複合結構物的製作方法

2023-10-17 12:52:34 1

複合結構物的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種複合結構物，目的在於能夠抑制膜狀結構物發生剝離或自身崩解。該複合結構物的特徵在於，具有基材，以及膜狀結構物，該膜狀結構物通過使將微粒分散於氣體中的氣溶膠碰撞所述基材從而在所述基材的表面形成。所述膜狀結構物的端部與在所述膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近於所述端部的最外部之間的距離、即當垂直於所述表面觀察時的距離是所述平均膜厚的10倍以上。
【專利說明】複合結構物

【技術領域】
[0001]本發明的形態一般涉及複合結構物。具體而言，涉及一種通過將從噴嘴噴射的含有陶瓷或玻璃等脆性材料的微粒噴塗在基材表面上，從而在基材上形成含有脆性材料的結構物的複合結構物。

【背景技術】
[0002]作為在基材的表面上形成含有脆性材料的結構物的方法包括例如氣溶膠沉積法和氣相沉積法等(專利文獻I~3)。在氣溶膠沉積法和氣相沉積法中，將使含有脆性材料的微粒分散於氣體中的氣溶膠從噴出口噴射向基材，使微粒碰撞金屬或玻璃、陶瓷或塑料等基材。通過該碰撞的衝擊使脆性材料微粒發生變形或破碎並使其接合，在基材上直接形成含有微粒的構成材料的膜狀結構物。
[0003]根據該方法，不需要格外的加熱裝置，在常溫下可形成膜狀結構物，並能夠獲得與燒結體相比具有同等以上的機械強度的膜狀結構物。另外，通過控制使微粒進行碰撞的條件或微粒的形狀、組成等，能夠使結構物的密度或機械強度、電特性等發生多樣變化。
[0004]但是，在該方法中，通過微粒的反覆碰撞來施加衝擊從而形成緻密的結構物，因此制膜時在膜狀結構物以及基材上殘留有應力。例如，在制膜區域的邊界或基材的丘部附近局部地產生有比較大的應力。在產生了比較大的應力的部分存在著因膜狀結構物的自身崩解而引起膜狀結構物剝離的問題。
[0005]另外，例如，在平面或側面形成膜狀結構物時，在制膜區域的邊界附近局部地產生有比較大的應力，存在著膜狀結構物以該邊界為基點剝離的可能性。而且，在形成膜狀結構物的對象(基材)的面內設置有膜狀結構物的端部時，應力集中於端部附近。因此，如果膜厚變厚則存在膜狀結構物發生自身崩解的可能性。由於因應力而產生的疲勞蓄積於膜狀結構物或基材中，因此膜狀結構物的剝離或自身崩解不僅有可能在剛形成膜狀結構物之後發生，還有可能在經過一天或者一周之後發生。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:國際公開第01/27348號小冊子
[0009]專利文獻2:日本特開第2007-162077號公報
[0010]專利文獻3:日本特開第2005-2461號公報


【發明內容】

[0011]本發明是基於這樣的課題認識而進行的，本發明的目的在於提供一種能夠抑制膜狀結構物的剝離或自身崩解發生的複合結構物。
[0012]第一發明為如下一種複合結構物，其特徵在於，具有基材，以及膜狀結構物，該膜狀結構物通過使將微粒分散於氣體中的氣溶膠碰撞所述基材從而在所述基材的表面形成，所述膜狀結構物的端部與在所述膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近於所述端部的最外部之間的距離、即當垂直於所述表面觀察時的距離是所述平均膜厚的10倍以上。
[0013]根據該複合結構物，能夠在膜狀結構物的端部的附近緩和產生在基材以及膜狀結構物中的應力。因此，能夠抑制膜狀結構物的剝離或崩解或者基材崩解的發生。優選膜狀結構物的端部與在膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近於端部的最外部之間的距離、即垂直於基材的表面觀察時的距離是平均膜厚的10倍以上，進一步優選為平均膜厚的20倍以上或50倍以上，更進一步優選為100倍以上。另外，通過增長膜狀結構物的端部與在膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近於端部的最外部之間的距離、即垂直於基材的表面觀察時的距離可期待緩和應力的效果。如果考慮作為工業產品的設計，則該距離優選約為平均膜厚的10000倍左右以下。
[0014]第二發明為如下複合結構物，在第一發明中，其特徵為，所述膜狀結構物具有所述膜厚從所述最外部朝向所述端部階段性地變薄的傾斜部。
[0015]根據該複合結構物，能夠比較容易地形成膜狀結構物的傾斜部。另外，能夠以期望的精度控制膜狀結構物的形狀(例如，傾斜部的形狀)。因此，通過比較簡單的方法或具有期望的精度的方法，能夠在膜狀結構物的端部附近緩和產生在基材以及膜狀結構物中的應力。由此，能夠抑制膜狀結構物的剝離或崩解或基材崩解的發生。
[0016]第三發明為如下複合結構物，在第一發明中，其特徵為，所述膜狀結構物具有所述膜厚從所述最外部朝向所述端部連續地變薄的傾斜部。
[0017]根據該複合結構物，可以利用調整顆粒的噴塗角度、或者通過研磨加工對膜外周部進行光滑加工等簡易的機構來形成膜厚連續地變化的傾斜部。因此，利用簡易的機構，能夠在膜狀結構物的端部附近緩和產生在基材以及膜狀結構物中的應力。由此，能夠抑制膜狀結構物的剝離或崩解或者基材崩解的發生。
[0018]第四發明為如下複合結構物，在第一至第三的任一發明中，其特徵為，所述基材具有圓角部，該圓角部設置於包括所述端部的區域且所述表面彎曲，所述圓角部半徑是所述平均膜厚的10倍以上。
[0019]根據該複合結構物，能夠容易地在圓角部上形成膜厚的傾斜部，而且，能夠進一步緩和產生在基材端部附近的應力。因此，能夠進一步緩和產生在基材以及膜狀結構物中的應力。由此，能夠進一步抑制膜狀結構物的剝離或崩解或基材崩解的發生。
