專利名稱：復(fù)合構(gòu)成物及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將陶瓷、半導(dǎo)體等的脆性材料及金屬等的延展性材料復(fù)合化的構(gòu)成物、在基板表面形成該構(gòu)成物的復(fù)合構(gòu)成物及其制作方法。
本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物涉及下述方面例如，納米復(fù)合磁鐵、磁性冷凍元件、耐摩耗表面涂層、將頻率響應(yīng)性不同的壓電材料混合的高次結(jié)構(gòu)壓電體、發(fā)熱體、在大溫度區(qū)域發(fā)揮特性的高次結(jié)構(gòu)電介體、光觸媒材料與其感應(yīng)物質(zhì)、微細(xì)機(jī)械部件、磁頭的耐摩耗涂層、滑動(dòng)部件、金屬模等的耐摩耗涂層及摩耗部、缺損部分的修補(bǔ)、人造骨、人造牙齒、電容器、電子回路部件、閥的滑動(dòng)部分、感壓傳感器、光快門、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(jī)鼓的表面涂層、溫度傳感器、顯示器的絕緣涂層、陶瓷發(fā)熱體、微波電介體、反射防止膜、熱線反射膜、UV吸收膜、層間絕緣膜(IMD)、淺溝槽電離(shall trench isolation)(STI)、制動(dòng)器、離合器襯片、通過(guò)金屬分散提高了電特性、磁性特性、機(jī)械特性的電子或磁裝置例如磁性屏蔽保護(hù)膜、助長(zhǎng)向熱電變換元件的熱傳導(dǎo)的周邊傾斜構(gòu)成物、通過(guò)介于金屬層之間而強(qiáng)韌化的壓電元件、控制電阻率的靜電吸盤等?？捎糜诒３址浪圆⒒旌戏锱c光觸媒材料的防污表面涂層等。
背景技術(shù)：
一般來(lái)說(shuō)，稱作復(fù)合材料的材料中的由陶瓷等脆性材料組成的復(fù)合材料是作為結(jié)構(gòu)材料或功能材料發(fā)展而來(lái)，從粒子或纖維分散到母體組織中的長(zhǎng)期以來(lái)的略微宏觀的材料到近年來(lái)用結(jié)晶標(biāo)準(zhǔn)以復(fù)合化為目標(biāo)的中型碳酸氫鈣復(fù)合材料或納米復(fù)合材料正顯露頭角。這種納米復(fù)合材料具有在結(jié)晶晶粒內(nèi)或結(jié)晶晶粒邊界導(dǎo)入不同種類材料的納米尺寸結(jié)晶的晶粒內(nèi)納米復(fù)合型以及納米尺寸的不同種類結(jié)晶彼此混合的納米納米復(fù)合型。人們期待著納米復(fù)合材料能夠發(fā)揮前所未有的特性，有關(guān)這方面的論文也有發(fā)表。
在新陶瓷材料(NEW CERAMICS)(1997No.2)中，記載了通過(guò)共沉淀反應(yīng)制作以氧化鋯系超微粒子包圍氧化鋁原料成分周圍的原料，并對(duì)該原料進(jìn)行燒結(jié)得到納米復(fù)合體的技術(shù)。
在新陶瓷材料(NEW CERAMICS)(1998 Vol.11 No.5)中，記載了在陶瓷微粒子表面進(jìn)行無(wú)電解電鍍法等的化學(xué)過(guò)程，制作在PZT原料成分的表面析出Ag或Pt粒子的復(fù)合粉末，并對(duì)該粉末進(jìn)行燒結(jié)得到納米復(fù)合體的技術(shù)。
同樣，在新陶瓷材料(NEW CERAMICS)(1998 Vol.11 No.5)中，還揭示了這樣的技術(shù)，作為納米復(fù)合材料，利用如下材料Al2O3/Ni、Al2O3/Co、Zr2O/Ni、Zr2O/SiC、BaTiO3/SiC、BaTiO3/Ni、ZnO/NiO、PZT/Ag等等，并對(duì)這些材料進(jìn)行燒結(jié)，由此得到納米復(fù)合體。
這些論文所揭示的納米復(fù)合體的任何一種都是通過(guò)燒結(jié)得到的，因此，晶粒的成長(zhǎng)很容易引起粒子尺寸粗大化，而且也受到燒成時(shí)不能氧化等的限制。另外，在形成陶瓷與金屬的復(fù)合體的情況下，一旦陶瓷的燒成溫度與金屬的熔點(diǎn)顯著不同，大多數(shù)情況下就會(huì)因燒結(jié)溫度引起金屬蒸發(fā)，就會(huì)帶來(lái)難以控制復(fù)合比例的問(wèn)題。此外，在通過(guò)無(wú)電解電鍍法等將金屬電鍍到陶瓷粉體表面上時(shí)，可利用的金屬受到了限制，在濕式工藝中，有混入雜質(zhì)的懸念。
針對(duì)上述納米復(fù)合體通過(guò)燒結(jié)所得的情況，MateralsIntegration(2000 Vol.13 No.4)中，記載了利用反應(yīng)性低電壓磁控管噴涂法，使用Cr沖擊板，改變O2分壓，依此得到種種Cr/Cr Ox納米復(fù)合薄膜的技術(shù)。但是，利用這種方法，不同種類的混合微粒子不會(huì)以層狀層疊，作為粒子分散型也不能堆積納米水平的結(jié)晶。
另一方面，近來(lái)，公知的新的覆膜形成方法有氣體沉淀法(加集誠(chéng)一郎金屬1989年1月號(hào))及靜電微粒子涂敷法(井川他昭和52年度精密機(jī)械學(xué)會(huì)秋季大會(huì)學(xué)術(shù)講演會(huì)前印刷)。前者的原理是，對(duì)金屬或陶瓷等超微粒子進(jìn)行氣體攪拌，使其氣霧劑化，并通過(guò)微小噴嘴進(jìn)行加速，在沖撞基體材料時(shí)，動(dòng)能的一部分變換成熱能，對(duì)微粒子之間或微粒子與基體材料之間進(jìn)行燒結(jié)；后者的原理是，利用使微粒子帶電的電場(chǎng)梯度進(jìn)行加速，之后，與氣體沉淀同樣，利用沖撞時(shí)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行燒結(jié)。
作為將上述氣體沉淀法應(yīng)用到不同種類的混合微粒子中的現(xiàn)有技術(shù)，有特公平3-14512號(hào)(特開(kāi)昭59-80361號(hào))公報(bào)、特開(kāi)昭59-87077號(hào)公報(bào)、特公昭64-11328號(hào)(特開(kāi)昭61-209032號(hào))公報(bào)及特開(kāi)平6-116743號(hào)公報(bào)所揭示的技術(shù)，這些都是公知技術(shù)。
上述各公報(bào)中提案的內(nèi)容，涉及不同種類的微粒子有Ag、Ni或Fe等的金屬(延展性材料)，至于金屬與陶瓷陶瓷(脆性材料)的納米復(fù)合體或有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的復(fù)合化并沒(méi)有具體地提示。
另外，由于上述技術(shù)的基本原理是，將原料的超微粒子處于熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)，不用粘結(jié)劑，不由混合微粒子形成膜，因此，要設(shè)置紅外線加熱裝置等的輔助加熱裝置。
另一方面，本發(fā)明者在特開(kāi)2000-212766號(hào)公報(bào)中提出，不是納米復(fù)合體，不用加熱裝置的加熱，形成超微粒子膜的方法。該特開(kāi)2000-212766號(hào)公報(bào)所揭示的技術(shù)是通過(guò)對(duì)于粒徑為10nm～5μm的超微粒照射離子束、原子束、分子束或低溫等離子體等，使超微粒子不熔融而活性化，并在這種狀態(tài)下，以3m/sec～300m/sec的速度在基板上噴涂，由此，促進(jìn)超微粒相互結(jié)合，形成構(gòu)成物。
