，而且也要制作可以單獨利用的構(gòu)造物。
陶瓷材質(zhì)的機械強度是各種各樣的，但如果是500μm以上厚度的構(gòu)造物，則通過適當選擇材質(zhì)，就能達到足以用于諸如陶瓷基板等用途的強度。
例如，在基板固定器上設(shè)置的金屬箔的表面上堆積陶瓷超微粒，形成一部或全部具有500μm以上厚度的緻密質(zhì)陶瓷構(gòu)造物，然后去除金屬箔部分等，就能在室溫制作陶瓷材質(zhì)的機械構(gòu)成部件。
另一方面，本專利申請的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法，是首先對脆性材料微粒實施前處理以賦予脆性材料微粒以內(nèi)部應(yīng)變，然后使積蓄了這種內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒高速碰撞到基材表面上，或?qū)κ⒎旁诨谋砻嫔?、積蓄了內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒施加機械沖擊力，從而使所述脆性材料微粒變形或破碎，并經(jīng)由這種變形或破碎時產(chǎn)生的活性新生面再結(jié)合該微粒，在與基材的邊界部上形成其一部嵌入基材表面、由多結(jié)晶脆性材料組成的錨固部，進而在這個錨固部上形成由多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物。
如果內(nèi)部應(yīng)變少，則脆性材料微粒碰撞時難以變形或破碎，反之，若內(nèi)部應(yīng)變偏大，則會產(chǎn)生大裂紋以抵銷內(nèi)部應(yīng)變，碰撞前脆性材料微粒就會破碎、凝聚，這種凝聚物即使碰撞到基材上也難以形成新生面。因此，為了得到本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物，脆性材料微粒的粒徑和碰撞速度是重要的，但更重要的是預(yù)先對原料的脆性材料微粒賦予預(yù)定范圍的內(nèi)部應(yīng)變。作為最好的內(nèi)部應(yīng)變，系指增大直至臨形成龜裂前的應(yīng)變，但只要是殘存了內(nèi)部應(yīng)變的微粒，即使形成了若干龜裂也無妨。
使脆性材料微粒高速碰撞的手法可以列舉用輸送氣體的方法，或者用靜電力使微粒加速的方法，熱噴鍍法，簇離子束法，冷噴涂法等。其中，用輸送氣體的方法先有技術(shù)上稱為氣體沉積法，是使含有金屬、半金屬或陶瓷的微粒的氣溶膠從噴嘴噴出而高速噴射到基板上，并使微粒堆積在基材上，從而形成具有微粒的組成的壓粉體等的堆積層的構(gòu)造物形成法。這其中，尤其將直接在基板上形成構(gòu)造物的方法稱為超微粒子束堆積法(Ultra-Fine particles beam deposition method)，以下就以這個名稱稱呼本說明書中按照本發(fā)明的制作方法。
在本發(fā)明涉及的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法(超微粒子束堆積法)中，所述脆性材料微粒較好的是使用平均粒徑為0.1～5μm、預(yù)先內(nèi)部應(yīng)變大的微粒。進而，其速度較好在50～450m/s的范圍內(nèi)、更好在150～400m/s。這些條件是與碰撞基材時等能否形成新生面有密切關(guān)系的，粒徑不足0.1μm時，粒徑太小而難以發(fā)生破碎或變形。若超過5μm則引起部分破碎，但實質(zhì)上蝕刻引起的膜削的效果開始出現(xiàn)，而且有時并沒有破碎，而仍處于微粒壓粉體的堆積。同樣，在用這種平均粒徑進行構(gòu)造物形成的情況下，以50m/s以下的速度進行時觀察到壓粉體向構(gòu)造物中混入的現(xiàn)象，而以450m/s以上的速度進行時已知蝕刻效果變得顯著，而且構(gòu)造物形成效率降低。
此外，原料微粒如果發(fā)生龜裂就會抵銷應(yīng)變，因而較好的是沒有龜裂，但只要有預(yù)定內(nèi)部應(yīng)變存在，即使有龜裂也是可以的。換言之，最好的是一直在蓄積內(nèi)部應(yīng)變直至臨進入龜裂前的原料微粒。
對特開2000-212766號公報中公開的內(nèi)容進行追試時，盡管關(guān)于陶瓷等脆性材料未必能得到滿意的結(jié)果，但有不符合上述條件的可能性。
本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法的特征之一在于是在室溫或比較低的溫度下進行的，因此，可以選擇樹脂等熔點低的材料作為基材。
然而，在本發(fā)明方法中，也可以增加加熱步驟。本發(fā)明的構(gòu)造物形成時，有微粒變形、破碎時幾乎不引起發(fā)熱就能形成緻密質(zhì)構(gòu)造物的特征，而且在室溫環(huán)境下就能充分形成。因此，構(gòu)造物形成時不一定要涉及熱，但考慮到用于微粒干燥、表面吸附物脫除、活化等的加熱，或有助于錨固部形成、復(fù)合構(gòu)造物的使用環(huán)境等，旨在緩和構(gòu)造物與基材之間的熱應(yīng)力、去除基材表面吸附物、提高構(gòu)造物形成效率等，可以充分考慮進行基材或構(gòu)造物形成環(huán)境的加熱。即使在這種情況下，也不需要那種會引起微?；蚧娜廴诨驘Y(jié)、極端軟化的高溫。而且，在形成由所述多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物之后，可以在各該脆性材料的熔點以下的溫度加熱處理，以進行結(jié)晶的組織控制。
此外，在本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法中，為了使原料微粒中形成的新生面的活性能持續(xù)某程度的時間，較好在減壓下進行。
進而，在用超微粒子束堆積法實施本發(fā)明所涉及的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法的情況下，可以控制輸送氣體的種類和/或分壓，或控制構(gòu)成由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的化合物的元素缺損量，或控制構(gòu)造物中的氧濃度，或在構(gòu)造物中的結(jié)晶界面附近形成所述氧化物的氧缺損層，以控制構(gòu)造物的電特性、機械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁特性。
即，若用氧化鋁等氧化物作為超微粒子束堆積法的原料微粒、抑制其中所使用氣體的氧氣分壓來進行構(gòu)造物形成，則可以認為，微粒破碎而形成微細斷片粒子時，氧從微細斷片粒子的表面逸出而進入氣相中，從而引起表面相上氧的缺損。此外，由于微細斷片粒子彼此再結(jié)合，因而在晶粒彼此之間的界面附近形成了氧缺損層。進而，缺損的元素不限于氧，也可以是氮、硼、碳等，這些也是通過控制特定氣體種的氣體分壓、使得在氣相與固相之間元素量呈非平衡狀態(tài)分配或發(fā)生反應(yīng)而使元素脫落來實現(xiàn)的。
通過這樣改變氣體種、分壓的超微粒子束堆積法，可以控制陶瓷構(gòu)造物的體積固有電阻值或硬度、耐蝕性、透光性等。例如，在氧化鋁的情況下，若減少氧氣分壓，就能得到光學(xué)上白濁的構(gòu)造物，而若增加氧氣分壓，就能得到透明的構(gòu)造物。
本發(fā)明中涉及的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的一種形態(tài)，是在一種將脆性材料超微粒分散于氣體中并使所發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞到基板上來制成陶瓷超微粒構(gòu)造物的陶瓷構(gòu)造物制作裝置中，配備能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器、噴射氣溶膠的噴嘴、和使氣溶膠中的陶瓷超微粒分級的分級器。
此外，本發(fā)明中，重要的是要使用有內(nèi)部應(yīng)變的原料微粒，因而較好的是配置一種作為用來賦予內(nèi)部應(yīng)變的磨例如行星式磨等能賦予微粒以高沖擊力的手段的前處理裝置，該前處理裝置可以單獨配置，也可以作為制作裝置的一部分配置。