[0020]根據本發明的方面，提供一種能夠抑制膜狀結構物的剝離或自身崩解的發生的複合結構物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發明的實施方式所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0022]圖2是表示本實施方式的比較例所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0023]圖3是放大圖1(a)中所示的區域Al的模式剖視圖。
[0024]圖4是說明本實施方式的膜狀結構物的傾斜部的模式剖視圖。
[0025]圖5是表示本發明的其他的實施方式所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0026]圖6是例示本實施方式的傾斜部的其他形狀的模式剖視圖。
[0027] 圖7是例示本實施方式的端部附近的其他形狀的模式剖視圖。
[0028]圖8是例示比較例的端部形狀的模式剖視圖。
[0029]圖9是例示含有氧化釔的膜狀結構物有無剝離的研究結果的一例的表。
[0030]圖10是例示含有氧化鋁的膜狀結構物有無剝離的研究結果的一例的表。
[0031]圖11是說明膜厚以兩個階段以上的方式階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0032]圖12是說明膜厚以一個階段的方式階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0033]圖13是說明通過控制噴嘴或基材的掃描移動而使得膜狀結構物的膜厚階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0034]圖14是說明使膜狀結構物的膜厚大致連續地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0035]圖15是例示圖9所示的試料(5)的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0036]圖16是例示圖10所示的試料(17)的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0037]圖17是例示圖9所示的試料(3)的傾斜部的一例的截面輪廓。
[0038]圖18是例示圖9所示的試料⑴的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0039]圖19是例示圖9所示的試料⑵的傾斜部的一例的截面輪廓。
[0040]圖20是例示產生在膜狀結構物的端部的應力的模擬結果的一例的表。
[0041]圖21是例示膜狀結構物的傾斜部的模型的模式剖視圖。
[0042]圖22是例示形成本實施方式的膜狀結構物的成膜設備的具體例的概略結構圖。
[0043]附圖標記說明
[0044]100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i 複合結構物
[0045]110、IlOa 基材
[0046]111 表面
[0047]Illa 彎曲面
[0048]113 稜部
[0049]115圓角部
[0050]117a第一傾斜面
[0051]117b第二傾斜面
[0052]117c第三傾斜面
[0053]120膜狀結構物
[0054]121 端部
[0055]122a第一測量點
[0056]122b第二測量點
[0057]122c第三測量點
[0058]122d第四測量點
[0059]123傾斜部
[0060]123a第一傾斜面
[0061]123b第二傾斜面
[0062]123c第三傾斜面
[0063]124階梯狀部
[0064]125最外部
[0065]126傾斜部
[0066]127 第一膜體
[0067]128 第二膜體
[0068]130遮蔽膠帶
[0069]140 噴嘴
[0070]150研磨輪
[0071]160 遮罩
[0072]200a、200b、200c 複合結構物
[0073]201 剝離
[0074]203、205 崩解
[0075]300制膜設備
[0076]310 氣瓶
[0077]320氣體供給機構
[0078]330氣溶膠發生器
[0079]331 噴嘴
[0080]340制膜室
[0081]341 載臺
[0082]真空泵

【具體實施方式】
[0083]下面，參看【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。另外，在各附圖中，對同樣的構成要素標註相同的符號，並適當省略詳細說明。
[0084]圖1是表示本發明的實施方式所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0085]圖2是表示本實施方式的比較例所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0086]圖1 (a)以及圖2 (a)是表示膜狀結構物的端部設置於基材面上的複合結構物的模式剖視圖。圖1(b)以及圖2(b)是表示膜狀結構物的端部設置於基材稜部的複合結構物的模式剖視圖。
[0087]圖1 (a)所示的複合結構物10a以及圖1 (b)所示的複合結構物10b具有基材110以及設置於基材110上的膜狀結構物120。膜狀結構物120通過，例如，利用氣溶膠沉積法或氣相沉積法等，將使含有脆性材料的微粒分散於氣體中的氣溶膠從噴嘴等噴出口噴射向基材110而形成。