歸納以上以往技術(shù)，可以看出，以往的所謂納米復(fù)合體幾乎都是通過(guò)燒成得到的，會(huì)伴隨結(jié)晶晶粒的成長(zhǎng)，導(dǎo)致復(fù)合體平均粒徑大于原料微粒子的平均粒徑，在強(qiáng)度、致密性方面要得到優(yōu)良特性是很困難的。另外，雖然也有抑制結(jié)晶晶粒成長(zhǎng)的提案，但是可使用的原料受到了限制。
進(jìn)一步，即使是不伴隨燒結(jié)的由微粒子的覆膜形成法，也都需要表面活性化裝置，而且對(duì)于陶瓷來(lái)說(shuō)，幾乎未進(jìn)行考察，也沒(méi)有有關(guān)將陶瓷等脆性材料與金屬等延展性材料組成的復(fù)合體的說(shuō)明。
本發(fā)明者對(duì)于上述特開(kāi)2000-212766號(hào)公報(bào)揭示的技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行再次的試驗(yàn)。結(jié)果表明，金屬(延展性材料)與陶瓷或半導(dǎo)體等脆性材料表示出完全不同的特點(diǎn)。
換句話說(shuō)，關(guān)于脆性材料，僅僅依據(jù)該以公報(bào)記載的條件的微粒子的粒徑為10nm～5μm、沖撞速度為3m/sec～300m/sec時(shí)，構(gòu)成物的剝離強(qiáng)度不足，或者部分容易剝離，還會(huì)出現(xiàn)密度不均勻等問(wèn)題，但是，關(guān)于脆性材料，不照射離子束、原子束、分子束或低溫等離子體等，也就是不用特別的活性化裝置就能形成構(gòu)成物。
從上述，本發(fā)明者得到以下結(jié)論。
陶瓷是處于幾乎不具有自由電子的共價(jià)鍵性或離子鍵合性強(qiáng)的原子結(jié)合狀態(tài)。因此，硬度高而沖撞弱。硅或鎳之類的半導(dǎo)體也是不具有延展性的脆性材料。因而，在給脆性材料外加機(jī)械沖擊力時(shí)，例如沿著微晶彼此的界面等斷層產(chǎn)生結(jié)晶格子偏移或者破裂等。引起這些現(xiàn)象時(shí)，斷層面或破裂面處于原來(lái)存在于內(nèi)部并將與別的原子結(jié)合的原子剝出的狀態(tài)，即形成新生面。該新生面的原子一層的一部分在外力作用下，從原來(lái)穩(wěn)定的原子結(jié)合狀態(tài)被強(qiáng)制地暴露在不穩(wěn)定的表面狀態(tài)。換句話說(shuō)，處于表面能量高的狀態(tài)。該活性面轉(zhuǎn)換成鄰接的脆性材料表面或相同的鄰接的脆性材料的新生面或與基板表面接合而處于穩(wěn)定狀態(tài)。由外部連續(xù)施加機(jī)械沖擊力導(dǎo)致這種現(xiàn)象繼續(xù)產(chǎn)生。通過(guò)微粒子的變形、粉碎等的反復(fù)，使接合進(jìn)展著，由此進(jìn)行所形成的構(gòu)成物的致密化。于是，形成脆性材料的構(gòu)成物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明如果是在上述的脆性材料上形成新生面、由此形成構(gòu)成物的話，在考慮以該脆性材料作為膠粘劑的情況下，可以基于形成具有前所未有的特性的脆性材料和延展性材料的復(fù)合構(gòu)成物所考慮的情況實(shí)施。
基于上述見(jiàn)解制作的本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的微觀結(jié)構(gòu)與用以往的方法得到構(gòu)成物明顯地不同。
換句話說(shuō)，本發(fā)明的構(gòu)成物，是分散有一種以上的陶瓷或半導(dǎo)體等的脆性材料的結(jié)晶、一種以上的金屬等延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織(非結(jié)晶金屬層或有機(jī)物組成的微細(xì)結(jié)構(gòu)體)的構(gòu)成物，由上述脆性材料的結(jié)晶組成的部分是多結(jié)晶，構(gòu)成該多結(jié)晶部分的結(jié)晶實(shí)質(zhì)上沒(méi)有結(jié)晶取向性，而且，上述脆性材料彼此的結(jié)晶界面上實(shí)質(zhì)上不存在玻璃質(zhì)組成的晶粒邊界層。
而且，是在基體材料表面形成上述構(gòu)成物的復(fù)合構(gòu)成物，構(gòu)成物的一部分是侵入基體材料表面的錨固(anchor)部。
在形成上述錨固部之際，利用延展性材料和脆性材料的混合微粒子，在延展性材料微粒子的堆積組織上脆性材料使延展性材料變形，可以發(fā)現(xiàn)所謂的產(chǎn)生錨固效果的多級(jí)層錨固部的形成，有利的是能制作出堆積高度大、強(qiáng)度大的構(gòu)成物。
在這里，為了理解本發(fā)明，下面對(duì)于重要的語(yǔ)句進(jìn)行解釋。
多結(jié)晶在本申請(qǐng)中是指微晶接合、聚集而成的結(jié)構(gòu)體。微晶實(shí)質(zhì)上單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)結(jié)晶，其直徑通常為5nm以上。但是，很少有微粒子不破碎地結(jié)合到構(gòu)成物中等的情況，構(gòu)成物實(shí)質(zhì)上是多結(jié)晶。
結(jié)晶取向性在本申請(qǐng)中是指多結(jié)晶的構(gòu)成物中的結(jié)晶軸的取向情況，取向性的有或無(wú)是將由通常認(rèn)為實(shí)質(zhì)上沒(méi)有取向性的粉末X線衍射等成為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的JCPDS(ASTM)數(shù)據(jù)為指標(biāo)進(jìn)行判斷。
表現(xiàn)構(gòu)成構(gòu)成物中的脆性材料結(jié)晶的物質(zhì)的該指標(biāo)的主要衍射3波峰的波峰強(qiáng)度為100％，在構(gòu)成物的同物質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)中的最主要波峰的波峰強(qiáng)度與該波峰強(qiáng)度一致的情況下，其他2波峰的波峰強(qiáng)度與指標(biāo)值比較，將其偏移收縮到30％以內(nèi)的狀態(tài)，在本申請(qǐng)中稱作實(shí)質(zhì)上沒(méi)有取向性。
界面在本申請(qǐng)中是指構(gòu)成微晶彼此的邊界的區(qū)域。
晶粒邊界層是保持位于界面或燒結(jié)體的晶粒邊界的某種厚度的層(通常為數(shù)nm～數(shù)μm)，成為與通常結(jié)晶粒內(nèi)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)不同的非結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)情況伴隨不純物的偏析。
錨固部在本申請(qǐng)的情況下，是指基體材料與構(gòu)成物的界面上所形成的凹凸，特別是指預(yù)先在基體材料上沒(méi)有形成凹凸、而在構(gòu)成物形成時(shí)通過(guò)改變?cè)瓉?lái)的基體材料表面精度而形成的凹凸。
平均微晶直徑是根據(jù)X線衍射法的Scherrer的方法算出的微晶尺寸，例如使用MacScience公司制的MXP-18進(jìn)行測(cè)定、運(yùn)算。
內(nèi)部畸變是借助于包含在微粒子中的晶格畸變，用X線衍射測(cè)定的Hall法算出的值，以使微粒子充分退火的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為基準(zhǔn)，用百分率表示其偏移。