脆性材料超微粒是在氣溶膠發(fā)生器內(nèi)分散于氣體中而成為氣溶膠的。氣溶膠經(jīng)由輸送管輸送到分級器、在分級器內(nèi)分級、只選用能參與堆積的微粒。這種微粒經(jīng)由輸送管從噴嘴高速向基板上噴射，微粒在基板上碰撞、堆積，形成陶瓷構(gòu)造物。氣體流速在每秒百數(shù)十米～數(shù)百米的亞音速至超音速范圍內(nèi)。為了形成氣流，即可以在裝置前段設(shè)置氣體鋼瓶或空氣壓縮機進行加壓，也可以在裝置后段設(shè)置真空泵進行減壓，還可以是這些的組合。進而，通過調(diào)節(jié)輸送管的內(nèi)徑或長度，就能隨意設(shè)定氣溶膠發(fā)生室內(nèi)和基板附近的絕對壓力和差壓。
如上所述，氣溶膠中凝聚的二次微粒即使碰撞到基板上也無法形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物，而只是成為壓粉體。借助于本發(fā)明中使用的分級器，先排除在陶瓷構(gòu)造物形成中成為障礙的粗大二次微粒而只選擇一次微粒，而且只讓這些能賦予充分功能的微粒從噴嘴噴射出去，不焙燒就能形成構(gòu)造物。
此外，本發(fā)明中涉及的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的另一種形態(tài)，是在一種使脆性材料超微粒分散于氣體中并使所發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞到基板上來制成脆性材料超微粒的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中，配備能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器。噴射氣溶膠的噴嘴、和能使氣溶膠中脆性材料超微粒的凝聚粉碎的粉碎器。
脆性材料超微粒在氣溶膠發(fā)生器內(nèi)分散于氣體中成為氣溶膠，但它幾乎都會形成粗大的二次微粒。
在即使設(shè)置分級器、氣溶膠中二次微粒的存在比例與一次微粒相比也顯著大的情況下，相對于用氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的氣溶膠中的陶瓷超微粒數(shù)量而言，從噴嘴噴射出來的氣溶膠中的脆性材料超微粒數(shù)量變得非常少，因此，要么形成陶瓷構(gòu)造物的時間很長，要么氣體的使用量龐大，實用化時是令人擔(dān)憂的。
為了解決這個粉體利用率低的問題，氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的氣溶膠用輸送管輸送、導(dǎo)入粉碎器中、使二次微粒粉碎成一次微粒。這種一次微粒的氣溶膠經(jīng)由輸送管充分加速、從噴嘴噴射出來、碰撞到基板上，形成了緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
按照本發(fā)明的另一種形態(tài)，是在一種使脆性材料超微粒分散于氣體中并使所發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞到基板上來制成脆性材料超微粒的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中，配備能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器。噴射氣溶膠的噴嘴、和能使氣溶膠中陶瓷超微粒的凝聚粉碎的粉碎器，以及能將氣溶膠中的脆性材料超微粒分級的分級器。
脆性材料超微粒在氣溶膠發(fā)生器內(nèi)分散于氣體中成為含有許多二次微粒的氣溶膠，并導(dǎo)入粉碎器中粉碎成一次微粒，但即使在這種情況下要把所有二次微粒都轉(zhuǎn)化成一次微粒在現(xiàn)實上是困難的，總會以混雜一些二次微粒的方式導(dǎo)出而進入輸送管中。如果有粗大的二次微粒存在，則陶瓷構(gòu)造物形成時會有一部分以未成為緻密質(zhì)的方式進入內(nèi)部或附著在構(gòu)造物表面上而妨礙隨后的構(gòu)造物形成，或切削所形成的構(gòu)造物等的問題。
因此，通過在粉碎器后段設(shè)置分級器來排除混雜的二次微粒，使得只有能參與陶瓷構(gòu)造物形成的微細一次微粒才能從噴嘴噴射出來。
按照本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的一種形態(tài)是配備能控制基板與噴嘴的相對位置的位置控制手段。
基板設(shè)置在一個能控制諸如上下(Z)、前后左右(XY)、角度(θ)方向的位置的臺上，在構(gòu)造物制作過程中若使基板位置前后左右移動，就能制成構(gòu)造物面積比噴嘴開口部大的構(gòu)造物。關(guān)于堆積厚度，通過調(diào)節(jié)來自噴嘴的陶瓷超微粒噴射量以及基板的固定時間或移動速度，就能隨意設(shè)定。若按照堆積厚度來控制上下方向的位置，就能使噴嘴與陶瓷構(gòu)造物之間的距離保持恒定。
進而，如果把噴嘴安裝在一個由計算機控制等的屈伸自如的移動臂尖端上，在控制上下(Z)、前后左右(XY)、角度(θ)方向的位置的同時，邊在具有曲面或角度的復(fù)雜形狀物表面上繪畫邊進行堆積操作，就能在復(fù)雜形狀物上進行陶瓷構(gòu)造物被覆。
本發(fā)明涉及的氣溶膠發(fā)生器的一種形態(tài)，是配備能收容脆性材料超微粒的容器、能給此容器以機械振動作用的振動裝置、能施加電場的電場發(fā)生裝置中至少任意一種，所述容器有用于導(dǎo)入所述氣體的導(dǎo)入部、和用于導(dǎo)出所述氣溶膠的導(dǎo)出部。
脆性材料超微粒是作為粉體填充到容器內(nèi)的。從導(dǎo)入部導(dǎo)入的氣體把脆性材料超微粒卷揚起來，在容器內(nèi)發(fā)生氣溶膠。氣溶膠從導(dǎo)出部導(dǎo)出。導(dǎo)入部是諸如呈管狀的，插入埋沒于脆性材料超微粒粉體內(nèi)部，并從粉體內(nèi)部放出氣體。給予容器的機械振動作用不僅能賦予用來使陶瓷超微粒卷揚起來的動能，而且在導(dǎo)入部埋沒于脆性材料超微粒粉體內(nèi)部的情況下具有向?qū)氩块_口附近新供給周圍粉體和穩(wěn)定地發(fā)生氣溶膠的作用。此外，振動裝置的振幅、振動速度可以隨意設(shè)定，從而能適當調(diào)節(jié)卷揚起來的超微粒數(shù)量。
另一方面，在填充于介電體材質(zhì)的容器內(nèi)、能接觸帶電的脆性材料超微粒粉體的周圍用能施加交流電壓的電場發(fā)生裝置或能用摩擦產(chǎn)生靜電的電場發(fā)生裝置形成電場時，脆性材料超微粒受庫侖力作用而從容器壁面浮上，然后進入從導(dǎo)入部導(dǎo)入的氣流中成為氣溶膠，并從導(dǎo)出部導(dǎo)出。通過調(diào)整電場發(fā)生裝置的輸出功率(出力)以調(diào)節(jié)所給予的電場強度，就能適當控制氣溶膠中所含的脆性材料超微粒數(shù)量。此外，強制性地使脆性材料超微粒的帶電電荷與某一方的電荷一致也是有效的手段。在這種情況下，既可以考慮預(yù)先進行帶電處理，也可以考慮與帶電處理平行地進行電場賦予。例如，如果對脆性材料超微粒粉體進行電暈放電或照射γ射線等射線以附加或剝奪電子，在使一次微粒帶電的同時施加直流電壓，就能使脆性材料超微粒一個接一個地浮起而成為氣溶膠，與此同時，靠靜電力凝聚的二次微粒的粉碎也是可以期待的。
按照本發(fā)明的分級器的一種形態(tài)是氣溶膠發(fā)生器的導(dǎo)出部。即，在氣溶膠發(fā)生器內(nèi)設(shè)置分級器。例如，采用將管狀導(dǎo)入部埋沒于容器內(nèi)的粉體內(nèi)部而將管狀導(dǎo)出部設(shè)置于容器上方的上述構(gòu)成的氣溶膠發(fā)生器，容器內(nèi)卷揚起來的脆性材料超微粒在容器內(nèi)的空間中分散時，在高度方向上的存在比例因其重量而異。像二次微粒這樣重量比較大的微粒不能飄浮到高處，反之，像一次微粒這樣重量比較小的微粒受重力影響小，而且容易受到氣體引起的阻力，因而能卷揚得比較高。因此，在高度方向上適當設(shè)定導(dǎo)出部的位置，就可以只選擇能參與陶瓷構(gòu)造物形成的一次微粒。含有經(jīng)選擇和調(diào)節(jié)了數(shù)量的一次微粒的氣溶膠經(jīng)由輸送管從噴嘴噴射、堆積到基板上，形成了緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