[0088]在圖1 (a)所示的複合結構物10a中，膜狀結構物120的端部121存在於基材110的表面111上。換言之，圖1(a)所示的複合結構物10a中的膜狀結構物120的端部121存在於比基材110的稜部113 (參看圖1(b))更靠內側的表面111的中部。
[0089]另一方面，在圖1 (b)所示的複合結構物10b中，膜狀結構物120的端部121存在於基材I1的稜部113。換言之，圖1 (b)所示的複合結構物10b中的膜狀結構物120的端部121搭接於基材110的稜部113。
[0090]下面，在本實施方式中舉例說明利用氣溶膠沉積法形成膜狀結構物120的情況。
[0091]在對氣溶膠沉積法的原理進行說明之前，首先，對在本說明書中使用的用語進行說明。
[0092]在本說明書中，「微粒」是指當為緻密顆粒時，使用掃描式電子顯微鏡等測定的平均粒徑為0.1微米以上10微米以下的顆粒。另外，「一次顆粒」是指微粒的最小單位(一粒)。在通過掃描式電子顯微鏡測定平均粒徑時，可以在觀察圖像中任意選擇100個微粒，採用其長軸和短軸的平均值，並基於觀察到的微粒的所有的平均值而算出。微粒中的脆性材料顆粒為氣溶膠沉積法中形成結構物的主體，一次顆粒的平均粒徑為0.01微米以上、10微米以下，更優選為0.1微米以上、5微米以下。
[0093]在本申請說明書中，「氣溶膠」是指，將上述微粒分散在如氦氣或氬氣的惰性氣體、氮氣、氧氣、乾燥空氣、氫氣、有機氣體、氟氣、含有上述氣體的混合氣體等氣體中的狀態。氣溶膠有時含有一部分凝聚體，但是實質上是指微粒單獨分散的狀態。氣溶膠的氣壓和溫度是任意的，但是對於形成膜狀結構物而言，優選當將氣壓換算為一個大氣壓、將溫度換算為攝氏20度時，從噴嘴等的噴出口噴射時氣體中的微粒的濃度在0.0003mL/L~10mL/L的範圍內。
[0094]接下來，對氣溶膠沉積法的原理進行說明。
[0095]在氣溶膠沉積法中所利用的微粒以陶瓷或半導體等脆性材料為主體。作為微粒可以單獨使用相同材質的微粒、或者混合使用不同粒徑的微粒。或者也可以混合或複合使用不同種類的脆性材料微粒。另外，也可以將金屬材料或有機物材料等的微粒混合於脆性材料微粒中使用，或將其塗覆於脆性材料微粒的表面使用。但是，即使在這種情況下，形成膜狀結構物的主體仍為脆性材料。
[0096]在氣溶膠沉積法中，優選當使微粒以50~450m/s的速度對基材進行碰撞時，獲得含有微粒中的脆性材料微粒的構成材料的結構物。
[0097]氣溶膠沉積法的工序通常在常溫下進行溶膠。能夠在比微粒材料的融點充分低的溫度，即攝氏100度以下形成膜狀結構物。這一點是氣溶膠沉積法的特徵之一。
[0098]當使用結晶性脆性材料微粒作為原料時，在利用氣溶膠沉積法形成的複合結構物中的膜狀結構物的部分，晶粒尺寸比原料微粒尺寸小。膜狀結構物部分為多晶體。該結晶實質上沒有結晶取向性的情況較多。另外，在脆性材料結晶彼此間的界面中實質上不存在由玻璃層形成的晶界層。另外，在多數情況下，在膜狀結構物部分中形成有陷入基材表面的「錨層」。因為形成有錨層，所以膜狀結構物被形成為以極高的強度堅固地附著在基材上。
[0099]利用氣溶膠沉積法形成的膜狀結構物與微粒彼此通過壓力被壓緊並以物理附著的方式保持形態的狀態的所謂「壓粉體」明顯不同，具有充分強度。利用氣溶膠沉積法形成的優質的膜狀結構物具有與使用該材料並通過燒成法形成的塊體大致相同的硬度。
[0100]在這種情況下，在氣溶膠沉積法中，飛來的脆性材料微粒在基材上發生破碎或變形的情形能夠通過使用X射線衍射法等測量作為原料使用的脆性材料微粒的微晶尺寸以及所形成的脆性材料結構物的微晶尺寸來加以確認。
[0101]利用氣溶膠沉積法形成的膜狀結構物的微晶尺寸比原料微粒的微晶尺寸小。另外，在微粒通過破碎或變形形成的「偏移面」或「破碎面」上形成有存在於原始的微粒內部、且與其他的原子相結合的原子成為剝離狀態的「新生面」。而且，可以認為通過表面能高的活性的新生面與鄰接的脆性材料微粒的表面、或鄰接的脆性材料的新生面或基材的表面接合從而形成膜狀結構物。
[0102]也可以認為當在氣溶膠中的微粒的表面適當地存在羥基時，在微粒碰撞時微粒彼此之間、或者微粒和結構物之間產生的局部的剪切應力等，由此，發生機械化學的酸鹼脫水反應，上述物質彼此接合。認為當從外部施加連續的機械衝擊力時，這些現象繼續發生，並通過重複微粒的變形、破碎等進行進一步的接合、緻密化，從而含有脆性材料的膜狀結構物進行成長。
[0103]在此，膜狀結構物120在利用氣溶膠沉積法形成的過程中，通過從外部施加連續的機械衝擊力，將應力施加於基材I1以及膜狀結構物120的至少任意一方。另外，伴隨著膜狀結構物120的成長，應變增加。使用不鏽鋼或鋁等延展性材料作為基材110的材料時，基材110可能會因為應力而變形。或者，使用玻璃或矽片等脆性材料作為基材110的材料時，基材110可能會缺損或塌陷。
[0104]一般來說，應力具有集中於形狀呈局部尖突的部分或所形成的膜狀結構物120中的端部的傾向。因此，如圖2(a)所示的複合結構物200a以及圖2(b)所示的複合結構物200b，在從側方觀察複合結構物200a、200b時的剖面觀察中，在膜狀結構物120的端部相對於基材110的表面111的角度比較大的情況下，應力局部集中的地方成為起點，膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205有可能發生。
[0105]相對於此，在本實施方式所涉及的複合結構物10aUOOb中，在膜狀結構物120的端部設置有傾斜部123。如圖1 (a)以及圖1 (b)所示，膜狀結構物120的傾斜部123中的膜厚從膜狀結構物120的內側朝向端部大致連續地變薄。傾斜部123的上部比傾斜部123的下部(與基材110的接觸部)更後退至膜狀結構物120的內側。對此，參看附圖進行進一步的說明。