脆性材料微粒子或復(fù)合微粒子的速度意味著根據(jù)實(shí)施例3揭示的微粒子的測(cè)定方法算出的平均速度。
通過(guò)以往的燒結(jié)形成的納米復(fù)合體，結(jié)晶伴隨熱引起的晶粒成長(zhǎng)，特別是在用燒結(jié)助劑的情況下，作為晶粒邊界層產(chǎn)生玻璃層。
另一方面，本發(fā)明的構(gòu)成物，由于隨著原料微粒子中的脆性材料微粒子的變形或破碎，構(gòu)成物的構(gòu)成粒子的一方與原料微粒子相比變小。例如，用激光衍射法或激光散亂法計(jì)測(cè)的微粒子的平均粒徑為0.1～5μm，在這種情況下，所形成的構(gòu)成物的平均微晶的直徑為100nm以下的情況比較多，由該微細(xì)微晶組成的多結(jié)晶體作為其組織保持。結(jié)果，可以制成平均微晶的直徑為500nm以下、致密度為70％以上；或者平均微晶的直徑為100nm以下、致密度為95％以上；或者平均微晶的直徑為50nm以下、致密度為99％以上的致密構(gòu)成物。
在這里，致密度(％)利用文獻(xiàn)值、理論計(jì)算值所獲得的真比重和從構(gòu)成物的重量與體積值求出的毛體積比重，從毛體積比重÷真比重×100(％)的式子中算出。
另外，本發(fā)明的構(gòu)成物的特征是，由于隨著沖撞等的機(jī)械沖擊引起的變形或粉碎，作為結(jié)晶形狀，扁平形狀或細(xì)長(zhǎng)形狀很難存在，其微晶形狀看起來(lái)很像粒狀，其長(zhǎng)寬比大約在2.0以下。另外，由于微粒子是粉碎的碎片粒子的再接合部分，所以，沒(méi)有結(jié)晶取向，幾乎是致密質(zhì)的，硬度、耐摩耗性、耐腐蝕性等的機(jī)械、化學(xué)特性等良好。
此外，本發(fā)明由于從脆性材料微粒子的粉碎到再接合是瞬間進(jìn)行的，所以，接合時(shí)微細(xì)碎片粒子的表面附近幾乎沒(méi)有原子的擴(kuò)散。因而，構(gòu)成物的微晶彼此的界面的原子排列不紊亂，幾乎不形成成為溶解層的晶粒邊界層(玻璃層)，即使形成也在1nm以下。因此，顯示出耐腐蝕性等的化學(xué)特性優(yōu)良的特征。
另外，本發(fā)明的構(gòu)成物中，包含在構(gòu)成上述構(gòu)成物的結(jié)晶界面附近具有非化學(xué)計(jì)量的缺損部分(例如缺氧)的構(gòu)成物。
作為在其表面形成本發(fā)明的構(gòu)成物的基體材料，有例如玻璃、金屬、陶瓷、半導(dǎo)體或有機(jī)化合物等。作為脆性材料有例如氧化鋁、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，或者是這些的混合物及多元系的固溶體，鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈦酸鋰、鈦酸鍶、鈦酸鋁、PZT、PLZT等的壓電性或熱電性陶瓷，硅氯氧氮聚合材料、金屬陶瓷等高韌性陶瓷，氫氧磷灰石、磷酸鈣等生物適合性陶瓷，硅、鍺或其中添加有磷等各種摻雜物質(zhì)的半導(dǎo)體物質(zhì)，砷化鎵、砷化銦、硫化鎘等半導(dǎo)體化合物等等。此外，并不限于這些無(wú)機(jī)材料，還可以是例如硬質(zhì)氯乙烯、聚碳酸酯、丙烯基等脆性的有機(jī)材料。作為延展性材料，有例如鐵、鎳、鉻、鈷、鋅、錳、銅、鋁、金、銀、白金、鈦、鎂、鈣、鋇、鍶、釩、鈀、鉬、鈮、鋯、釔、鉭、鉿、鎢、鉛、鑭等金屬材料，以這些為主要成分的合金材料，以及包含延展性脆性的化合物材料之外的聚乙烯、聚丙烯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、氟樹(shù)脂、聚縮醛、丙烯基樹(shù)脂、聚碳酸酯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、硬質(zhì)氯乙烯樹(shù)脂、不飽和聚酯、硅酮等的有機(jī)化合物。
本發(fā)明構(gòu)成物的厚度(除基體材料的厚度以外的厚度)可以是50μm以上。上述構(gòu)成物表面從微觀上看是不平滑的。例如，在金屬表面制成覆蓋高硬度復(fù)合構(gòu)成物(納米復(fù)合體)的耐摩耗性滑動(dòng)部件的情況下等，由于要求平滑表面，所以，在后工序中，要對(duì)表面進(jìn)行切削或研磨。在這樣的用途方面，希望復(fù)合構(gòu)成物的堆積高度為50μm程度以上。在進(jìn)行平面磨削的情況下，由于磨削機(jī)的機(jī)械的制約，希望堆積高度為50μm以上，在這種情況下，由于進(jìn)行數(shù)十μm的磨削，所以，50μm以下的表面形成平滑薄膜。
此外，根據(jù)情況，希望構(gòu)成物的厚度為500μm以上，在本發(fā)明中，不僅能夠制成具有高硬度、耐摩耗性、耐熱性、耐腐蝕性、耐藥性、電絕緣性等的功能的在金屬材料等的基板上形成的復(fù)合構(gòu)成物的膜，而且也能以其單體可利用的復(fù)合構(gòu)成物的制作為目的。陶瓷材質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度是各種各樣的，如果是500μm以上厚度的構(gòu)成物，例如在陶瓷基板等的用途方面，若選擇材質(zhì)，可得到能充分利用的強(qiáng)度。
例如，在設(shè)置于襯底架上的金屬箔表面上堆積復(fù)合材料超微粒子，形成一部分或全部具有500μm以上厚度的致密質(zhì)構(gòu)成物后，如果除去金屬箔的部分，就可在室溫下制成復(fù)合材質(zhì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。
另一方面，本申請(qǐng)的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，將脆性材料及延展性材料微粒子同時(shí)或分別以高速度沖撞基體材料表面，通過(guò)沖撞的沖擊使上述脆性材料微粒子及延展性材料微粒子變形或粉碎，在上述脆性材料彼此之中，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使上述微粒子彼此再次結(jié)合，進(jìn)一步，在上述基體材料及/或上述延展性材料微粒子的邊界部形成一部分錨固其表面的侵入部，并進(jìn)行接合，形成由分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織組成的構(gòu)成物。
作為將脆性材料微粒子及延展性材料微粒子以高速度沖撞的方法，可采用例如利用輸送氣體的方法、利用靜電力使微粒子加速的方法、噴鍍法、粒子束法、冷噴涂法等。其中的利用輸送氣體的方法，以往稱作氣體沉淀法，是將含有金屬或半導(dǎo)體、陶瓷微粒子的氣霧劑從噴嘴噴出，并以高速噴鍍到基板上，通過(guò)微粒子在基體材料上的堆積，形成具有微粒子成分的壓粉體等堆積層的構(gòu)成物形成法。其中，在這里，特別是將在基板上直接形成構(gòu)成物的方法稱作超微粒子束堆積法(Ultra-Fine particles beam deposition method)或氣霧劑沉淀法，在該說(shuō)明書中，在下文用該名稱命名本發(fā)明的制作方法。
在用超微粒子束堆積法使材料微粒子的氣霧劑沖撞的情況下，最好是預(yù)先制作混合粉體的氣霧劑，也可以分別生成氣霧劑、分別進(jìn)行沖撞，或者在改變氣霧劑的混合比進(jìn)行混合的同時(shí)進(jìn)行沖撞。在這種情況下，很容易形成具有傾斜結(jié)構(gòu)的構(gòu)成物。
本發(fā)明另一形式的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，包括經(jīng)過(guò)在脆性材料微粒子的表面上涂敷一種以上的延展性材料的工序并形成復(fù)合微粒子之后、將該復(fù)合微粒子以高速度沖撞基體材料表面的方法。