按照本發(fā)明的氣溶膠發(fā)生器的另一種形態(tài)是，在所述容器中設(shè)置篩，同時配備能給容器以機械振動作用的振動裝置。例如，在這種氣溶膠發(fā)生器中，在容器上方設(shè)置篩，并將脆性材料超微粒粉體填充于此。由振動裝置給予了機械振動的脆性材料超微粒，只有篩分成所設(shè)定的篩的孔徑以下者才會靠重力落下，進入從設(shè)置于容器下方的導(dǎo)入部與導(dǎo)出部之間流過的氣流中而成為氣溶膠，再從導(dǎo)出部導(dǎo)出。通過調(diào)節(jié)篩的孔徑和篩孔面積以及調(diào)節(jié)振動裝置的振幅、振動速度，就能調(diào)節(jié)落下的脆性材料超微粒的最大粒徑或數(shù)量，從而有能發(fā)生、供給穩(wěn)定的氣溶膠這樣的便利性，配備了這樣的氣溶膠發(fā)生器的陶瓷構(gòu)造物制作裝置在氣溶膠從噴嘴向基板上噴射堆積時，使基板以恒定速度前后左右移動，就能得到恒定堆積厚度的陶瓷構(gòu)造物，因而是較好的。
按照本發(fā)明的粉碎器的一種形態(tài)，其特征在于配備分別用于導(dǎo)入、導(dǎo)出所述氣溶膠的導(dǎo)入部和導(dǎo)出部，以及能使所述氣溶膠碰撞的沖擊板，并使氣溶膠以低于所述陶瓷超微粒的構(gòu)造物制作速度的低速碰撞沖擊板，從而使呈粗大凝聚狀態(tài)的超微粒粉碎。如上所述，脆性材料超微粒幾乎都作為凝聚粒的二次微粒存在，但用氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的含有二次微粒的氣溶膠從粉碎器的導(dǎo)入部作為加速的噴射狀氣溶膠流導(dǎo)入，與設(shè)在下游的沖擊板碰撞。此時氣溶膠流中脆性材料超微粒的速度為每秒200m以下是適當?shù)?。碰撞的二次微粒因該沖擊而粉碎成為微細粒子(一次微粒)，反射回來再次進入氣流中，作為結(jié)果，轉(zhuǎn)化成含有較多一次微粒的氣溶膠。這種含有較多一次微粒的氣溶膠適合于形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
此外，相對于導(dǎo)入的氣溶膠流的行進方向而言，若沖擊板的角度為30～60度，則微粒的反射方向容易保持一致，因而較好。尤其，當把反射方向設(shè)定在重力矢量的逆方向上時，通過適當設(shè)定碰撞的脆性材料超微粒的速度以及粉碎器內(nèi)的壓力，就能控制脆性材料超微粒反射后向空間中的飛舞，例如，如果將導(dǎo)出部設(shè)置在離沖擊板較高的位置上，則利用這種飛舞高度就容易地賦予粉碎器以分級作用。
本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，借助于前置的氣體鋼瓶或空氣壓縮機、后置的真空泵，可以把裝置內(nèi)的壓力隨意控制在從真空到大氣壓以上的范圍內(nèi)，例如，如果把粉碎器內(nèi)的壓力控制在100Pa～大氣壓，則可以高精度地使脆性材料超微粒的反射方向保持一致，從而可以期待微粒利用率的提高或粉碎器的小型化，而如果控制在大氣壓以上，則脆性材料超微粒容易受到氣體阻力，從而可以期待分級效果的提高。
按照本發(fā)明的粉碎器的另一種形態(tài)，其特征在于給粉碎器配備多個導(dǎo)入部，使這種導(dǎo)入部噴射出來的多股氣溶膠流互相碰撞、粉碎。
由氣溶膠發(fā)生器發(fā)生的含有二次微粒的氣溶膠從粉碎器的多個導(dǎo)入部作為加速的噴射狀氣溶膠流導(dǎo)入，這多股氣溶膠流彼此互相碰撞，給所含的二次微粒以沖擊、粉碎。因此，轉(zhuǎn)化成含有較多一次微粒的氣溶膠。這種含有較多一次微粒的氣溶膠適合于形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
按照本發(fā)明的粉碎器的又一種形態(tài)，其特征在于對所述氣溶膠照射超聲波和/或微波。例如，在從氣溶膠發(fā)生器通往噴嘴的管狀輸送管途中設(shè)置超聲波照射部件，對含有較多二次微粒的氣溶膠照射超聲波。超聲波是借助于壓電振動子用電發(fā)生的，用作為共振體的超聲波角增幅等，并傳遞到超聲波照射部、進而照射到氣溶膠上。氣溶膠中的二次微粒被超聲波的機械微振動粉碎而轉(zhuǎn)化成一次微粒。這種含有較多一次微粒的氣溶膠適合于形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
另一方面，作為脆性材料超微粒凝聚而形成粗大二次微粒的一個重要原因，可以列舉水分引起的微粒彼此附著。因此，在輸送管途中設(shè)置微波發(fā)生器，對氣溶膠照射水的高頻電感加熱時所用的振動數(shù)2450MHz或其附近的微波，使二次微粒中的水分加熱而瞬時蒸發(fā)，就可以排除凝聚的要因，從而使粉碎成一次微粒成為可能。這種含有較多一次微粒的氣溶膠適合于形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物。
上述各種粉碎器加以組合還可以進一步提高效果。
附圖簡單說明

圖1是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例1說明圖。
圖2是相同復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的氣溶膠發(fā)生器的剖視模式圖。
圖3是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例2說明圖。
圖4是實施例2的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的氣溶膠發(fā)生器的剖視模式圖。
圖5是實施例2的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的粉碎器的剖視模式圖。
圖6是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例3說明圖。
圖7是實施例4涉及的氣溶膠發(fā)生器的剖視模式圖。
圖8是實施例5涉及的粉碎器的剖視模式圖。
圖9是實施例6涉及的粉碎器的剖視模式圖。
圖10是實施例7涉及的粉碎器的剖視模式圖。
圖11是鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物的TEM照片。
圖12是PZT原料微粒的TEM照片。
圖13是從TEM照片上計數(shù)的構(gòu)造物中晶粒粒度分布圖。
圖14是鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物形成前氧化硅基板的SEM照片。
圖15是鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物形成后與氧化硅基板的邊界部的TEM照片。
圖16是在玻璃上形成的氧化鋁構(gòu)造物的TEM照片。
圖17是表示原料微粒的內(nèi)部應(yīng)變與膜厚之間的關(guān)系圖。
圖18是相當于圖17中點A的微粒的SEM照片。
圖19是相當于圖17中點B的微粒的SEM照片。
圖20是相當于圖17中點C的微粒的SEM照片。
發(fā)明最佳實施形態(tài)實施例1圖1是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例1的示意圖，其中，內(nèi)藏氦氣的氣體鋼瓶11經(jīng)由輸送管12連接氣溶膠發(fā)生器13，進而經(jīng)由輸送管連接構(gòu)造物形成室14，在形成室14內(nèi)設(shè)置具有5mm×0.5mm長方形開口的噴嘴15。在用計算機控制可以上下(Z)、前后左右(XY)移動的基板固定器17上配置金屬鋁(Al)平板狀基板16，使之以10mm間隔正對著噴嘴。構(gòu)造物形成室14連接泵18。
