(57)【要約】      （修正有）【課題】有機複合材料を要求のより厳しい用途において使用することができるように、耐久性があり、付加的被覆を容易に受け入れる、有機複合ポリマー用の中間層、接着層、またはバリア層を提供する。【解決手段】基板表面と最内の中間層表面との界面に、より高濃度の少なくとも１つの第１の化学元素、および最外の中間層表面に、より高濃度の少なくとも１つの第２の化学元素を備える中間層が開示される。第１の化学元素のパーセントは、中間層の所定の厚さに沿って増加し、その後減少しているのに対し、同時に、第２の化学元素のパーセントは、中間層の所定の厚さに亘っておよび重複して減少し、その後増加している。第１の化学組成と第２の化学組成間の関係は、中間層の厚さに亘って１回または複数回繰り返される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面上に中間層を堆積する方法であって、
表面を有する基板（１０）を準備することと、
前記表面上に中間層（１００）を堆積することと、
を備え、
前記中間層は、第１の組成を備える基板隣接層および第２の組成を備える表面隣接層を備え、
前記第２の組成は、前記第１の組成とは異なる化学組成を備える、方法。
【請求項２】
前記中間層は、前記基板隣接層から前記表面隣接層にかけて、少なくとも１つの化学元素の変化する化学的濃度傾斜を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの化学元素の濃度は、前記表面隣接層よりも前記基板隣接層のほうが高い、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積ステップの間、前記中間層に関連する化学元素のうちの少なくとも１つの濃度を調節するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの化学元素は、炭素、酸素、窒素、硫黄またはハロゲンのうちの１つまたは複数である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板は複合材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複合材料は、繊維強化ポリマーまたは炭素繊維強化ポリマーである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複合ポリマー基板表面上への堆積のために構成された中間層であって、
少なくとも１つの化学元素または分子の第１の化学組成を有する基板隣接層と、
前記基板隣接層の前記少なくとも１つの化学元素または分子よりも多いまたは少ない前記少なくとも１つの化学元素または分子を有する第２の化学組成を備える表面隣接層と、
を備える、中間層。
【請求項９】
前記基板隣接層は、前記表面隣接層よりも高い濃度の前記少なくとも１つの化学元素を有する、請求項８に記載の中間層。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの化学元素は、炭素、酸素、窒素、硫黄またはハロゲンのうちの１つまたは複数である、請求項８に記載の中間層。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの化学元素は炭素および酸素であり、
炭素および酸素の濃度は、前記基板隣接層から前記表面隣接層へ連続的に減少する、請求項８に記載の中間層。
【請求項１２】
運動エネルギー被覆および／または高温被覆の間、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の複合基板の表面を保護する方法であって、
実質的にシリコンオキシカーバイドの中間層を堆積することと、
運動エネルギー被覆および／または高温被覆の間、前記複合基板の表面を少なくとも部分的に保護することと、
を備え、
前記中間層は、基板隣接層および表面隣接層を備え、
前記中間層は、前記基板隣接層および前記表面隣接層から前記シリコンオキシカーバイドと関連する炭素および酸素の濃度傾斜を有する、方法。
【請求項１３】
請求項８ないし１１のいずれか一項に記載の中間層を備える有機ポリマー繊維強化複合部材であって、
表面を有する複合基板と、
前記表面上の中間層と、
を備え、前記中間層は、基板隣接層および表面隣接層を備え、前記中間層は、少なくとも１つの化学元素の濃度傾斜を備え、前記少なくとも１つの化学元素濃度は、前記表面隣接層よりも前記基板隣接層のほうが高い、複合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合基板の表面用に構成された中間層に関し、当該中間層は、基板面と最内の中間層面との界面に、より高濃度の少なくとも１つの第１の化学元素と、最外の中間層面に、より高濃度の少なくとも１つの第２の化学元素と、を有する。中間層を形成すると共に、前記複合体に機能的性質を提供する方法が開示される。
【背景技術】
【０００２】