作為將延展性材料涂敷到脆性材料的微粒子表面的方法，可以采用PVD或CVD、模擬機(jī)械制合金的處理，還可以是在微粒子表面進(jìn)一步混勻粒徑小的超微粒子等將其附著在上面。
另外，本發(fā)明另一形式的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，將脆性材料微粒子及延展性材料微粒子堆積在基體材料的表面，將機(jī)械沖擊力施加到該脆性材料微粒子及延展性材料微粒子上，借助于機(jī)械沖擊使上述脆性材料微粒子及延展性材料微粒子變形或粉碎，上述脆性材料微粒子通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使上述微粒子彼此再次結(jié)合，進(jìn)一步，在上述基體材料和/或上述延展性材料微粒子的邊界部形成一部分侵入其表面的錨固部，并使之接合，形成由在上述錨固部上將脆性材料的結(jié)晶、延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織分散的組織組成的構(gòu)成物。
在這種情況下，與上述同樣，可以利用將延展性材料涂敷到脆性材料微粒子表面的復(fù)合微粒子。
如上文所述，本發(fā)明著眼于把沖擊賦予脆性材料微粒子時(shí)的變形或粉碎所產(chǎn)生的新生活性面。而且，如果脆性材料微粒子的內(nèi)部畸變小，沖撞脆性材料微粒予時(shí)，就很難產(chǎn)生變形或粉碎，相反，如果內(nèi)部畸變大，為了消除內(nèi)部畸變，會(huì)產(chǎn)生大的裂紋，沖撞前脆性材料微粒子破碎、凝集，即使將該凝集物與基體材料沖撞，也很難形成新生面。因此，為了得到本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物，脆性材料微粒子的粒徑以及沖撞速度是重要的，除此之外，給原料的脆性材料微粒子預(yù)先賦予給定范圍的內(nèi)部畸變，也是重要的。最好的內(nèi)部畸變是形成裂紋之前變大的畸變，但是，即使稍微形成裂紋，仍殘留有內(nèi)部畸變的微粒子也沒(méi)有關(guān)系。
本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法(超微粒子束堆積法)中，上述脆性材料微粒子最好使用平均粒徑為0.1～5μm、預(yù)先內(nèi)部畸變大的微粒子。另外，其速度為50～450m/s的范圍內(nèi)比較合適，最好是150～400m/s。這些條件與沖撞基體材料時(shí)等形成新生面的情況密切相關(guān)，粒徑小于0.1μm時(shí)，粒徑過(guò)小，很難產(chǎn)生粉碎或變形，超過(guò)5μm時(shí)，雖然有一部分被粉碎，但實(shí)質(zhì)上會(huì)出現(xiàn)侵蝕引起的膜刮削效果，另外，由于沒(méi)有被粉碎，有停留在微粒子壓粉體的堆積的情況發(fā)生。同樣，在以該平均粒徑進(jìn)行構(gòu)成物形成的情況下，在速度為50m/s以下時(shí)，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)有壓粉體混在構(gòu)成物中的現(xiàn)象，如果速度在450m/s以上，侵蝕效果會(huì)更明顯，顯然降低了構(gòu)成物的形成效率。該速度的測(cè)定方法是基于實(shí)施例3進(jìn)行的。
本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物制作方法的特征之一在于，是在室溫下或比較低的溫度下進(jìn)行的，作為基體材料可以選定樹(shù)脂等熔點(diǎn)低的材料。
但是，在本發(fā)明的方法中還可以附加加熱工序。在本發(fā)明的構(gòu)成物形成之際，其特征在于，在微粒子的變形、粉碎時(shí)幾乎不會(huì)引起發(fā)熱，能形成致密質(zhì)構(gòu)成物，并且可以在室溫環(huán)境下充分地形成。因此，雖然構(gòu)成物形成時(shí)并非一定與熱有關(guān)，但也可考慮進(jìn)行微粒子的干燥或表面吸附物的除去、活性化所需要的加熱，以及對(duì)錨固部形成的輔助，復(fù)合構(gòu)成物的使用環(huán)境等，也應(yīng)充分考慮把緩和構(gòu)成物與基體材料的熱應(yīng)力、除去基體材料表面的吸附物、提高構(gòu)成物形成效率等作為目標(biāo)的基體材料或構(gòu)成物形成環(huán)境的加熱。在這種情況下，依然不需要引起微粒子或基體材料溶解、燒結(jié)及極端軟化的高溫。另外，在形成由上述多結(jié)晶脆性材料組成的構(gòu)成物之后，用該脆性材料的熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行加熱處理，可對(duì)結(jié)晶組織進(jìn)行控制。
在本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法中，為了使在原料微粒子上形成的新生面的活性持續(xù)某種程度的時(shí)間，因此，最好在減壓下進(jìn)行。
此外，在用超微粒子束堆積法實(shí)施本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法的情況下，通過(guò)控制氧氣等輸送氣體的種類和/或分壓，控制構(gòu)成由上述脆性材料組成的構(gòu)成物的化合物的元素缺損量，并控制構(gòu)成物中的氧濃度，在構(gòu)成物中存在金屬氧化物的情況下，通過(guò)在其結(jié)晶界面近旁形成氧缺損層，可以控制構(gòu)成物的電特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁性特性。
換句話說(shuō)，如果將氧化鋁等氧化物作為超微粒子束堆積法的原料微粒子使用、抑制所使用的氣體的氧分壓、進(jìn)行構(gòu)成物的形成時(shí)，要考慮在將微粒子粉碎、形成微細(xì)的碎片粒子之際，氧從微細(xì)碎片粒子的表面轉(zhuǎn)為氣相，在表面相引起氧缺損等情況。此后，由于微細(xì)碎片粒子彼此再接合，所以，在結(jié)晶粒彼此的界面附近形成氧缺損層。另外，缺損的元素并不限于氧，也可以是氮、硼、碳等，對(duì)于這些也可以控制特定氣體種類的氣體分壓，并考慮通過(guò)氣相、固相之間的元素量的非平衡狀態(tài)引起的分配或反應(yīng)引起的元素脫落來(lái)完成。


圖1是本發(fā)明一形式的構(gòu)成物制作裝置的示意圖。
圖2是本發(fā)明一形式的構(gòu)成物制作裝置的示意圖。是構(gòu)成物制作裝置的說(shuō)明圖。
圖3是構(gòu)成物的穿透型電子顯微鏡圖像。
圖4是微粒子的速度測(cè)定裝置圖。
具體實(shí)施例方式
下面，描述本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法的一實(shí)施方式。
預(yù)先準(zhǔn)備在通過(guò)行星研磨機(jī)賦予畸變的亞微米粒子粒徑的脆性材料微粒子粉體的表面涂敷了金屬的復(fù)合微粒子粉體，利用這種粉體，并通過(guò)超微粒子束堆積法(Ultra-Fine particles beam depositionmethod)在基板上形成構(gòu)成物。圖1示出了所使用的超微粒子束堆積法的裝置圖。