此外，本發(fā)明中作為原料微粒使用的是有內(nèi)部應(yīng)變的微粒，因而，作為用來賦予原料微粒以內(nèi)部應(yīng)變的前處理裝置，在鄰接氣溶膠發(fā)生器13等的部位配置行星式研磨機或磨。然而，把在別的地方進行了前處理的原料微粒輸送到這里來使用也是可以的。
圖12是實施例1使用的氣溶膠發(fā)生器13的剖視模式圖。氣溶膠發(fā)生器13是在容器131內(nèi)裝入預(yù)先用真空干燥法充分除去吸附水分的、平均一次粒徑0.5μm的氧化鋁(Al2O3)陶瓷超微粒粉體132，設(shè)置與圖2中沒有顯示的輸送管12連接的導(dǎo)入部133，使其埋沒于陶瓷超微粒粉體132中。在容器131上方配置可以上下滑動的導(dǎo)出部134，并與圖2中沒有顯示的輸送管12連接。在容器131上連接能提供機械振動作用的振動器135，此外，圖中的箭頭表示氣體和氣溶膠136的流動方向。
包含以上構(gòu)成的陶瓷構(gòu)造物制作裝置的作用描述如下。打開氣體鋼瓶11，使氦氣以流量2.5升/分經(jīng)由輸送管12從氣溶膠發(fā)生器13的導(dǎo)入部133導(dǎo)入，使容器131內(nèi)有內(nèi)部應(yīng)變的陶瓷超微粒粉體132卷揚起來，從而發(fā)生氣溶膠136。此時，借助于振動器135的機械振動作用，陶瓷超微粒粉體132依次供給到導(dǎo)入部133的開口附近，因而可以穩(wěn)定地發(fā)生氣溶膠136。氣溶膠136中的陶瓷超微粒中凝聚形成二次微粒者因其重量比較大而無法飄浮到高處。與此相反，重量小的一次微粒或比這更小的微?？梢燥w舞到容器內(nèi)的上方。因此，導(dǎo)出部134只要滑動并適當設(shè)定高度方向的位置就能起到分級器的作用，從而選擇、導(dǎo)出所希望粒徑的陶瓷超微粒。導(dǎo)出的氣溶膠136經(jīng)由輸送管12從噴嘴15高速向基板16上噴射。氣溶膠136的噴射速度可以借助于噴嘴15的形狀、輸送管12的長度、內(nèi)徑、氣體鋼瓶11的氣體壓力、排氣泵18的排氣量等進行控制。通過這些控制，例如通過使氣溶膠發(fā)生器13的內(nèi)壓達到數(shù)萬Pa、使構(gòu)造物形成室14的內(nèi)壓達到數(shù)百Pa，造成它們之間的壓差，就能使噴射速度加速到從亞音速到超音速的范圍。充分加速而得到了動能的氣溶膠136中的陶瓷超微粒碰撞到基板16上，其中擊能使之破碎成微細斷片，這些微細斷片粒子粘合到基板上而且彼此互相粘結(jié)，形成了緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物?；?6在10分鐘的構(gòu)造物形成操作中借助于基板固定器17做前后5mm的往復(fù)運動。通過這種控制，氧化鋁陶瓷構(gòu)造物的堆積厚度可以達到約50μm。進而，若延長構(gòu)造物形成時間，就能與此成比例地增加堆積厚度。這種陶瓷構(gòu)造物均能達到與焙燒品大致相同的硬度，因而，此后沒有必要再用加熱操作進行焙燒。
實施例2圖3是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例2示意圖，復(fù)合構(gòu)造物制作裝置20中產(chǎn)生壓縮空氣的空氣壓縮機21經(jīng)由輸送管22連接到氣溶膠發(fā)生器23上，進而在下游側(cè)設(shè)置粉碎器24，并連接到有10mm×0.5mm的長方形開口的噴嘴25上。在大氣壓開放氣氛下，讓可以上下(Z)、前后左右(XY)移動的基板固定器26上的金屬鋁(Al)基板27對著噴嘴，配置在距離其尖端2mm間隔的位置。
圖4是實施例2使用的氣溶膠發(fā)生器23的剖視模式圖，在容器231中水平配置與圖4中沒有顯示的輸送管22連接的導(dǎo)入部232，和與同樣沒有顯示的輸送管22連接的導(dǎo)出部233。在導(dǎo)入部232和導(dǎo)出部233的上部配置孔徑100μm的篩235，其中收容了預(yù)先用真空干燥法充分去除吸附水分的、平均一次粒徑0.5μm的氧化鋁(Al2O3)陶瓷超微粒粉體234。此外，容器231連接能提供機械振動作用的振動器236。
圖5是實施例2使用的粉碎器24的剖視模式圖，在容器241的下方設(shè)置與圖5中沒有顯示的輸送管22連接的圓管狀導(dǎo)入部242，在其下游以對氣溶膠的導(dǎo)入方向成45度的角度配置沖擊板243。在沖擊板243的上方設(shè)置與圖5中沒有顯示的輸送管22連接的、可上下滑動的導(dǎo)出部244。此外，圖中的箭頭表示氣溶膠245的流動方向。
包含以上構(gòu)成的陶瓷構(gòu)造物制作裝置20的作用描述如下。啟動空氣壓縮機21，壓縮空氣以流量15升/分經(jīng)由輸送管22從氣溶膠發(fā)生器23的導(dǎo)入部232導(dǎo)入。在與平行配置于下游側(cè)的導(dǎo)出部233之間形成氣流。借助于振動器236使容器23振動，使篩分成粒徑100μm以下的陶瓷超微粒從收容了陶瓷超微粒粉體234的篩235落下。陶瓷超微粒進入氣流中，成為含有較多二次微粒的氣溶膠237，經(jīng)由輸送管22導(dǎo)入粉碎器24中。粉碎器24的導(dǎo)入部242是開口斷面收縮的，氣溶膠237呈噴射狀碰撞沖擊板243，使所含有的二次微粒粉碎到一次微粒或與其接近的粒徑，反射成為氣溶膠245，并卷揚到容器241的上方。導(dǎo)出部244若滑動并適當設(shè)定于高度方向的位置就會起到分級器的作用，從而能選擇、導(dǎo)出所希望粒徑的陶瓷超微粒。
從粉碎器24導(dǎo)出的含有較多一次微粒的氣溶膠245從噴嘴25向基板27高速噴射。氣溶膠的噴射速度借助于來自空氣壓縮機21的氣體流量控制在亞音速到超音速的范圍。充分加速而得到了動能的氣溶膠中的陶瓷超微粒碰撞到基板27上，因其沖擊能而破碎成微細斷片，這些微細斷片粒子粘合到基板上，而且相互粘結(jié)，從而形成了緻密質(zhì)的氧化鋁陶瓷構(gòu)造物。用上述操作形成的陶瓷構(gòu)造物的堆積厚度是每1分鐘約0.5μm堆積厚度隨時間的推移而增加。進而，若適當啟動基板固定器26以使基板27移動，就能制作所希望形狀的陶瓷構(gòu)造物。
實施例3圖6是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置的實施例3示意圖。復(fù)合構(gòu)造物制作裝置30的噴嘴31經(jīng)由可撓材質(zhì)制成的輸送管32連接到圖中未顯示的氣溶膠發(fā)生器上。進而，噴嘴31保持在用計算機33控制的屈伸自如的移動臂34的尖端上，并對準作為基板的復(fù)雜形狀物35。
包含以上構(gòu)成的陶瓷構(gòu)造物制作裝置30的作用描述如下。陶瓷超微粒從圖中未顯示的氣溶膠發(fā)生器經(jīng)由輸送管32輸送、從噴嘴31高速噴射、堆積到復(fù)雜形狀物35的表面上。移動臂34與復(fù)雜形狀物35的陶瓷構(gòu)造物被覆對象表面間隔一定距離，用計算機33控制，使之能以描繪該表面的方式移動。因此，在復(fù)雜形狀物35表面上能以一定堆積厚度被覆陶瓷構(gòu)造物。
實施例4圖7是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中可以使用的、作為實施例4的氣溶膠發(fā)生器40的剖視模式圖，其中，特氟隆材質(zhì)的容器41上設(shè)置與圖上未顯示的輸送管連接的導(dǎo)入部42和導(dǎo)出部43，周圍配置作為電場發(fā)生裝置的圓環(huán)狀電極44，并在其間留有多個間隔。電極是用導(dǎo)線45與交流電源46連接的。在容器41內(nèi)，收容了氧化鋁(Al2O3)陶瓷超微粒粉體47。此外，圖中的箭頭表示氣體和氣溶膠的流動方向。
包含以上構(gòu)成的氣溶膠發(fā)生器40的作用描述如下。在電阻高的氧化鋁等的情況下，因自然狀態(tài)下粒子相互接觸帶電等而使超微粒發(fā)生兩極性帶電者居多。若將交流電源46接通、在電極44之間施加交流電壓、從而在粉末周圍產(chǎn)生強大電場，則陶瓷超微粒粉體47就會受到與其帶電電荷相應(yīng)的庫侖力而在容器41內(nèi)飄浮。在這種狀態(tài)下，經(jīng)由圖中未顯示的輸送管從導(dǎo)入部42導(dǎo)入氣體，就會成為氣溶膠48而從導(dǎo)出部43導(dǎo)出。通過適當設(shè)定在容器41內(nèi)發(fā)生的電場強度，就能控制陶瓷超微粒的飄浮量，因此，設(shè)定所希望的氣溶膠48的濃度是容易的。