[0106]圖3是放大圖1(a)所示的區域Al的模式剖視圖。
[0107]如圖3所示，當放大膜狀結構物120的端部附近進行觀察時，可發現膜狀結構物120的表面(上表面)具有不平坦的凹凸形狀。並且，膜狀結構物120的膜厚存在和平均膜厚t相等的部分。在本實施方式中，將在膜狀結構物120的膜厚和平均膜厚t相等的部分之中位於最外側的點(最接近於端部121的點)作為最外部125。
[0108]在此，在本申請說明書的「平均膜厚」是指通過與基材110接合而形成的膜狀結構物120的厚度的平均值。膜狀結構物120的厚度有偏差時，由進行多次測量的平均求得「平均膜厚」。例如，對於一系列的膜狀結構物120的厚度測量所必要的充分的點數，並基於測量到的值的平均值求得「平均膜厚」。具體而言，在膜狀結構物120的形狀中的最長的線上，去掉膜厚為零的兩個端部，將該兩個端部之間以均等的間隔所測量到的100個點的值的平均值作為「平均膜厚」。例如，當垂直於基材110的表面111觀察時，當膜狀結構物120的形狀為四角形時，在該四角形的對角線上，去掉膜厚為零的兩個端部，將該兩個端部之間以均等的間隔所測量到的100個點的值的平均值作為「平均膜厚」。例如，當垂直於基材110的表面111觀察時，當膜狀結構物120的形狀包含圓弧時，在包含該圓弧的基材上，去掉膜厚為零的兩個端部，將該兩個端部之間以均等的間隔所測量到的100個點的值的平均值作為「平均膜厚」。
[0109] 膜狀結構物120的厚度可以基於基材110與膜狀結構物120的表面的階梯差或通過剖面圖像所確認的膜狀結構物120的厚度等求得。此外，膜狀結構物120的厚度可以使用利用紫外線、可視光、紅外線、X射線、β射線等所謂的透射型膜厚儀、利用電容或渦電流的膜厚儀、利用電容或電阻的膜厚儀、或利用磁力的電磁式膜厚儀等求得。
[0110]另外，如果膜狀結構物120的比重是已知的，並且難以算出膜狀結構物120的剖面信息時，則還可以基於膜狀結構物120的重量算出平均膜厚。即，能夠基於膜狀結構物120的重量和膜狀結構物120的比重算出膜狀結構物120的體積，並通過用膜狀結構物120的體積除以當垂直於基材110的表面111觀察時的膜狀結構物120的面積來算出平均膜厚。
[0111]如此前關於圖1(a)以及圖1(b)所述，膜狀結構物120具有在端部設置的傾斜部123。當大致沿著基材110的表面111從最外部125朝向端部121觀察時，膜狀結構物120的傾斜部123的膜厚一直在變化。
[0112]例如，在圖3所示的第一傾斜面123a以及第二傾斜面123b中，膜狀結構物120的膜厚從最外部125朝向端部121大致連續地變薄。最外部125的第一傾斜面123a的傾斜角度比端部121的第一傾斜面123a的傾斜角度小。換言之，最外部125的第一傾斜面123a與端部121的第一傾斜面123a相比為「平緩的斜面」。另一方面，最外部125的第二傾斜面123b的傾斜角度比端部121的第二傾斜面123b的傾斜角度大。換言之，最外部125的第二傾斜面123b與端部121的第二傾斜面123b相比為「陡峭的斜面」。
[0113]或者，例如，在圖3所示的第三傾斜面123c中，膜狀結構物120的膜厚從最外部125朝向端部121大致階段性地變薄。即，如圖3所示，第三傾斜面123c在最外部125和端部121之間具有階梯狀部124。對此，將在後面進行詳細的闡述。
[0114]在本實施方式所涉及的複合結構物10a中，在第一至第三的傾斜面123a、123b、123c的任意一者之中，最外部125與端部121之間的距離D1、即當垂直於表面111觀察時的距離Dl是平均膜厚t的10倍以上。
[0115]作為測量最外部125與端部121之間的距離D1、即當垂直於表面111觀察時的距離Dl的方法可列舉使用表面形狀測量器的方法。例如，使用表面形狀測量器測量膜狀結構物120的表面以及基材110的表面111的形狀，求得最外部125以及端部121。接下來，能夠通過測量將最外部125垂直地投影於基材110的表面111上的部分與將端部121垂直地投影於基材110的表面111上的部分之間的距離從而求得距離D1。
[0116]或者，作為測量距離Dl的方法，可列舉使用剖面照片(例如，SEM等)的方法。例如，拍攝複合結構物(例如，複合結構物100a)的剖面照片，在該剖面照片上求得最外部125以及端部121。接下來，能夠通過測量將最外部125垂直地投影於基材110的表面111上的部分與將端部121垂直地投影於基材110的表面111上的部分之間的距離從而求得距離Dl0
[0117]或者，作為測量距離Dl的方法，可列舉使用膜厚儀的方法。例如，利用測量膜狀結構物120的膜厚時所使用的膜厚儀，例如，在直線上以與平均膜厚t相同程度的間隔測量傾斜部123。接下來，能夠根據膜厚儀測量的直線上的坐標求得距離Dl。
[0118]另外，對於後述的距離D2~D6，也可以利用同樣的方法測量距離D2~D6。
[0119]由此，能夠緩和在膜狀結構物120的端部產生在基材110以及膜狀結構物120中的應力。因此，能夠抑制膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205發生。
[0120]另外，此前關於圖1 (b)所述的複合結構物10b的膜狀結構物120的端部的結構與上述複合結構物10a的膜狀結構物120的端部的結構相同。因此，在此前關於圖1(b)所述的複合結構物10b中，也能夠獲得與上述複合結構物10a的效果同樣的效果。
[0121]在此，膜狀結構物120的傾斜部123為膜狀結構物120的膜厚發生變化的部分。即，膜狀結構物120的傾斜意味著膜狀結構物120的膜厚發生變化。膜狀結構物120的傾斜部123可以通過將膜狀結構物120的形狀設為傾斜而形成，也可以通過使基材110的形狀(例如，厚度)預先發生變化而形成。對此，將進一步進行說明。
