專利名稱：固態(tài)材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固態(tài)材料的處理方法，所述固態(tài)材料包括鋼、結構合金、半導體材料、介電質、鐵氧體、壓電陶瓷材料等等，旨在改進其特性。它還可以用于處理部件(物品)。
現(xiàn)有技術旨在改進其特性的固體材料處理工藝公知的方向之一是在所述材料的表面提供某種添加劑以改進該材料的特定特性，尤其是其強度。
有一種公知的固體材料(蘇聯(lián)發(fā)明人證書No.1220104)，其接近于表面的層含有一種金的摻合物作為添加劑。
此種材料的問題是由于接近表面的區(qū)域中缺乏晶格的規(guī)則排列而強度不足。
有一種公知的固態(tài)材料(V.M.Paraschenko，M.M.Rakhmankulovand A.P Tsisin，“Technology of casting under pressure”，MoscowMetallurgiya，1996，p.187)，其接近表面的層含有一種硼、碳、硫、鉻或者鋁的摻合物作為添加劑。
這種材料的問題也是由于接近表面的區(qū)域中缺乏晶格的規(guī)則排列。
有一種公知的壓電陶瓷材料(蘇聯(lián)發(fā)明人證書No.1172906)，其基于氧化鋯、氧化鉛和氧化鋇固溶物，接近表面的層含有高濃度的鉛(占全部的0.5-0.8％)，這導致形成晶體附加的表面中心。
但是這種材料同樣由于表面層中缺乏單晶粒晶格的規(guī)則排列而強度不足。
本發(fā)明的另一個目的是提高材料某一特定特性，即聲損耗量，聲損耗量對于壓電陶瓷材料是特別重要的。
上述問題通過在接近固體材料表面的層中產生一個結構解決，這在原理上是新穎的。
這個結構是在材料的表面層中形成直徑達200納米的納米截面的微孔，和位于所述微孔中的由其它材料或者同一材料制造的納米截面微絲。
用于生產帶有這種表面層結構的材料的初始材料，可以使用任何固態(tài)陶瓷材料(包括固態(tài)復合混合物)。初始材料可以是導體(例如銅、鎳、鎢、鋼)或者半導體(例如硅、鍺砷化物等)。
形成“放在納米孔中的納米絲”結構便于顯著降低固態(tài)材料的聲損耗量及由于沿“放在納米孔中的納米絲”結構邊界的三維晶狀結構排列而增加其強度。對于壓電活性材料，這種效果導致疇的數(shù)量增加，其極化向量垂直地對齊“放在納米孔中的納米絲”結構的表面。
諸如銀、金、鉑或者銅應當用作壓電陶瓷用的微絲的材料。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種方法用于處理固態(tài)材料，包含在其表面形成所述的“放在納米孔中的納米絲”結構。其中，微孔的形成可以通過電蝕處理材料坯件的表面達到，而把微孔填充以納米絲可以通過絲材料的局部離子沉淀達到。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種通過在表面層中形成所述的“放在納米孔中的納米絲”結構處理固態(tài)材料制造的成品部件(物品)的方法。
在通過標準技術(把用接合機壓制的壓電陶瓷材料在1450℃溫度下退火然后緩慢冷卻)制造的壓電陶瓷坯件的端面之一上用硫化銻(SSbI)制造的尖端直徑20納米的第一探頭，通過加負極性脈沖(處理間距600納米，調節(jié)電壓4伏特；處理時間為每孔400毫微秒)由電蝕法形成納米微孔。然后使用銀制(尖端直徑10納米)的第二探頭，施加正極性脈沖，通過局部離子沉積(處理間距600納米，調節(jié)電壓2伏特；處理時間為每孔600毫微秒)在形成的納米孔中形成納米絲。第一和第二探頭的定位借助于掃描遂道顯微鏡進行。微孔的密度是每平方微米平均有3個微孔。
對用上述方法處理的一個壓電陶瓷坯件進行了強度(斷裂應力)研究。這是3100牛/平方毫米，而沒有受過此種處理的類似坯件的強度是2200牛/平方毫米。
在所述材料中的與聲損耗量成反比的電機械耦合系數(shù)從0.71增加到0.85。舉例2.微孔中放有半導體絲的金屬初始材料是鎢。在鎢的表面上形成深度是100-1000納米的截面為10-200納米的微孔。這些微孔填充以長100-1000納米而截面為10-200納米的絲。微孔的密度是每平方微米平均有3個微孔。微絲的材料是硅。
研究的沒有使用“放在納米孔中的納米絲”結構的鎢線強度是3600牛/平方毫米。用“放在納米孔中的納米絲”結構，處理后強度是4400牛/平方毫米。從而材料中的聲損耗系數(shù)平均下降20％。舉例3.微孔中放有介電絲的金屬初始材料是鎢。在鎢的表面上形成深度是100-1000納米的截面為10-200納米的微孔。這些微孔填充以長100-1000納米而截面為10-200納米的絲。微孔的密度是每平方微米平均有3個微孔。微絲的材料是硫。
研究的沒有使用“放在納米孔中的納米絲”結構的鎢線的強度是3600牛/平方毫米。用“放在納米孔中的納米絲”結構，處理后強度是4100牛/平方毫米。
從而材料中的聲損耗系數(shù)平均下降20％。
按照條約第19條的修改1.一種固態(tài)材料的處理方法，其特征在于，包括以下步驟-提供一個固態(tài)材料的坯件；-至少在件材料的表面層中形成微孔，所述微孔有達200納米的直徑；-用與坯件不同或相同的材料制造的微絲填充所述微孔。