實施例5圖8是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中可以使用的、作為實施例5的粉碎器50的剖視模式圖，其中，在容器51的下部設(shè)置與圖上未顯示的輸送管連接的導(dǎo)入部52和導(dǎo)入部53，使得彼此的氣溶膠導(dǎo)入方向的延長線相互交叉，并在上部設(shè)置與圖上未顯示的輸送管連接、可以上下滑動的導(dǎo)出部54。此外，圖中的箭頭表示氣溶膠的流動方向。
包含以上構(gòu)成的粉碎器50的作用描述如下。從輸送管輸送的氣溶膠55先由導(dǎo)入部52和導(dǎo)入部53分割，并以在容器51內(nèi)成為噴射狀的方式導(dǎo)入、碰撞。此時，氣溶膠55中陶瓷超微粒的二次微粒彼此碰撞而粉碎，轉(zhuǎn)化成一次微粒或粒徑與其接近的微粒。然后，氣溶膠55在容器51內(nèi)卷揚起來。導(dǎo)出部54若滑動并適當設(shè)定高度方向的位置，就能起到分級器的作用，從而可以選擇、導(dǎo)出所希望粒徑的陶瓷超微粒。
實施例6圖9是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中可以使用的、作為實施例6的粉碎器60的剖視模式圖，其中，圓管狀超聲波照射部61配置于輸送管62的途中，并經(jīng)由超聲波角63連接壓電振動子64。壓電振動子64借助于導(dǎo)線65連接超聲波振蕩器66。超聲波振蕩器66與圖上未顯示的電源連接。此外，圖中的箭頭表示氣溶膠的流動方向。
包含以上構(gòu)成的粉碎器60的作用描述如下。借助于超聲波振蕩器66使壓電振動子64振動，從而發(fā)生高頻超聲波。高頻超聲波借助于超聲波角63增幅并傳播到超聲波照射部61，在此，高頻超聲波向圓管中心匯聚而以大的聲壓照射。另一方面，來自輸送管62的氣溶膠67向超聲波照射部61導(dǎo)入，所含有的二次微粒受到高頻超聲波的微細振動的作用，粉碎成一次微粒或粒徑與其接近的微粒?？諝庵械某暡ㄓ捎跉怏w壓力越高聲壓水平越不會衰減因而容易傳播，因此，把氣溶膠67的氣體壓力設(shè)定在大氣壓以上就能提高粉碎效率，因而是所希望的。
實施例7圖10是復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中可以使用的、作為實施例7的粉碎器70的剖視模式圖，其中，圓管狀微波照射部71配置于輸送管72的途中，圍繞著此管配置微波振蕩器73，并經(jīng)由導(dǎo)線74連接電源75。
包含以上構(gòu)成的粉碎器70的作用描述如下。借助于電源75使微波振蕩器73發(fā)生頻率2450MHz的微波。另一方面，來自輸送管72的氣溶膠76向微波照射部61導(dǎo)入，并照射微波。所含有的二次微粒中含有的、成為凝聚的重要原因的極性分子的水分，由于微波照射的介電損失而發(fā)熱，從而瞬時蒸發(fā)。因此，使一次微粒彼此脫離而粉碎。
實施例8圖11是利用本發(fā)明涉及的復(fù)合構(gòu)造物制作方法中的超微粒子束堆積法在氧化硅基板上形成的鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物的TEM照片，圖12是超微粒子束堆積法使用的PZT原料微粒的TEM照片，圖13是從TEM照片上計數(shù)的構(gòu)造物中的晶粒粒度分布圖。
原料微粒的內(nèi)部應(yīng)變是約1％，原料微粒的粒徑是數(shù)百nm大小。另一方面，從圖得到的構(gòu)造物的晶粒粒徑幾乎都在40nm以下，而且觀察到這些晶粒不留空隙地結(jié)合在一起，未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶方位的取向性，進而結(jié)晶粒界上不存在玻璃層。
此外，圖14是觀察鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物形成前氧化硅基板的表面糙度的SEM照片，圖15是鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物形成后與氧化硅基板的邊界部的TEM照片，比較這些圖片時，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋯酸鉛(PZT)構(gòu)造物有一部分嵌入氧化硅基板中而成為錨固部。
這種構(gòu)造物的硬度以維卡斯硬度計實測為300～500kgf/mm2，具備與焙燒品大致相同的機械特性。
實施例9圖16中顯示利用相同的超微粒子束堆積法在玻璃上形成的、體積為2×10-9m3的氧化鋁構(gòu)造物的TEM照片，而圖17中顯示所使用的氧化鋁的原料微粒的TEM照片。
原料微粒的內(nèi)部應(yīng)變是約1％，原料微粒的粒徑是約400nm，用X射線衍射測定法(測定儀器是MAC Science公司制MXP-18)中的Scherrer & Hall方法判明，構(gòu)成原料微粒的晶粒粒度是24nm。另一方面，構(gòu)造物的晶粒粒徑用X射線衍射測定法得到9.8nm的值，從而知道是包含來自原料微粒的微細晶粒的多結(jié)晶體。
從圖16可以看出，在晶粒彼此的界面上未觀察到原子排列呈無規(guī)狀態(tài)的粒界層(玻璃層)，晶粒彼此是直接粘合的。觀察到這些晶粒是長寬比無論如何不超過2的粒狀物，結(jié)晶方位的取向性是無規(guī)的，而且是緻密質(zhì)的。
這種構(gòu)造物的硬度以維卡斯硬度計實測為1000kgf/mm2以上的值，具備與焙燒品大致相同的機械性能。
實施例10對實施例8和9中使用的原料微粒預(yù)先實施前處理以形成內(nèi)部應(yīng)變。另一方面，在使用無內(nèi)部應(yīng)變的原料微粒的情況下，不能得到較好的結(jié)果。
因此，圖17中顯示了關(guān)于內(nèi)部應(yīng)變與膜厚的關(guān)系的實驗結(jié)果。實驗是用行星式磨對純度99.6％的氧化鋁微粒進行粉碎處理，使微粒的表征發(fā)生變化之后，用超微粒子束堆積法在鋁基板上形成構(gòu)造物。微粒的內(nèi)部應(yīng)變用X射線衍射法測定，應(yīng)變量是以對相同微粒實施熱老化而除去了內(nèi)部應(yīng)變的狀況作為0％為基準的。
進而，圖17中的點A、B、C上的微粒的SEM照片(日立公司制In-lens SEM S-5000)顯示于圖18、圖19和圖20中。
從圖17可以看出，內(nèi)部應(yīng)變較好的是0.25％～2.0％的內(nèi)部應(yīng)變。龜裂與內(nèi)部應(yīng)變之間的關(guān)系是，在無內(nèi)部應(yīng)變的情況下如圖18中所示那樣不發(fā)生電裂，但若內(nèi)部應(yīng)變達到一定值以上、在本專利的情況下達到2.0％以上則完全形成龜裂，進而，脫落的碎片會附著到表面上而成為如圖20中所示那樣的再凝聚狀態(tài)。
這樣給微粒以應(yīng)變的粉碎處理，較好的是采用能提供用于與微粒有關(guān)的粉碎的大沖擊力的粉碎手段。這是由于能賦予微粒以比較均等和大的應(yīng)變。作為這樣的粉碎手段，較好采用能提供比陶瓷粉碎處理中常用的球磨機更大的重力加速度的振動磨、超微研磨機或行星式磨，尤其最好采用能提供與球磨機相比格外大的重力加速度的行星式磨。若著眼于微粒的狀態(tài)，則由于龜裂抵銷了內(nèi)部應(yīng)變，因而最好的是使用提高內(nèi)部應(yīng)變直至臨發(fā)生龜裂前的微粒。圖19中所示的狀態(tài)是發(fā)生了若干龜裂但仍殘存充分的內(nèi)部應(yīng)變的狀態(tài)。