[0122]圖4是說明本實施方式的膜狀結構物的傾斜部的模式剖視圖。
[0123]圖4(a)是說明本實施方式的膜狀結構物的傾斜部的模式剖視圖。圖4(b)是說明本實施方式的膜狀結構物的其他的傾斜部的模式剖視圖。圖4(c)是說明本實施方式的膜狀結構物的另外其他的傾斜部的模式剖視圖。
[0124]如上所述，膜狀結構物120的傾斜意味著膜狀結構物120的膜厚發生變化。因此，如圖4(a)至圖4(c)所示，膜狀結構物120的傾斜部123也可以通過使基材110的形狀(例如，厚度)預先發生變化而形成。
[0125]在圖4(a)所示的複合結構物10g中，位於膜狀結構物120的傾斜部123的基材110的厚度ts從膜狀結構物120的中央部朝向端部121大致線性地變厚。即，基材110的第一傾斜面117a的傾斜角度從膜狀結構物120的中央部朝向端部121大致恆定。
[0126]在圖4(b)所示的複合結構物10h以及圖4(c)所示的複合結構物10i中，位於膜狀結構物120的傾斜部123的基材110的厚度ts從膜狀結構物120的中央部朝向端部121大致連續地變厚。如圖4(b)所示，膜狀結構物120的相對位於中央部一側的第二傾斜面117b的傾斜角度比膜狀結構物120的相對位於端部121 —側的第二傾斜面117b的傾斜角度大。如圖4(c)所示，膜狀結構物120的相對位於中央部一側的第三傾斜面117c的傾斜角度比膜狀結構物120的相對位於端部121 —側的第三傾斜面117c的傾斜角度小。
[0127]在圖1 (a)、圖1(b)、圖3、圖4 (a)、圖4(b)、圖4(c)所示的任意一個傾斜部123都形成有緻密的結構物。對於傾斜部123是否具有緻密的結構物可以通過測量傾斜部123的硬度來進行判斷。根據本實施方式，即使在膜狀結構物120的端部121附近形成緻密的結構物時，因為在膜狀結構物120的端部121附近設置有傾斜部123，所以可以抑制膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205發生。另外，根據複合結構物10g的用途，即使在膜狀結構物120的端部121的附近也可能要求發揮機能。即便在這種情況下，因為在膜狀結構物120的端部121附近設置有傾斜部123，所以膜狀結構物120的膜質也能夠保持恆定。由此，即使在膜狀結構物120的端部121附近也能夠滿足機能。另外，對於傾斜部123是否具有緻密的結構物將在後面進行詳細的闡述。
[0128]圖5是表示本發明的其他的實施方式所涉及的複合結構物的模式剖視圖。
[0129]圖5(a)是表示膜狀結構物的端部設置在基材的面上的複合結構物的模式剖視圖。圖5(b)是表示膜狀結構物的端部設置在基材的稜部的複合結構物的模式剖視圖。
[0130]圖5(a)所示的複合結構物10c以及圖5(b)所示的複合結構物10d具有基材110以及在基材110上設置的膜狀結構物120。膜狀結構物120利用此前關於圖1所述的氣溶膠沉積法等形成。
[0131] 在本實施方式所涉及的複合結構物10cUOOd中，在膜狀結構物120的端部設置有傾斜部126。如圖5(a)以及圖5(b)所示，膜狀結構物120的傾斜部126的膜厚從膜狀結構物120的內側朝向端部大致階段性地變薄。即，膜狀結構物120的膜厚從最外部125 (參看圖3)朝向端部121 (參看圖3)階段性地變薄。複合結構物10c的其他的結構與此前關於圖1 (a)所述的複合結構物10a的結構相同。另外，複合結構物10d的其他的結構與此前關於圖1(b)所述的複合結構物10b的結構相同。
[0132]根據本實施方式，能夠比較容易地形成膜狀結構物120的傾斜部126。因此，利用比較簡易的方法就能夠緩和在膜狀結構物120的端部產生在基材110以及膜狀結構物120中的應力。由此，利用比較簡易的方法就能夠抑制膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205發生。另外，對於形成本實施方式的傾斜部126的方法將在後面進行詳細的闡述。
[0133]圖6是例示本實施方式的傾斜部的其他形狀的模式剖視圖。
[0134]圖6(a)是例示膜狀結構物的傾斜部的膜厚連續地變化的例子的模式剖視圖。圖6(b)是例示膜狀結構物的傾斜部的膜厚局部地變厚的例子的模式剖視圖。圖6(c)是例示膜狀結構物的傾斜部的膜厚在一部分區域變厚的例子的模式剖視圖。
[0135]如圖6(a)所示，當膜狀結構物120的膜厚從膜狀結構物120的內側朝向端部大致連續地變薄時，在端部121的附近膜狀結構物120的膜厚為平均膜厚t的點存在一點。該點為最外部125。並且，最外部125與端部121之間的距離D2，即當垂直於表面111觀察時的距離D2是平均膜厚t的10倍以上。
[0136]如圖6 (b)所示，當從膜狀結構物120的內側朝向端部觀察時，如果膜狀結構物120的膜厚在與平均膜厚t 相比先變薄之後，與平均膜厚t相比又局部地變厚，接下來與平均膜厚t相比再次變薄，則在端部121的附近的膜狀結構物120的膜厚為平均膜厚t的點存在三點(點PU點P2以及點P3)。在點Pl至P3中位於最外側的點P3為最外部125。並且，最外部125與端部121之間的距離D3，即當垂直於表面111觀察時的距離D3是平均膜厚t的10倍以上。而且，膜狀結構物120的膜厚從最外部125朝向端部121大致階段性地變薄。
[0137]如圖6(c)所示，從膜狀結構物120的內側朝向端部觀察時，膜狀結構物120的膜厚在與平均膜厚t相比先變薄之後，即使在一部分區域變厚也比平均膜厚t薄時，在端部121的附近的膜狀結構物120的膜厚為平均膜厚t的點存在一點。該點為最外部125。並且，最外部125與端部121之間的距離D4，即當垂直於表面111觀察時的距離D4是平均膜厚t的10倍以上。