炭素−炭素複合体（例えば、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ））は、高強度を有しているにもかかわらず、低摩耗性、低熱伝導性および低電気伝導性を呈し、そのため要求の厳しい用途において炭素−炭素複合体の使用が制限される。加えて、高温用途における炭素−炭素複合体の使用は、欠点の中でも特に、酸化を受けやすいという内在的問題によって制限されている。主としてＣＦＲＰの表面特性に関連する現在の欠陥に対処するためには、異なる表面被覆を施すことができる。しかしながら、ＣＦＲＰ表面の被覆（例えば、溶射被覆技術）における主な課題の１つには、ＣＦＲＰに使用されるエポキシの劣化がある。有機材料と無機材料の混合物を含有する多くの複合材料は、被覆工程の間に損傷を負うか、さもなければ変質することがあり得る。このことは、その他の点では高められた性質を複合材料に提供するであろう高エネルギー／高温被覆工程に特に当てはまる。したがって、多くの複合材料は、要求のより厳しい用途においては使用することができない。
【０００３】
酸化に対処するために、傾斜機能材料（ＦＧＭ）の発想が明らかにされている。例えば、ＣＦＲＰの保護に使用されるいかなる表面被覆も高い接着性および改善された機能性を示す必要がある。改善された機能性と共に高い接着性を達成するための１つの技法は、ＣＦＲＰに接する第１の層において高い接着性を呈示し、最外の層において改善された機能性（例えば、耐摩耗性）を呈示するように、被覆材料（ＦＧＭ）の化学的性質を次第に変化させることである。しかしながら、ＦＧＭは、傾斜制御が困難であるため、バルクＦＧＭではなく薄膜被覆として利用されることが多く、主に金属基板用として示されている。他の制限には、このような複合体上への溶射被覆の低い接着性が含まれる。このような複合体上への異なる材料の被覆は、一般的には、プラズマ処理、ならびに／または表面のエッチング処理、化学的処理および／もしくは機械的処理を要し、これらは、それぞれ、欠点を有し、ならびに／または完成した物品にコストおよび処理時間を付加することになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の態様によれば、表面を有する基板を準備することおよび基板表面上に中間層を堆積することを備える、基板表面上に中間層を堆積する方法が提供され、中間層は、第１の組成を備える基板隣接層および第２の組成を備える表面隣接層を備え、第２の組成は第１の組成とは異なる化学組成を備える。
【０００５】
有利なことには、中間層は、基板隣接層から表面隣接層にかけて、少なくとも１つの化学元素の変化する化学的濃度傾斜を有する。
【０００６】
有利なことには、単独または組合せにおいて、少なくとも１つの化学元素の濃度は、表面隣接層よりも基板隣接層のほうが高い。
【０００７】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、当該方法は、堆積の間、中間層に関連する化学元素のうちの少なくとも１つの濃度を調節するステップをさらに備える。
【０００８】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、少なくとも１つの化学元素は、炭素、酸素、窒素、硫黄またはハロゲンのうちの１つまたは複数である。
【０００９】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、少なくとも１つの化学元素は、炭素または酸素である。
【００１０】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、中間層は、実質的にはシリコンオキシカーバイドである。
【００１１】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、基板は複合材料である。
【００１２】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、複合材料は、繊維強化ポリマーである。
【００１３】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、複合材料は、炭素繊維強化ポリマーである。
【００１４】
別の態様において、複合ポリマー基板表面上への堆積のために構成された中間層が提供され、中間層は、少なくとも１つの化学元素または分子の第１の化学組成を備える基板隣接層と、基板隣接層の少なくとも１つの化学元素または分子よりも多いまたは少ない少なくとも１つの化学元素または分子を備える第２の化学組成を備える表面隣接層と、を備える。
【００１５】
有利なことには、基板隣接層は、表面隣接層よりも高い濃度の少なくとも１つの化学元素を有する。有利なことには、単独または組合せにおいて、少なくとも１つの化学元素は、炭素、酸素、窒素、硫黄またはハロゲンのうちの１つまたは複数である。
【００１６】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、少なくとも１つの化学元素は炭素および酸素である。
【００１７】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、炭素および酸素の濃度は、基板隣接層から表面隣接層へ連続的に減少する。
【００１８】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、中間層は、本質的に、ケイ素、炭素および酸素からなる。