如以上所說明的，本發(fā)明涉及的復(fù)合構(gòu)造物是在基材表面上形成由陶瓷或半金屬等脆性材料組成的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物，所述構(gòu)造物是多結(jié)晶的，構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶是實質(zhì)上沒有結(jié)晶取向性的，而且在所述結(jié)晶彼此的界面上實質(zhì)上不存在由玻璃質(zhì)組成的粒界層，進而，所述構(gòu)造物的一部分嵌入基材表面而成為錨固部，因而與基材的粘合強度優(yōu)異、構(gòu)造物本身的密度高、構(gòu)成微粒的粒徑均勻且極小。因此，可以期待以往所沒有的機械特性、電特性、化學(xué)特性。
進而，若采用本發(fā)明涉及的復(fù)合構(gòu)造物的制作方法，則無需焙燒就能形成高密度的緻密質(zhì)的復(fù)合構(gòu)造物。
此外，采用按照本發(fā)明的陶瓷構(gòu)造物制作裝置、穩(wěn)定地發(fā)生陶瓷超微粒氣溶膠、使氣溶膠中的二次微粒粉碎后堆積，就能適當形成緻密質(zhì)的陶瓷構(gòu)造物，而且即使以恒定速度移動基板或噴嘴，也能保持恒定堆積厚度。
實施例11本實施例涉及非化學(xué)量論缺損。
首先，用純度99.8％的氧化鋁微粒，借助于改變氣溶膠中的氣體種、氣體分壓的本發(fā)明超微粒子束堆積法，在黃銅基材上形成膜厚8μm的氧化鋁薄膜陶瓷構(gòu)造物。這種構(gòu)造物的電阻率(體積固有電阻值)測定值顯示如下A氮氣100％時體積固有電阻值＝4.2×1010Ω·cmB氮氣50％、氧氣50％時體積固有電阻值＝2.0×1014Ω·cm此外，文獻上記載的氧化鋁體積固有電阻值是1014-15Ω·cm，一般已知的是氧化鋁中氧的缺損會產(chǎn)生電子傳導(dǎo)性、離子傳導(dǎo)性，并成為電阻值下降的固體電解質(zhì)，而且純氧化鋁的體積固有電阻值可以用來作為氧缺損量的代用特性。
實施例12本實施例涉及結(jié)晶取向性。
用平均粒徑0.4μm的氧化鋁微粒，借助于本發(fā)明的超微粒子束堆積法，在不銹鋼基板上形成厚度20μm的氧化鋁構(gòu)造物。這種構(gòu)造物的結(jié)晶取向性是用X射線衍射法(MAC Science公司制MXP-18)測定的。結(jié)果列于表1中。
表1中列出一種代表性面形的4個峰點的積分強度計算結(jié)果，用以{hk1}＝{113}為100的強度比表示。從左起依次記載用薄膜光學(xué)系測定原料微粒的結(jié)果、用薄膜光學(xué)系測定構(gòu)造物的結(jié)果、TCPDS Card74-1081剛玉氧化鋁數(shù)據(jù)、用集中光學(xué)系測定原料微粒的結(jié)果。
由于原料微粒的集中光學(xué)系測定結(jié)果和薄膜光學(xué)系測定結(jié)果幾乎相等，因而，把原料粉體的薄膜光學(xué)系測定結(jié)果作為無取向狀態(tài)的基準，把此時的構(gòu)造物強度比偏差用百分率表示列于表2中。以{113}為基準，其它三個峰的偏差均在11％范圍內(nèi)，因此可以說該構(gòu)造物實質(zhì)上無結(jié)晶取向性。
表1

表2

產(chǎn)業(yè)上利用的可能性按照本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)造物可以在各種基材上一體地形成任意厚度的陶瓷構(gòu)造物，因而可以用于微細機械部件、磁頭耐磨耗涂層、靜電卡盤、滑動部件、金屬模具等的耐磨耗涂層與摩耗部、缺損部的修補、靜電馬達的絕緣涂層、人造骨、人造齒根、電容器、電子回路部件、氧傳感器、氧泵、閥門的滑動部件、應(yīng)變儀、壓敏傳感器、壓電致動器、壓電變壓器、壓電蜂鳴器、壓電過濾器、光閘、汽車爆震傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、防振板、切削加工用工具、復(fù)印機轉(zhuǎn)鼓的表面涂層、多結(jié)晶太陽電池、色素增敏型太陽電池、櫥具及其它刀具的表面涂層、圓珠筆的珠子、溫度傳感器、顯示器的絕緣涂層、超導(dǎo)體薄膜、約瑟夫遜結(jié)器件、超塑性構(gòu)造體、陶瓷發(fā)熱體、微波介電體、斥水涂層、防反射膜、熱反射膜、紫外線吸收膜、層間絕緣膜(IMD)、淺槽絕緣(STI)等。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合構(gòu)造物，它是一種在基材表面上形成由陶瓷或半金屬等脆性材料組成的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物，其特征在于所述構(gòu)造物是多結(jié)晶的，構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶是實質(zhì)上無結(jié)晶取向性的，而且在所述結(jié)晶彼此的界面上實質(zhì)上不存在由玻璃層組成的粒界層，進而，所述構(gòu)造物的一部分嵌入基材表面而成為錨固部。
2.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶不伴隨熱引起的晶粒生長。
3.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于所述構(gòu)造物是平均晶粒粒徑在500nm以下、緻密度在70％以上的。
4.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于所述構(gòu)造物是平均晶粒粒徑在100nm以下、緻密度在95％以上的。
5.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于所述構(gòu)造物是平均晶粒粒徑在50nm以下、緻密度在99％以上的。
6.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶的長寬比在2.0以下。
7.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于在構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶的界面上，除構(gòu)成結(jié)晶的主要元素以外的元素不發(fā)生偏析。
8.權(quán)利要求1記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于在構(gòu)成所述構(gòu)造物的結(jié)晶界面附近有非化學(xué)量論的缺損部。
9.權(quán)利要求8記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于所述結(jié)晶是金屬氧化物，且所述非化學(xué)量論的缺損部呈現(xiàn)基于氧缺損的非化學(xué)量論性。
10.權(quán)利要求1～9中任何一項記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于所述基材是玻璃、金屬、陶瓷或有機化合物。
11.復(fù)合構(gòu)造物的制作方法，其特征在于在進行了對脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后，使賦予了這種內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒高速碰撞基材表面，通過這種碰撞的沖擊使所述脆性材料微粒變形或破碎，經(jīng)由這種變形或破碎而產(chǎn)生的活性新生面發(fā)生微粒彼此再結(jié)合，同時在與基材的邊界部上其一部分嵌入基材表面而形成由多結(jié)晶脆性材料組成的錨固部，隨后在這個錨固部上形成由多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物。
12.復(fù)合構(gòu)造物的制作方法，其特征在于在進行了對脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后，把賦予了這種內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒盛放在基材表面上，對這種脆性材料微粒施加機械沖擊力，借助于該沖擊使所述脆性材料微粒變形或破碎，經(jīng)由這種變形或破碎而產(chǎn)生的活性新生面發(fā)生微粒彼此再結(jié)合，同時在與基材的邊界部上其一部分嵌入基材表面而形成由多結(jié)晶脆性材料組成的錨固部，并在這個錨固部上形成由相同多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物。