[0138]如上所述，本實施方式的傾斜部123可以採用各種形狀。無論膜狀結構物120的傾斜部具有任何形狀，只要最外部125與端部121之間的距離，即當垂直於表面111觀察時的距離是平均膜厚t的10倍以上，則該傾斜部就被包含在本實施方式的傾斜部123的範圍內。
[0139]圖7是例示本實施方式的端部附近的其他形狀的模式剖視圖。
[0140]圖8是例示比較例的端部形狀的模式剖視圖。
[0141]圖7(a)例示出膜狀結構物120的傾斜部123的膜厚從膜狀結構物120的內側朝向端部大致連續地變薄的情形。圖7(b)例示出膜狀結構物120的傾斜部126的膜厚從膜狀結構物120的內側朝向端部大致階段性地變薄的情形。
[0142]在此前關於圖1 (b)所述的複合結構物10b中，膜狀結構物120的端部121搭接於基材110的稜部113。相對於此，在圖7(a)所示的複合結構物10e中，基材IlOa在包括膜狀結構物120的端部121的區域具有圓角部115。如圖7(a)所示，圓角部115具有彎曲面111a。彎曲面Illa呈現出基材IlOa的表面彎曲的形狀。因此，複合結構物10e的基材IlOa不具有稜部113。由此，圖7(a)所示的膜狀結構物120的端部121未搭接於基材IlOa的稜部。圓角部115的半徑Rl是平均膜厚t的10倍以上。最外部125與端部121之間的距離D5，即當垂直於表面111觀察時的距離D5是平均膜厚t的10倍以上。
[0143]另外，在此前關於圖5(b)所述的複合結構物10d中，膜狀結構物120的端部121搭接於基材110的稜部113。相對於此，圖7(b)所示的複合結構物10f中，基材IlOa在包括膜狀結構物120的端部121的區域具有圓角部115。如圖7(b)所示，圓角部115具有彎曲面111a。彎曲面Illa呈現出基材IlOa的表面彎曲的形狀。因此，複合結構物10f的基材IlOa不具有稜部113。因此，圖7(b)所示的膜狀結構物120的端部121未搭接於基材IlOa的稜部。圓角部115的半徑R2是平均膜厚t的10倍以上。最外部125與端部121之間的距離D6，即當垂直於表面111觀察時的距離D6是平均膜厚t的10倍以上。
[0144]由此，能夠進一步緩和產生在基材110的端部附近的應力。因此，能夠進一步緩和產生在基材110以及膜狀結構物120中的應力。由此，還能夠進一步抑制膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205發生。
[0145]在本實施方式中，圓角部115的半徑Rl是平均膜厚t的10倍以上。另外，圓角部115的半徑R2是平均膜厚t的10倍以上。由此，能夠抑制膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205發生。即，根據本實施方式，通過利用具有平均膜厚t的10倍以上的半徑的圓角部115可形成膜狀結構物120的傾斜部123。圓角部115的半徑更優選為平均膜厚t的100倍以上。
[0146]如圖8所示，當在基材110的彎曲面Illa的中部設置膜狀結構物120的終端部時，如果僅在具有彎曲面Illa的基材110上形成膜，則存在在終端部不能有效地形成傾斜部的可能性。因此，如圖8所示，膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205可能會發生。
[0147]在這種情況下，在本實施方式中，例如，如圖1(a)所示的複合結構物100a，即使基材I1在膜狀結構物120的端部121不具有曲率時，也能夠形成傾斜部123。如上所述，根據本實施方式，通過適當選擇刻意地控制膜狀結構物120的膜厚的裝置，可以抑制膜狀結構物120的崩解。
[0148]接下來，對本發明人所進行的研究參看附圖進行說明。
[0149]圖9是例示含有氧化釔的膜狀結構物有無剝離的研究結果的一例的表。
[0150]本發明人使用氧化鋁(鋁氧)、石英以及不鏽鋼(SUS304)作為基材110，在各基材110上利用氣溶膠沉積法形成氧化釔的膜狀結構物120。
[0151 ] 具體而言，通過使用具有規定的開口面積的開口部的噴嘴，並適當設定氮氣的流量來形成氧化釔的膜狀結構物120。另外，對於室內的壓力也進行適當設定。對於膜狀結構物120的膜厚，以及最外部125與端部121之間的距離，即當垂直於表面111觀察時的距離利用表面形狀測量器SURFC0M130A進行測量。
[0152]基材110、倍率以及剝離的判定結果如圖9所示。
[0153]圖9所示的表中的「倍率」是指，最外部125與端部121之間的距離，即當垂直於表面111觀察時的距離相對於平均膜厚t的倍率。即，在此前關於圖3所述的複合結構物10a中，「倍率」表示「Dl/t」。
[0154]根據圖9所示的表可知，當倍率為10倍以上時，不會發生膜狀結構物120的剝離。另外，本發明人已確認當倍率為30倍、40倍、60倍、70倍、80倍、150倍、200倍、300倍、以及500倍時，也不會發生膜狀結構物120的剝離。通過增加倍率可期待應力的緩和效果，然而如果考慮到作為工業產品的設計，則優選倍率為10000倍以下左右。
[0155]另外，對於試料(I)~試料(14)的膜狀結構物120的形成方法將在後面進行詳細的闡述。
[0156]圖10是例示含有氧化鋁的膜狀結構物有無剝離的研究結果的一例的表。
[0157]本發明人使用氧化鋁作為基材110，並利用氣溶膠沉積法在氧化鋁的基材110上形成氧化鋁的膜狀結構物120。對於氧化鋁的膜狀結構物120的制膜條件，與此前關於圖9所述的條件相同。另外，對於噴嘴的開口部與基材110的表面111之間的距離，以及室內的壓力也進行適當設定。作為測量器使用了此前關於圖9所述的表面形狀測量器SURFC0M130A。