在圖1中，復(fù)合構(gòu)成物制作裝置10是將氮?dú)馄?01通過(guò)輸送管102與氣霧劑發(fā)生器103連接，在氣霧劑發(fā)生器103的下游側(cè)設(shè)置有粉碎機(jī)104，進(jìn)一步在粉碎機(jī)104的下游側(cè)設(shè)置有分級(jí)器105。在通過(guò)這些部件的輸送管102的前端配設(shè)有噴嘴107，噴嘴107設(shè)置在構(gòu)成物形成室106內(nèi)。在噴嘴107開(kāi)口的前面設(shè)置有鐵制的基板108，基板108安裝在XY載物臺(tái)109上。構(gòu)成物形成室106與真空泵110連接。氣霧劑發(fā)生器103內(nèi)裝有上述復(fù)合微粒子粉體103a。
下面說(shuō)明以上構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)成物制作裝置10的作用。預(yù)先通過(guò)圖中未示的畸變賦予裝置的行星研磨機(jī)進(jìn)行粉碎，預(yù)備上述復(fù)合微粒子粉體103b，并將其填充到氣霧劑發(fā)生器103內(nèi)。借助于氮?dú)馄?01，通過(guò)輸送管102將氮?dú)鈱?dǎo)入裝填有混合粉體的氣霧劑發(fā)生器103內(nèi)，驅(qū)動(dòng)氣霧劑發(fā)生器103，產(chǎn)生含有復(fù)合微粒子的氣霧劑。氣霧劑中的微粒子凝集，形成大約100μm的二次粒子，但是該二次粒子通過(guò)輸送管102導(dǎo)入粉碎機(jī)104中，就可以變換成大多含有一次粒子的氣霧劑。之后，導(dǎo)入分級(jí)器105中，除去粉碎機(jī)104沒(méi)有粉碎的還存在于氣霧劑中的粗大的二次粒子，并進(jìn)一步變換成富一次粒子的氣霧劑，將其導(dǎo)出，然后，從設(shè)置在構(gòu)成物形成室106內(nèi)的噴嘴107以高速噴向基板108。氣霧劑與設(shè)置在噴嘴107前面的基板108發(fā)生沖撞，與此同時(shí)，通過(guò)XY載物臺(tái)109搖動(dòng)基板108，由此，在基板108上的一定面積上形成薄膜構(gòu)成物。構(gòu)成物形成室106通過(guò)真空泵110置于約10kPa的減壓環(huán)境下。
另外，上述構(gòu)成物形成工序中的氣霧劑發(fā)生器103、粉碎機(jī)104、分級(jí)器105為單獨(dú)的部件，也可以做成一體。如果粉碎機(jī)的性能足以滿足要求，也可以不設(shè)分級(jí)器。此外，微粒子的研磨粉碎既可以在涂敷金屬之前進(jìn)行，也可以在其之后進(jìn)行，還可以同時(shí)進(jìn)行。在同時(shí)的情況下，通過(guò)裝填有例如將金屬微粒子與脆性材料微粒子混合在一起的粉體的研磨機(jī)，在粉碎中進(jìn)行涂敷。無(wú)論考慮怎樣的涂敷方法，都可以利用例如PVD、CVD、電鍍、溶膠凝膠法等各種方法，預(yù)先進(jìn)行制作。
脆性材料微粒子的種類也不限于一種，無(wú)論幾種的混合都是容易進(jìn)行的，另外，延展性材料的涂敷物質(zhì)也是同樣的。由于混合比可任意設(shè)定，所以，可自由地控制構(gòu)成物的組成。所使用的氣體也不限于氮?dú)?，可以是氬、氦等任意的氣體。也可以考慮通過(guò)將這些氣體與氧相混合，改變構(gòu)成物中的氧濃度的情況。
下面，敘述本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物制作方法的另一實(shí)施方式。
圖2是復(fù)合構(gòu)成物制作裝置20的示意圖，復(fù)合構(gòu)成物制作裝置20將氬氣瓶201a、201b分別通過(guò)輸送管202a、202b連接到氣霧劑發(fā)生器203a、203b上，在氣霧劑發(fā)生器203a、203b的下游側(cè)分別設(shè)置有粉碎機(jī)204a、204b，進(jìn)一步在粉碎機(jī)204a、204b的下游側(cè)分別設(shè)置有分級(jí)器205a、205b，在分級(jí)器205a、205b的下游側(cè)分別設(shè)置有氣霧劑濃度測(cè)定器206a、206b。連通這些部件的輸送管202a、202b在氣霧劑濃度測(cè)定器206a、206b的下游處合流，與設(shè)置在構(gòu)成物形成室207內(nèi)的噴嘴208連通。
另外，也可以在內(nèi)裝有延展性材料微粒子的氣霧劑發(fā)生器的下游側(cè)設(shè)置粉碎機(jī)。
在噴嘴208開(kāi)口的前面設(shè)置有金屬制成的基板209，基板209安裝在XY載物臺(tái)210上。構(gòu)成物形成室207與真空泵211連接。氣霧劑發(fā)生器203a、203b及氣霧劑濃度測(cè)定器206a、206b與控制裝置212配線。氣霧劑發(fā)生器203a、203b的一方內(nèi)裝有平均粒徑為0.5μm程度的脆性材料微粒子213a，另一方內(nèi)裝有延展性材料微粒子213b。
下面說(shuō)明以上構(gòu)成的復(fù)合構(gòu)成物制作裝置20的作用。預(yù)先將通過(guò)圖中未示的畸變賦予裝置的行星研磨機(jī)進(jìn)行的研磨而賦予內(nèi)部畸變的脆性材料微粒子213a及延展性材料微粒子213b分別裝填到氣霧劑發(fā)生器203a、203b內(nèi)。接著，打開(kāi)氬氣瓶201a、201b的閥開(kāi)關(guān)，通過(guò)輸送管202a、202b將氬氣分別導(dǎo)入氣霧劑發(fā)生器203a、203b內(nèi)。受控制裝置212的控制，氣霧劑發(fā)生器203a、203b動(dòng)作，分別產(chǎn)生微粒子的氣霧劑。該氣霧劑中的脆性材料微粒子凝集，形成大約100μm的二次粒子，但是，通過(guò)將該二次粒子導(dǎo)入粉碎機(jī)204a、204b中，就可變換成大多含有一次粒子的氣霧劑。之后，導(dǎo)入分級(jí)器205a、205b中，除去粉碎機(jī)204a、204b沒(méi)有粉碎的還存在于氣霧劑中的粗大的二次粒子，并進(jìn)一步變換成一次粒子富裕的氣霧劑，將其導(dǎo)出，然后，使其通過(guò)氣霧劑濃度測(cè)定器206a、206b內(nèi)部，監(jiān)測(cè)氣霧劑中的微粒子濃度后，讓其合流，在構(gòu)成物形成室209內(nèi)，通過(guò)噴嘴207以高速噴向基板209。
通過(guò)XY載物臺(tái)210搖動(dòng)基板209，可以時(shí)刻改變氣霧劑向基板209的沖撞位置，借此，使脆性材料微粒子213a、延展性材料微粒子213b與基板209上的大面積發(fā)生沖撞。在該沖撞時(shí)，脆性材料微粒子213a、破碎或變形，彼此結(jié)合，形成使結(jié)晶以一次粒子平均粒徑以下的結(jié)晶尺寸、即納米尺寸獨(dú)立地分散、存在的致密質(zhì)的構(gòu)成物。另外，構(gòu)成物形成室211通過(guò)真空泵211排氣，將其內(nèi)部氣壓控制在約10kPa的一定值上。
于是，在基板209上形成分散有脆性材料與延展性材料的構(gòu)成物，而通過(guò)控制裝置212對(duì)這時(shí)的氣霧劑濃度測(cè)定器206a、206b的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行解析，并反饋到氣霧劑發(fā)生器203a、203b，控制氣霧劑的生成量、濃度，就可以控制構(gòu)成物中的脆性材料與延展性材料的豐度為一定或傾斜的形式。在制作這種傾斜材料的情況下，通過(guò)與XY載物臺(tái)的聯(lián)動(dòng)，很容易一邊改變堆積高度方向上的豐度，一邊改變基板209的表面方向上的豐度分布。另外，也可以不讓多種氣霧劑合流，而單獨(dú)用噴嘴噴射，形成構(gòu)成物。在這種情況下，很容易得到由薄的堆積層組成的構(gòu)成物，通過(guò)對(duì)其厚度的控制也很容易傾斜化。此外，內(nèi)裝于氣霧劑發(fā)生器的微粒子可以是復(fù)合微粒子、也可以是多種脆性材料及延展性材料的混合微粒子，為了實(shí)現(xiàn)作為目的的構(gòu)成物結(jié)構(gòu)，還可以選擇方便的良好的內(nèi)置方法。氣體的組成也是任意的。另外，對(duì)于延展性材料來(lái)說(shuō)，也可以不使用預(yù)先預(yù)備微粒子粉體的所記載的氣霧劑發(fā)生器，而是使用通過(guò)蒸發(fā)松散材料(bulk)后的迅速冷卻形成微粒子的氣體中蒸發(fā)法。