13.權(quán)利要求11或12記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，對所述脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟是以不發(fā)生再凝聚的程度對所述微粒施加沖擊的步驟。
14.權(quán)利要求11或12記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，用所述施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟所賦予的內(nèi)部應(yīng)變在0.25％～2.0％的范圍內(nèi)。
15.權(quán)利要求11記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，進行了施加所述內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后的脆性材料微粒的平均粒徑為0.1～5μm、對所述基材碰撞時所述脆性材料微粒的速度是50～450m/s。
16.權(quán)利要求11記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，進行了施加所述內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后的脆性材料微粒的平均粒徑為0.1～5μm、對所述基材碰撞時所述脆性材料微粒的速度是150～400 m/s。
17.權(quán)利要求11～16記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，這種制作方法是在室溫下進行的。
18.權(quán)利要求11或12記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，在形成所述由多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物之后，在該脆性材料的熔點以下的溫度加熱處理，進行結(jié)晶的組織控制。
19.權(quán)利要求11或12記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，這種制作方法是在減壓下進行的。
20.權(quán)利要求11、15或16記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其中，使脆性材料微粒高度碰撞所述基材表面的手段是使脆性材料微粒分散于氣體中所形成的氣溶膠高速向基板材料噴射。
21.權(quán)利要求20記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，控制所述氣體的種類和/或分壓，以控制構(gòu)成由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的化合物的元素缺損量。
22.權(quán)利要求20記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，控制所述氣體中的氧氣分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物中的氧濃度。
23.權(quán)利要求20記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，所述脆性材料微粒使用的是氧化物，控制所述氣體中的氧氣分壓，以在由所述脆性材料組成的構(gòu)造物中的結(jié)晶界面附近形成所述氧化物的氧缺損層。
24.權(quán)利要求20記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，控制所述氣體的種類和/或分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的電特性、機械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁特性。
25.權(quán)利要求20記載的復(fù)合構(gòu)造物制作方法，其特征還在于，控制所述氣體中的氧氣分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的電特性、機械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁特性。
26.一種用于在基材表面上形成構(gòu)造物的脆性材料微粒，其特征在于這種微粒被賦予必要的內(nèi)部應(yīng)變，能在與基材碰撞或給予機械沖擊時變形或破碎而生成活性新生面。
27.權(quán)利要求26記載的脆性材料微粒，其特征還在于，這種微粒的內(nèi)部應(yīng)變是0.25％～2.0％。
28.權(quán)利要求26記載的脆性材料微粒，其特征還在于，這種微粒的平均粒徑是0.1～5μm。
29.復(fù)合構(gòu)造物，它是在進行了對脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后，使賦予了這種內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒高速碰撞基材表面，通過這種碰撞的沖擊使所述脆性材料微粒變形或破碎，經(jīng)由這種變形或破碎而產(chǎn)生的活性新生面發(fā)生微粒彼此再結(jié)合，同時在與基材的邊界部上其一部分嵌入基材表面而形成由多結(jié)晶脆性材料組成的錨固部，隨后在這個錨固部上形成由多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物而得到的。
30.復(fù)合構(gòu)造物，它是在進行了對脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后，把賦予了這種內(nèi)部應(yīng)變的脆性材料微粒盛放在基材表面上，對這種脆性材料微粒施加機械沖擊力，借助于該沖擊使所述脆性材料微粒變形或破碎，經(jīng)由這種變形或破碎而產(chǎn)生的活性新生面發(fā)生微粒彼此再結(jié)合，同時在與基材的邊界部上其一部分嵌入基材表面而形成由多結(jié)晶脆性材料組成的錨固部，并在這個錨固部上形成由相同多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物而得到的。
31.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，對所述脆性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟是以不發(fā)生再凝聚的程度對所述微粒施加沖擊的步驟。
32.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，用所述施加內(nèi)部應(yīng)變的步驟所賦予的內(nèi)部應(yīng)變在0.25％～2.0％的范圍內(nèi)。
33.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，進行了施加所述內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后的脆性材料微粒的平均粒徑為0.1～5μm、對所述基材碰撞時所述脆性材料微粒的速度是50～450m/s。
34.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，進行了施加所述內(nèi)部應(yīng)變的步驟之后的脆性材料微粒的平均粒徑為0.1～5μm、對所述基材碰撞時所述脆性材料微粒的速度是150～400m/s。