[0158]倍率以及剝離的判定結果如圖10所示。
[0159]即，可知只要倍率為10倍以上，就不會發生膜狀結構物120的剝離。
[0160]另外，對於試料(15)~試料(20)的膜狀結構物120的形成方法將在後面進行詳細的闡述。
[0161]接下來，對於此前關於圖9以及圖10所述的試料(I)~試料(20)的膜狀結構物120的形成方法的具體例參看附圖進行說明。
[0162]圖11是說明膜厚以兩個階段以上的方式階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0163]圖9所示的試料(5)的膜狀結構物120利用本具體例的形成方法形成。
[0164]如圖11(a)所示，首先，通過將氣溶膠從噴嘴140的噴出口噴射向基材110的表面111從而形成第一膜體127。此時，如圖11(a)所示的箭頭BI，通過掃描移動噴嘴140或基材110，從而在基材110的表面111的大致整體上形成第一膜體127。
[0165]接下來，如圖11(a)所示，在第一膜體127的上表面的端部設置遮蔽膠帶130。接下來，如圖11(a)所示的箭頭BI，通過掃描移動噴嘴140或基材110，在除遮蔽膠帶130部分之外的第一膜體127的表面(上表面)的大致整體上形成第二膜體128。
[0166]接下來，如圖11(b)所示，除去遮蔽膠帶130。由此，能夠形成從膜狀結構物120的內側朝向端部膜厚以兩個階段以上的方式階段性地變化的膜狀結構物120。即，在膜狀結構物120的端部能夠形成傾斜部126。
[0167]根據本具體例的形成方法，能夠以期望的精度控制膜狀結構物120的形狀(例如，傾斜部126的形狀)。
[0168]圖12是說明膜厚以一個階段的方式階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0169]圖9所示的試料(I)~試料(3)以及圖10所示的試料(17)的膜狀結構物120利用本具體例的形成方法形成。
[0170]如圖12(a)所示，在基材110的表面111中的端部設置遮蔽膠帶130。接下來，如圖12(a)所示的箭頭BI，通過掃描移動噴嘴140或基材110，在除遮蔽膠帶130部分之外的基材110的表面111的大致整體上形成膜狀結構物120。
[0171]接下來，如圖12(b)所示，除去遮蔽膠帶130，並對膜狀結構物120的端部實施所謂的拋光。即，如圖12(b)所示的箭頭B2，通過例如在研磨輪150上塗抹規定的研磨劑並使其旋轉，在膜狀結構物120的端部形成傾斜部123。
[0172]根據本具體例的形成方法，能夠以期望的精度控制膜狀結構物120的形狀(例如，傾斜部126的形狀)，並能夠形成更穩定的傾斜部123。
[0173]圖13是說明通過控制噴嘴或基材的掃描移動而使得膜狀結構物的膜厚階段性地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0174]圖13(a)是說明使掃描移動方向反轉的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。圖13(b)是說明使掃描移動速度變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0175]圖9所示的試料(7)以及試料(14)的膜狀結構物120利用圖13(a)所示的具體例的形成方法形成。
[0176]在圖13(a)所示的膜狀結構物120的形成方法中，使用與所期望的傾斜部126的寬度(例如圖3所示的成分Dl)大致相同寬度的噴嘴140。然後，如圖13(a)所示的箭頭B3以及箭頭B4，通過在所期望的端部121使噴嘴140的掃描移動方向反轉，可形成傾斜部126。
[0177]例如，使用寬度為1mm的噴嘴140，以每次進給量(步幅)為1mm的方式從噴嘴140的噴出口朝向基材110的表面111噴射氣溶膠。也就是說膜狀結構物120的膜厚在1mm的寬度上以10個階段階段性地發生變化。即，在1mm的寬度上形成有10級臺階。換言之，在不進行重複噴射的膜狀結構物120的端部，形成有噴嘴140的寬度程度的傾斜部126。
[0178]據此，能夠由噴嘴140的寬度控制傾斜部126的寬度。
[0179]在圖13(b)所示的膜狀結構物120的形成方法中，部分地改變噴嘴140或基材110的掃描移動速度V。具體而言，如圖13(b)所示，當噴嘴140接近所期望的端部121時，加快噴嘴140或基材110的掃描移動速度V。由此，能夠形成傾斜部126。
[0180]據此，通過預先設定掃描移動程序，不中斷形成膜狀結構物120的工序就能形成傾斜部126。
[0181]圖14是說明使膜狀結構物的膜厚大致連續地變化的膜狀結構物的形成方法的模式平面圖。
[0182]圖9所示的試料(10)的膜狀結構物120是利用本具體例的形成方法形成的。
[0183]在圖14所示的膜狀結構物120的形成方法中，在噴嘴140和基材110之間設置有遮罩160。如圖14所示的箭頭B6，從噴嘴140的噴出口朝向基材110的表面111噴射的、通過遮罩160的端部附近的氣溶膠繞到遮罩160的下側。由此，能夠形成膜厚大致連續地變化的傾斜部123。
[0184]據此，通過諸如設置遮罩160之類的更簡易的機構，能夠形成膜厚大致連續地變化的傾斜部123。
[0185] 另外，通過調整微粒的噴塗角度、或者通過研磨加工對膜外周部進行光滑加工等的簡易的機構也能夠形成膜厚連續地變化的傾斜部。
[0186]接下來，對於本發明人所測量的傾斜部的形狀參看附圖進行說明。