實(shí)施例1作為脆性材料微粒子，預(yù)先準(zhǔn)備平均粒徑為0.6μm的氧化鋁微粒子，并通過(guò)行星研磨機(jī)進(jìn)行粉碎處理賦予內(nèi)部畸變后，在其中以0.1％的重量比添加作為延展性材料微粒子的平均粒徑為0.4μm的金屬鎳微粒子，將這些微粒子用干式球磨機(jī)混合，制作出復(fù)合微粒子粉體，并裝填到相當(dāng)于圖1的復(fù)合構(gòu)成物制作裝置的氣霧劑發(fā)生器中，在黃銅基板上形成高度為10～15μm、面積為17×20mm的復(fù)合構(gòu)成物。這時(shí)的構(gòu)成物形成室的壓力為0.2kPa。另外，作為比較，不用延展性材料微粒子，僅用氧化鋁微粒子，同樣地形成復(fù)合構(gòu)成物。所形成的復(fù)合構(gòu)成物在僅使用氧化鋁的情況下是無(wú)色透明的，與此相對(duì)，在含有鎳的情況下，成為稍稍帶黑色的色調(diào)。表1示出了測(cè)定這些構(gòu)成物的體積電阻率和比介電常數(shù)的結(jié)果。通過(guò)下述方法制作測(cè)定用試樣，即對(duì)所形成的構(gòu)成物的表面進(jìn)行鏡面研磨，使其充分地平滑，在構(gòu)成物的表面設(shè)置φ13mm的圓形金屬電極并在其外側(cè)通過(guò)1mm的間隙以同心圓設(shè)置寬1mm的電極，由此構(gòu)成外部電極，以作為基板的黃銅為下部電極。給圓形電極與下部電極之間外加100V的電壓，用微型電流計(jì)讀出外加100V的電壓后放置約60ses時(shí)間并穩(wěn)定的電流值，用歐姆定律求出體積電阻率。接著，使用Hewlett-Packard制的電阻/放大、相位、分析儀HP4194A，在金屬電極與導(dǎo)電性的基板之間外加測(cè)定頻率為1MHz的電壓，在溫度為25℃、濕度為50％下，測(cè)定構(gòu)成物的靜電容量，由此求出比介電常數(shù)εr。這些值的計(jì)算所需要的構(gòu)成物的形成高度，用日本真空技術(shù)株式會(huì)社制的觸針式表面形狀測(cè)定儀測(cè)定。
表1 構(gòu)成物的體積電阻率和比介電常數(shù)

從表1可以看出，氧化鋁與鎳復(fù)合構(gòu)成物和氧化鋁復(fù)合構(gòu)成物相比較，體積電阻率變小一個(gè)位數(shù)，而且比介電常數(shù)也變小。
實(shí)施例2在實(shí)施例2中，借助于與實(shí)施例1同樣的手段，制作相對(duì)于氧化鋁微粒子粉體以重量比為5％混合平均粒徑為20nm的單結(jié)晶金屬鎳微粒子的復(fù)合微粒子粉體，進(jìn)行復(fù)合構(gòu)成物的形成。圖3中示出所得到的構(gòu)成物的穿透型電子顯微鏡圖像。圖像中所觀察到的直徑約為20nm的黑圓形斑點(diǎn)是單結(jié)晶金屬鎳微粒子，其周圍是氧化鋁的多結(jié)晶組織?？梢钥闯觯谘趸X構(gòu)成物中，鎳以點(diǎn)存在，并且成為彼此接合的致密組織。
實(shí)施例3
在實(shí)施例3中，描述構(gòu)成物形成時(shí)微粒子的速度測(cè)定。
上述微粒子的速度測(cè)定用下述方法。圖4示出了微粒子速度測(cè)定裝置。用于噴射氣霧劑的噴嘴31，以開(kāi)口向上設(shè)置在圖中未示的腔里，其前面配置有基板33和微粒子速度測(cè)定裝置3，基板33設(shè)置在通過(guò)馬達(dá)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)葉片32的前面，微粒子速度測(cè)定裝置3具有距離基板表面向下離開(kāi)19mm并固定的寬度為0.5mm的起切槽作用的狹縫34。噴嘴31的開(kāi)口到基板表面的距離為24mm。
下面，描述微粒子速度測(cè)定方法。氣霧劑的噴射是仿照實(shí)際復(fù)合構(gòu)成物制作方法進(jìn)行的。代替在構(gòu)成物形成室內(nèi)形成構(gòu)成物的基板，設(shè)置圖中的微粒子速度測(cè)定裝置3進(jìn)行，這樣比較合適。首先，對(duì)圖中未示的腔進(jìn)行減壓，在壓力為數(shù)kPa以下后從噴嘴31噴射含有微粒子的氣霧劑，在這種狀態(tài)下，讓微粒子速度測(cè)定裝置3以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在基板33到達(dá)噴嘴31的上部的時(shí)候，從噴嘴31的開(kāi)口飛出的微粒子，一部分通過(guò)狹縫34的切槽的間隙，與基板表面沖撞，在基板33上形成構(gòu)成物(沖撞痕跡)。在微粒子從狹縫到達(dá)有19mm距離的基板表面上的期間，由于基板33通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片32的旋轉(zhuǎn)改變位置，所以，微粒子與基板33上的從狹縫34切槽的垂線相交的位置以該變位量錯(cuò)開(kāi)的位置發(fā)生沖撞。從該垂線相交位置到?jīng)_撞形成的構(gòu)成物的距離用表面凹凸測(cè)定計(jì)測(cè)，作為從噴嘴31噴射的微粒子的速度，利用該距離、狹縫34與基板表面的距離及旋轉(zhuǎn)葉片32的旋轉(zhuǎn)速度的值，算出從距噴嘴31的開(kāi)口有5mm距離的地方到有24mm距離的地方的平均速度，以此為本申請(qǐng)微粒子的速度。
工業(yè)上的應(yīng)用性如上文所述，本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物，由于將陶瓷等的脆性材料及金屬等的延展性材料以納米水平的大小復(fù)合化，所以，可以提供具有前所未有的特性的新穎的物質(zhì)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，并不限于膜狀，可以制作任意三維形狀的復(fù)合構(gòu)成物，其用途可擴(kuò)大到所有的領(lǐng)域。
進(jìn)一步，即使在基體材料上形成復(fù)合構(gòu)成物的情況下，由于是在低溫(室溫程度)下進(jìn)行的，不需要經(jīng)過(guò)加熱燒成等工序，所以，可以選擇任意的基體材料。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)成物，是分散有一種以上的陶瓷或半導(dǎo)體等的脆性材料的結(jié)晶、一種以上金屬等的延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的構(gòu)成物，其特征是，由所述脆性材料的結(jié)晶組成的部分是多結(jié)晶，構(gòu)成該多結(jié)晶部分的結(jié)晶實(shí)質(zhì)上沒(méi)有結(jié)晶取向性，而且，所述脆性材料彼此的結(jié)晶界面上實(shí)質(zhì)上不存在玻璃質(zhì)組成的晶粒邊界層。