35.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，這種復(fù)合構(gòu)造物是在室溫下制作的。
36.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，在形成所述由多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)造物之后，在該脆性材料的熔點以下的溫度加熱處理，進行結(jié)晶的組織控制。
37.權(quán)利要求29或30記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于，這種復(fù)合構(gòu)造物是在減壓下制作的。
38.權(quán)利要求29、33或34記載的復(fù)合構(gòu)造物，其中，使脆性材料微粒高度碰撞所述基材表面的手段是使脆性材料微粒分散于氣體中所形成的氣溶膠高速向基板材料噴射。
39.權(quán)利要求38記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于它是通過控制所述氣體的種類和/或分壓，以控制構(gòu)成由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的化合物的元素缺損量而得到的。
40.權(quán)利要求38記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于它是通過控制所述氣體中的氧氣分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物中的氧濃度而得到的。
41.權(quán)利要求38記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于它是通過所述脆性材料微粒中使用的是氧化物，控制所述氣體中的氧氣分壓，以在由所述脆性材料組成的構(gòu)造物中的結(jié)晶界面附近形成所述氧化物的氧缺損層而得到的。
42.權(quán)利要求38記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于它是通過控制所述氣體的種類和/或分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的電特性、機械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁特性而得到的。
43.權(quán)利要求38記載的復(fù)合構(gòu)造物，其特征還在于它是通過控制所述氣體中的氧氣分壓，以控制由所述脆性材料組成的構(gòu)造物的電特性、機械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁特性而得到的。
44.一種能使脆性材料微粒分散于氣體中而發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞基板來制作脆性材料的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征在于配備了能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器，能噴射氣溶膠的噴嘴，和能使氣溶膠中的脆性材料微粒分級的分級器。
45.一種能使脆性材料微粒分散于氣體中而發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞基板來制作脆性材料微粒的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征在于配備了能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器，能噴射氣溶膠的噴嘴，和能使氣溶膠中脆性材料微粒的凝聚粉碎的粉碎器。
46.一種能使脆性材料微粒分散于氣體中而發(fā)生的氣溶膠高速噴射、碰撞基板來制作脆性材料微粒的構(gòu)造物的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征在于配備了能發(fā)生所述氣溶膠的氣溶膠發(fā)生器，能噴射氣溶膠的噴嘴，和能使氣溶膠中脆性材料微粒的凝聚粉碎的粉碎器，以及能使氣溶膠中的脆性材料分級的分級器。
47.權(quán)利要求44～46記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于在這種復(fù)合構(gòu)造物制作裝置中附設(shè)了能賦予脆性材料微粒以內(nèi)部應(yīng)變的前處理裝置。
48.權(quán)利要求44～47記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于這種復(fù)合構(gòu)造物制作裝置配備了用于對碎性材料微粒施加內(nèi)部應(yīng)變的沖擊賦予手段。
49.權(quán)利要求44～48記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于配備了能控制所述基板與所述噴嘴的相對位置的位置控制手段。
50，權(quán)利要求49記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述位置控制手段是將所述噴嘴配備于尖端的屈伸自如的移動臂。
51.權(quán)利要求44～50記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述氣溶膠發(fā)生器配備能收容所述脆性材料微粒的容器，以及能給此容器提供機械振動作用的振動裝置、能產(chǎn)生電場的電場發(fā)生裝置中至少任意一種，所述容器有能導(dǎo)入所述氣體的導(dǎo)入部和能導(dǎo)出所述氣溶膠的導(dǎo)出部。
52.權(quán)利要求51記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述分級器就是所述氣溶膠發(fā)生器的所述導(dǎo)出部。
53.權(quán)利要求51記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述容器上設(shè)置篩，同時還配備能給容器提供機械振動作用的振動裝置。
54.權(quán)利要求49～51、或53中任何一項記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述粉碎器配備分別用于導(dǎo)入、導(dǎo)出所述氣溶膠的導(dǎo)入部和導(dǎo)出部，以及能碰撞所述氣溶膠的沖擊板，并使氣溶膠以比低于制作所述脆性材料微粒的構(gòu)造物的速度的低速碰撞沖擊板，從而使粗大凝聚狀態(tài)的超微粒粉碎。
55.權(quán)利要求50記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述粉碎器配備多個導(dǎo)入部，并使從這種導(dǎo)入部噴射出來的多股氣溶膠互相碰撞而粉碎。
56.權(quán)利要求46～50、或54、55記載的復(fù)合構(gòu)造物制作裝置，其特征還在于所述粉碎器是能對所述氣溶膠照射超聲波和/或微波的一種設(shè)備。
全文摘要
將有預(yù)先內(nèi)部應(yīng)變的陶瓷或半金屬等脆性材料的微粒向基材上變速噴射、碰撞，使脆性材料微粒變形或破碎。通過這種變形或破碎，新形成了極富活性的新生面，并經(jīng)由這種新生面使結(jié)晶互相再結(jié)合，從而得到繳密、剝離強度優(yōu)異的復(fù)合構(gòu)造物。
文檔編號C23C24/04GK1409774SQ00817030
公開日2003年4月9日 申請日期2000年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月12日
發(fā)明者明渡純, 伊藤朋和, 橫山達郎, 森勝彥, 鳩野廣典, 清原正勝, 麻生雄二 申請人:東陶機器株式會社, 獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所