[0187]圖15是例示圖9所示的試料(5)的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0188]圖9所示的試料(5)的膜狀結構物120利用此前關於圖11所述的形成方法形成。
[0189]如圖9以及圖15(b)所示，試料(5)的傾斜部126的倍率為757μιη/13μηι^ 58
倍。由此，如圖15(a)所示，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205。
[0190]圖16是例示圖10所示的試料(17)的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0191]圖10所示的試料(17)的膜狀結構物120利用此前關於圖12所述的形成方法形成。
[0192]如圖10以及圖16(b)所示，試料(17)的傾斜部123的倍率為540 μ m/ll.ΙμL? N 49倍。由此，如圖16(a)所示，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205。
[0193]本發明人使用圖9所示的試料(5)以及圖10所示的試料(17)對傾斜部123、126的任意點的維氏硬度以及平均膜厚t的部分的任意點的維氏硬度分別測量了 3次。其結果如下。另外，本發明人將維氏硬度(HV)變換為吉帕斯卡(GPa)的單位的值。
[0194]圖15(b)所示的第一測量點122a的維氏硬度為8.06GPa (第一次測量)、8.04GPa(第二次測量)、7.80GPa(第三次測量)。圖15(b)所示的第二測量點122b的維氏硬度為7.SOGPa (第一次測量)、7.79GPa (第二次測量)、8.04GPa (第三次測量)。
[0195]圖16 (b)所示的第三測量點122c的維氏硬度為7.82GPa(第一次測量)、8.03GPa(第二次測量)、8.03GPa(第三次測量)。圖16(b)所示的第四測量點122d的維氏硬度為8.02GPa (第一次測量)、8.0OGPa (第二次測量)、7.83GPa (第三次測量)。
[0196]由此，第一~四測量點122a、122b、122c、122d的全部維氏硬度的平均值為7.931GPa。第一~四測量點122a、122b、122c、122d的全部維氏硬度的標準偏差(σ)為
0.129GPa。第一~四測量點122a、122b、122c、122d的全部維氏硬度的變動係數為1.6%。根據本發明人所得到的見解，作為緻密度的指標如果滿足以下條件，則可以判斷該結構物為緻密的結構物。
[0197]0.7〈(平均值 ±6 σ)/平均值〈1.3
[0198]由此，在本申請說明書中，當傾斜部123的維氏硬度大於平均膜厚t的部分的維氏硬度的70%且小於平均膜厚t的部分的維氏硬度的130%時，可以判斷在傾斜部123形成了緻密的結構物。
[0199]圖17是例示圖9所示的試料(3)的傾斜部的一例的截面輪廓。
[0200]圖9所示的試料(3)的膜狀結構物120利用此前關於圖12所述的形成方法形成。
[0201]如圖9以及圖17所示，試料(3)的傾斜部的倍率為354 μ m/33.6μπι N 10倍。由此，未發生膜狀結構物120的剝離201或崩解203或者基材110的崩解205。
[0202]圖18是例示圖9所示的試料⑴的傾斜部的一例的照片以及截面輪廓。
[0203]圖9所示的試料(I)的膜狀結構物120利用此前關於圖12所述的形成方法形成。
[0204]如圖9以及圖18 (b)所示，試料⑴的傾斜部的倍率為142 μ m/22.3 μ m N 7倍，不足10倍。由此，如圖18(a)所示，發生了膜狀結構物120的剝離201或崩解203。
[0205]圖19是例示圖9所示的試料⑵的傾斜部的一例的截面輪廓。
[0206]圖9所示的試料(2)的膜狀結構物120利用此前關於圖12所述的形成方法形成。
[0207]如圖9以及圖19所示，試料⑵的傾斜部的倍率為244μπι/26μπιΝ 9倍，不足10倍。由此，發生了膜狀結構物120的剝離201。
[0208]接下來，對於本發明人所實施的模擬的結果的一例，參看附圖進行說明。
[0209]圖20是例示產生在膜狀結構物的端部的應力的模擬結果的一例的表。
[0210]圖21是例示膜狀結構物的傾斜部的模型的模式剖視圖。
[0211]本發明人計算了在氧化鋁基材110上形成含有氧化釔的膜狀結構物120時的應力。如圖21 (a)~圖21 (c)所示，將膜狀結構物120的膜厚設定為12 μ m。在應力的計算(模擬)中，使用Siemens公司的NX1-DEAS Ver.5。另外，在解析應力時，使用下式。

【權利要求】
1.一種複合結構物，其特徵在於，具有基材，以及膜狀結構物，該膜狀結構物通過使將微粒分散於氣體中的氣溶膠碰撞所述基材從而在所述基材的表面形成，所述膜狀結構物的端部與在所述膜狀結構物的膜厚和其平均膜厚相等的部分之中最接近於所述端部的最外部之間的距離、即當垂直於所述表面觀察時的距離是所述平均膜厚的10倍以上。
2.根據權利要求1所述的複合結構物，其特徵在於，所述膜狀結構物具有所述膜厚從所述最外部朝向所述端部階段性地變薄的傾斜部。
3.根據權利要求1所述的複合結構物，其特徵在於，所述膜狀結構物具有所述膜厚從所述最外部朝向所述端部連續地變薄的傾斜部。
4.根據權利要求1至權利要求3中任意一項所述的複合結構物，其特徵在於，所述基材具有圓角部，該圓角部設置於包括所述端部的區域且所述表面彎曲，所述圓角部半徑是所述平均膜厚的 10倍以上。
【文檔編號】B32B5/16GK104073797SQ201410119249
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2013年3月28日
【發明者】伊藤朋和 申請人:Toto株式會社