2.一種復(fù)合構(gòu)成物，是在基體材料的表面形成構(gòu)成物的復(fù)合構(gòu)成物，所述構(gòu)成物通過(guò)將一種以上的陶瓷或半導(dǎo)體等的脆性材料的結(jié)晶、一種以上金屬等的延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織分散而成，其特征是，由所述脆性材料的結(jié)晶組成的部分是多結(jié)晶，構(gòu)成該多結(jié)晶部分的結(jié)晶實(shí)質(zhì)上沒(méi)有結(jié)晶取向性，而且，所述脆性材料彼此的結(jié)晶界面上實(shí)質(zhì)上不存在玻璃質(zhì)組成的晶粒邊界層，所述構(gòu)成物的一部分是侵入基體材料表面的錨固部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，構(gòu)成所述多結(jié)晶部分的結(jié)晶不伴隨因熱引起的晶粒成長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，所述多結(jié)晶部分，其平均微晶的直徑為500nm以下，致密度為70％以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，所述多結(jié)晶部分，其平均微晶的直徑為100nm以下，致密度為95％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，所述多結(jié)晶部分，其平均微晶的直徑為50nm以下，致密度為99％以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，構(gòu)成所述多結(jié)晶部分的結(jié)晶，其長(zhǎng)寬比在2.0以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求2記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，在構(gòu)成所述多結(jié)晶部分的結(jié)晶彼此的界面上，構(gòu)成結(jié)晶的主要金屬元素以外的元素不偏析。
9.根據(jù)權(quán)利要求2～8任一項(xiàng)記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，所述基體材料是玻璃、金屬、半導(dǎo)體、陶瓷或有機(jī)化合物。
10.一種復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，將脆性材料微粒子與延展性材料微粒子同時(shí)或分別以高速度沖撞基體材料表面，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，通過(guò)沖撞的沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料微粒子的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織。
11.一種復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，經(jīng)過(guò)在脆性材料微粒子的表面上涂敷一種以上延展性材料的工序并形成復(fù)合微粒子之后，將該復(fù)合微粒子以高速度沖撞基體材料表面，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，通過(guò)沖撞的沖擊使所述復(fù)合微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述復(fù)合微粒子彼此再次結(jié)合，形成在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料微粒子的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的構(gòu)成物。
12.一種復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，將脆性材料微粒子及延展性材料微粒子堆積在基體材料的表面，將機(jī)械沖擊力施加到該脆性材料微粒子及延展性材料微粒子上，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，借助于機(jī)械沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成由在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料微粒子的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織組成的構(gòu)成物。
13.一種復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，經(jīng)過(guò)在脆性材料微粒子的表面上涂敷一種以上的延展性材料的工序并形成復(fù)合微粒子之后，將該復(fù)合微粒子堆積在基體材料的表面，將機(jī)械沖擊力施加到該復(fù)合微粒子上，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，借助于機(jī)械沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成由在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織組成的構(gòu)成物。
14.根據(jù)權(quán)利要求10～13記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，作為形成所述構(gòu)成物的工序的前處理，設(shè)置有給所述脆性材料微粒子賦予內(nèi)部畸變的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求10～13記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，該制作方法是在室溫下進(jìn)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10～13記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，在形成所述構(gòu)成物之后，以該復(fù)合構(gòu)成物熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行加熱處理，實(shí)施組織控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求10～13記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，該制作方法是在減壓下進(jìn)行的。
18.根據(jù)權(quán)利要求10或11記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，使所述脆性材料微粒子及延展性材料微粒子或所述復(fù)合微粒子以高速?zèng)_撞所述基體材料表面的裝置，將用于把所述微粒子分散到氣體中的氣霧劑以高速噴向所述基體材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求10、11或18記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，所述脆性材料微粒子或所述復(fù)合材料微粒子的平均粒徑為0.1～5μm，沖撞所述基體材料時(shí)的所述脆性材料微粒子或所述復(fù)合材料微粒子的速度為50～450m/s。