2.刪除原權項。
3.權利要求1所述的方法，其特征在于，在每個微中置入幾個納米絲。
4.刪除原權項。
5.權利要求1所述的方法，其特征在于，通過電蝕處理在材料中形成微孔并且微孔的填充用微絲材料的局部離子沉積進行。
6.權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是陶瓷材料，而用于填充微孔的材料是金屬。
7.權利要求6所述的方法，其特征在于，受處理的材料是壓電陶瓷。
8.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銀。
9.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是金。
10.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是鉑。
11.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銅。
12.權利要求1-5任何一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是金屬而用于填充微孔的材料是半導體材料。
13.權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是金屬而用于填充微孔的材料是介電材料。
14.一種用于處理部件的方法，含有-至少在制造受處理的部件的材料的表面層中形成微孔，所述微孔有達200納米的直徑；-用與該部件不同或相同的材料制造的微絲填充所述微孔。
15.刪除原權項。
16.刪除原權項。
17.權利要求14-16所述的方法，其特征在于，通過電蝕處理在部件的材料中形成微孔并且微孔的填充用局部離子沉積微絲材料進行。
18.權利要求14至17任一項所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用陶瓷材料制造的，而用于填充微孔的材料是金屬。
19.權利要求18所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用壓電陶瓷制造的。
20.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銀。
21.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是金。
22.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是鉑。
23.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銅。
24.權利要求14-17任何一項所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用金屬制造的，而用于填充微孔的材料是半導體材料。
25.權利要求14-17所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用金屬制造的，而用于填充微孔的材料是介電材料。
26.一種固態(tài)材料，其特征在于，至少在材料的表面層中形成微孔，所述微孔有10-200納米的直徑，所述微孔中置入不同材料的微絲。
27.一種固態(tài)材料，其特征在于，至少在材料的表面層中形成微孔，所述微孔有10-200納米的直徑，所述微孔中置入相同材料的微絲。
28.刪除原權項。
29.權利要求26或27所述的材料，其特征在于，微孔的深度是100至1000納米。
30.權利要求29所述的材料，其特征在于，所述的材料是陶瓷材料，而填充微孔的微絲是金屬制造的。
31.權利要求30所述的材料，其特征在于，所述的材料是壓電陶瓷材料。
32.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是銀制造的。
33.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是金制造的。
34.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是鉑制造的。
35.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是銅制造的。
36.權利要求26所述的材料，其特征在于，所述的材料是金屬而用于填充微孔的微絲是用半導體材料制造的。
37.權利要求26所述的材料，其特征在于，所述的材料是金屬而用于填充微孔的微絲是用介電材料制造的。
權利要求
1.一種固態(tài)材料的處理方法，其特征在于，包括以下步驟-提供一個固態(tài)材料的坯件；-至少在件材料的表面層中形成微孔；-用與坯件不同或相同的材料制造的微絲填充所述微孔。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，使填充多個微孔的材料具有微絲的形狀。
3.權利要求2所述的方法，其特征在于，在每個微中置入幾個納米絲。
4.權利要求2或3所述的方法，其特征在于，使所述材料中的微孔及其中的微絲直徑達到200納米。