【００１９】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、中間層は、実質的にはシリコンオキシカーバイドである。
【００２０】
本開示の別の態様によれば、運動エネルギー被覆および／または高温被覆の間、複合基板の表面を保護する方法が提供される。当該方法は、実質的にシリコンオキシカーバイドの中間層を堆積することと、運動エネルギー被覆および／または高温被覆の間、複合基板の表面を少なくとも部分的に保護することと、を備え、中間層は、基板隣接層および表面隣接層を備え、中間層は、基板隣接層および表面隣接層からシリコンオキシカーバイドと関連する炭素および酸素の濃度傾斜を有する。
【００２１】
有利なことには、中間層は、化学および／または物理気相蒸着によって堆積される。
【００２２】
有利なことには、単独または組合せにおいて、堆積工程は、プラズマ強化気相蒸着である。
【００２３】
有利なことには、単独または前述の態様のいずれかとの組合せにおいて、プラズマ強化気相蒸着技法は、無線周波数（ＲＦ）マグネトロンスパッタリングまたは化学蒸着である。
【００２４】
本開示のさらなる態様によれば、有機ポリマー繊維強化複合部材が提供され、当該部材は、表面を有する複合基板と、表面上の中間層と、を備え、中間層は、基板隣接層および表面隣接層を備え、中間層は、少なくとも１つの化学元素の濃度傾斜を備え、少なくとも１つの化学元素濃度は、表面隣接層よりも基板隣接層のほうが高い。
【００２５】
本開示のさらなる態様によれば、有機ポリマー繊維強化複合表面を備える少なくとも１つの部材と、複合表面上に存在する実質的にシリコンオキシカーバイドを備える中間層と、を備える輸送手段が提供され、中間層は、基板隣接層および表面隣接層を備え、中間層は、少なくとも炭素および酸素の濃度傾斜を備え、炭素濃度は、表面隣接層よりも基板隣接層のほうが高い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本明細書に開示かつ説明される、中間層の例示的な堆積方法を示す図である。
【図２】本明細書に開示かつ説明される、中間層の組成傾斜を示すグラフである。
【図３】本明細書に開示かつ説明される、中間層の別の組成傾斜を示すグラフである。
【図４】本明細書に開示かつ説明される、中間層の別の組成傾斜を示すグラフである。
【図５】本明細書に開示かつ説明される、中間層の別の組成傾斜を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
有機複合ポリマー上の中間層、または接着層、またはバリア層の接着性を提供することが現在の技術的課題である。多くのポリマー複合体は、後の被覆工程において保護を必要とする有機マトリクスを含む。本明細書において有機複合材料に関連して使用されるような「保護」は、限定はされないが、１つまたは複数の被覆工程の間、または、その後において、複合マトリクス（有機および／または無機構成要素）に対する、減少させたまたは排除させた化学的または物理的変化を含む。また、多くのこのようなポリマーは、複合マトリクスと被覆される材料との化学組成の差異により、被覆層を容易に受け入れることができない。したがって、有機複合材料を要求のより厳しい用途において使用することができるように、耐久性があり、付加的被覆を容易に受け入れる、有機複合ポリマー用の中間層、接着層、またはバリア層を提供する必要がある。
【００２８】
このようなポリマー複合体は、有機および／または無機強化繊維と組み合わせたエンジニアリングレジンを含むことができる。強化繊維と組み合わせたエンジニアリングレジンの種類の例としては、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）を使用することができる。他の強化ポリマーも使用することができる。例えばエンジニアリングプラスチックは、例えば、超高分子量ポリエチレン、ナイロン６、ナイロン６６、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート類、ポリアミド類、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミド類、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、環式オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、およびこれらの混合物を含むことができる。他のエンジニアリングポリマー、レジン、熱硬化物、プラスチック、およびこれらの混合物が、本明細書に開示かつ説明される方法にしたがって使用することができる。例示的な複合体は、カーボンナノチューブ、ガラス繊維、ケブラー繊維、セラミック繊維、炭素繊維、またはこれらの混合物と組み合わせた上記のエンジニアリングレジンを含む。本開示は、従来の複合体被覆工程、および当該工程から作製された被覆複合体の多数の欠陥に対処する。
【００２９】