20.根據(jù)權(quán)利要求10、11或18記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，所述脆性材料微粒子或所述復(fù)合材料微粒子的平均粒徑為0.1～5μm，沖撞所述基體材料時(shí)的所述脆性材料微粒子或所述復(fù)合材料微粒子的速度為150～400m/s。
21.根據(jù)權(quán)利要求18記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，通過(guò)控制所述氣體的種類和/或分壓，控制所述構(gòu)成物的電特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁性特性。
22.根據(jù)權(quán)利要求18記載的復(fù)合構(gòu)成物的制作方法，其特征是，通過(guò)控制所述氣體中的氧分壓，控制所述復(fù)合構(gòu)成物的電特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁性特性。
23.一種復(fù)合構(gòu)成物，通過(guò)下述方法得到將脆性材料微粒子及延展性材料微粒子同時(shí)或分別以高速度沖撞基體材料表面，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，通過(guò)沖撞的沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料微粒子的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織。
24.一種復(fù)合構(gòu)成物，通過(guò)下述方法得到經(jīng)過(guò)在脆性材料微粒子的表面上涂敷一種以上的延展性材料的工序并形成復(fù)合微粒子之后，將該復(fù)合微粒子以高速度沖撞基體材料表面，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，通過(guò)沖撞的沖去使所述復(fù)合微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述復(fù)合微粒子彼此再次結(jié)合，形成在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料微粒子的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的構(gòu)成物。
25.一種復(fù)合構(gòu)成物，通過(guò)下述方法得到將脆性材料微粒子及延展性材料微粒子堆積在基體材料的表面，將機(jī)械沖擊力施加到該脆性材料微粒子及延展性材料微粒子上，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，借助于機(jī)械沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成由在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織組成的構(gòu)成物。
26.一種復(fù)合構(gòu)成物，通過(guò)下述方法得到經(jīng)過(guò)在脆性材料微粒子的表面上涂敷一種以上的延展性材料的工序并形成復(fù)合微粒子之后，將該復(fù)合微粒子堆積在基體材料的表面，將機(jī)械沖擊力施加到該復(fù)合微粒子上，形成侵入所述基體材料表面的錨固部，同時(shí)，借助于機(jī)械沖擊使所述脆性材料微粒子變形或粉碎，通過(guò)該變形或粉碎產(chǎn)生的新生活性面，使所述微粒子彼此再次結(jié)合，形成由在所述錨固部上分散有脆性材料的結(jié)晶、延展性材料的結(jié)晶及/或微細(xì)組織的組織組成的構(gòu)成物。
27.根據(jù)權(quán)利要求23～26記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，作為形成所述構(gòu)成物的工序的前處理，設(shè)置有給所述脆性材料微粒子賦予內(nèi)部畸變的工序。
28.根據(jù)權(quán)利要求23～26記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，所述脆性材料微粒子的平均粒徑為0.1～5μm。
29.根據(jù)權(quán)利要求23～26記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，該構(gòu)成物是在室溫下制作的。
30.根據(jù)權(quán)利要求23～26記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，在形成所述構(gòu)成物之后，以該構(gòu)成物熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行加熱處理，實(shí)施組織控制。
31.根據(jù)權(quán)利要求23～26記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，該構(gòu)成物是在減壓下制作的。
32.根據(jù)權(quán)利要求23或24記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，使所述微粒子以高速?zèng)_撞所述基體材料表面的裝置，將用于把所述微粒子分散到氣體中的氣霧劑以高速噴向所述基板。
33.根據(jù)權(quán)利要求32記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，是通過(guò)控制所述氣體的種類和/或分壓、控制所述復(fù)合構(gòu)成物的電特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁性特性而得到的。
34.根據(jù)權(quán)利要求32記載的復(fù)合構(gòu)成物，其特征是，是通過(guò)控制所述氣體中的氧分壓、控制所述復(fù)合構(gòu)成物的電特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性、光學(xué)特性、磁性特性而得到的。
全文摘要
一種構(gòu)成物，是這樣構(gòu)成的將陶瓷或準(zhǔn)金屬等的脆性材料的結(jié)晶及金屬等的延展性材料的結(jié)晶或微細(xì)組織(非結(jié)晶金屬層或有機(jī)物組成的微細(xì)結(jié)構(gòu)體)分散，上述構(gòu)成物(由脆性材料組成的部分)是多結(jié)晶，構(gòu)成上述構(gòu)成物的結(jié)晶實(shí)質(zhì)上沒(méi)有結(jié)晶取向性，另外，在上述結(jié)晶彼此的界面上實(shí)質(zhì)上不存在玻璃質(zhì)組成的晶粒邊界層。因此，能得到不伴隨加熱、燒成工序的有新穎特性的脆性材料與延展性材料的構(gòu)成物。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1481451SQ01820980
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月23日
發(fā)明者鳩野廣典, 清原正勝, 森勝?gòu)? 橫山達(dá)郎, 吉田篤史, 伊藤朋和, 明渡純, 史, 和, 勝, 郎 申請(qǐng)人:獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所, 東陶機(jī)器株式會(huì)社