5.權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，通過電蝕處理在材料中形成微孔并且微孔的填充用微絲材料的局部離子沉積進行。
6.權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是陶瓷材料，而用于填充微孔的材料是金屬。
7.權利要求6所述的方法，其特征在于，受處理的材料是壓電陶瓷。
8.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銀。
9.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是金。
10.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是鉑。
11.權利要求7所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銅。
12.權利要求1-5任何一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是金屬而用于填充微孔的材料是半導體材料。
13.權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，受處理的材料是金屬而用于填充微孔的材料是介電材料。
14.一種用于處理部件的方法，含有-至少在制造受處理的部件的材料的表面層中形成微孔；-用與該部件不同或相同的材料制造的微絲填充所述微孔。
15.權利要求14所述的方法，其特征在于，使填充多個微孔的材料具有微絲的形狀。
16.權利要求15所述的方法，其特征在于，使所述材料中的微孔及其中的微絲直徑達到200納米。
17.權利要求14-16所述的方法，其特征在于，通過電蝕處理在部件的材料中形成微孔并且微孔的填充用局部離子沉積微絲材料進行。
18.權利要求14至17任一項所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用陶瓷材料制造的，而用于填充微孔的材料是金屬。
19.權利要求18所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用壓電陶瓷制造的。
20.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銀。
21.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是金。
22.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是鉑。
23.權利要求19所述的方法，其特征在于，用于填充微孔的材料是銅。
24.權利要求14-17任何一項所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用金屬制造的，而用于填充微孔的材料是半導體材料。
25.權利要求14-17所述的方法，其特征在于，受處理的部件是用金屬制造的，而用于填充微孔的材料是介電材料。
26.一種固態(tài)材料，其特征在于，至少在材料的表面層中形成微孔，所述微孔中置入不同材料的微絲。
27.一種固態(tài)材料，其特征在于，至少在材料的表面層中形成微孔，所述微孔中置入相同材料的微絲。
28.權利要求26或27所述的材料，其特征在于，使所述材料中的微孔及其中的微絲直徑達到200納米。
29.權利要求28所述的材料，其特征在于，微孔的深度是100至1000納米。
30.權利要求28所述的材料，其特征在于，所述的材料是陶瓷材料，而填充微孔的微絲是金屬制造的。
31.權利要求30所述的材料，其特征在于，所述的材料是壓電陶瓷材料。
32.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是銀制造的。
33.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是金制造的。
34.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是鉑制造的。
35.權利要求31所述的材料，其特征在于，填充微孔的微絲是銅制造的。
36.權利要求26所述的材料，其特征在于，所述的材料是金屬而用于填充微孔的微絲是用半導體材料制造的。
37.權利要求26所述的材料，其特征在于，所述的材料是金屬而用于填充微孔的微絲是用介電材料制造的。
全文摘要
一種處理固態(tài)材料的處理方法,其中:在材料的表面層中形成微孔,所述微孔有達200納米的直徑。用與坯件不同或相同的材料制造的微絲填充所述微孔。這產生了材料的數(shù)個特性的改進,包括強度和聲損耗。本發(fā)明可以相當成功地用于壓電陶瓷的制造。
文檔編號H01L41/24GK1336901SQ98814380
公開日2002年2月20日 申請日期1998年12月30日 優(yōu)先權日1998年12月30日
發(fā)明者埃琳娜·伊戈維娜·克魯托瓦, 朱里·列昂尼多維奇·斯皮林, 弗拉基米爾·斯捷潘諾維奇·杜比寧, 德米特里·弗拉基米羅維奇·弗羅洛夫 申請人:英特利克拉夫特有限公司