本開示は、有機ポリマー複合体の基板表面上に強く接着した薄膜（以下「中間層」とも称する）の堆積について説明する。開示される堆積技法および中間層の構造設計は、後の被覆、例えば、高い運動エネルギーおよび／または高温被覆技法ならびにその技法から提供された被覆、を受け入れることができるように、基板に対する被覆の改善された接着性を達成させると共に、複合体に対して付加的な表面機能を提供することができる。複合体のこれらの改善された性能および機能性、ならびにこのような高エネルギー／高温溶射被覆を伴う使用は、縦方向の厚さに亘る中間層の材料の化学的性質の制御および／または調節によって達成される。「縦方向の厚さ」とは、概して、基板表面（または基板表面上の点）の水平面または長手軸に対して実質的に垂直に測定された高さのことをいう。典型的には、中間層の縦方向の厚さはミクロンオーダーであるが、ある態様においては、サブミクロンもしくはサブミクロンよりも薄い厚さ、またはミリメートルもしくはミリメートルよりも厚い厚さを使用することもできる。
【００３０】
中間層の構成は、一般的に、複合材料の表面と適合するように構成された化学組成を有する（複合基板表面に隣接する）「最下」層を有する。中間層の説明を補助するために、中間層は、基板表面における中間層の界面、および中間層の最外表面にそれぞれに対応する「基板隣接層」および「表面隣接層」を有するとして表すことができる。中間層は、単独または後の被覆との組合せで、複合体の化学的、電気的または機械的な表示を改変させることができ、適用範囲をより広くすることができる。ここで開示される工程は、金属またはプラスチック基板上で、そして、他の薄膜材料および薄膜被覆方法と組み合わせて使用することができる。一態様において、中間層は、高エネルギー／高温被覆の間、基板を保護するために使用することができ、これにより、複合体のための改善された保護によって、基板の少なくとも一部を高エネルギー／高温被覆で被覆することを可能にする。
【００３１】
一態様において、本開示は、複合体の表面に特定の化学組成を有する中間層を適用する。他の態様において、本開示は、基板（複合体）と中間層との間の改善された接着、および／または後の被覆の改善された接着を提供するように、中間層基板の最内層（例えば、複合材料の基板隣接層）と基板との間の界面に第１の濃度の第１の化学元素（例えば、酸素、炭素、窒素、等）が存在すると共に、中間層の最外層（表面隣接層）方向に第２の濃度の第２の（異なる）化学元素（例えば、酸素、炭素、窒素、等）が存在する中間層内において濃度傾斜を作出することを提供する。ある態様において、中間層は、第２の化学元素の第２の濃度が表面隣接層における第１の化学元素の第１の濃度よりも大きくなるように構成される。さらに別の態様において、中間層は、中間層の縦方向の厚さの少なくとも一部を通して変化する化学組成を有する一連の層、例えば積層体、である。積層−中間層は、単一の堆積工程または１つまたは複数の堆積装置における一続きの堆積によって作製することができる。
【００３２】
ここに開示された方法の特定の用途において、反応性ガス種（例えば、酸素）の分圧を制御することは、最終的な中間層の化学組成および当該中間層の機械的性質の制御を提供する。一態様において、化学的傾斜を操作するために、エッチングではない、化学的または機械的表面処理が、ここに開示された中間層の堆積後に必要とされる。別の態様において、エッチング、化学的、アルゴン衝撃、および／または機械的表面処理を、中間層表面の性質を変更または変化させるために使用することができ、当該性質には、化学組成、表面粗さ、ならびに／または疎水性および親水性が含まれ得る。別の態様において、中間層は複数の層の積層体を備え、各層は、中間層の縦方向の厚さ方向に亘って、同一または異なる化学組成および／または化学分布で独立的に堆積される。
【００３３】
一態様において、中間層は、ケイ素、酸素および炭素元素を備える。別の態様において、中間層は、本質的に、ケイ素、酸素および炭素からなる。中間層の厚さ方向に亘る化学的含有量および反応種の含有量の制御は、後の被覆に対する改善された接着性に加えて、複合材料に対する改善された接着性を提供する。一実施形態において、中間層は、スパッタリングによるシリコンオキシカーバイドを備える。
【００３４】
中間層を堆積する方法
中間層は、多数の堆積技法を使用して堆積することができる。このような技法は、スパッタリング、化学蒸着、およびプラズマ蒸着を含む。他の工程を使用するまたは組み合わせることもできる。例として、一態様において、単一および／または多層の中間層構造を作製かつ堆積する方法を提供する、酸素および不活性ガス存在下での炭化ケイ素ターゲットのマグネトロンスパッタリングによって、シリコンオキシカーバイド膜は堆積される。一態様において、酸素分圧は、炭化ケイ素ターゲットのマグネトロンスパッタリングの間、制御される。したがって、一例において、中間層堆積工程の開始時点では、酸素分圧は非常に低いかまたはゼロであり、中間層堆積工程が継続している間、酸素分圧の大きさが増大するように推移する。一態様において、酸素分圧は、傾斜するように中間層堆積工程の間変更される。別の例において、酸素分圧は、堆積工程の間、段階的に増加するように変更される。さらに別の例において、酸素分圧は、基板隣接層および表面隣接層に、それぞれ低／高酸素含有量（または高／低炭素含有量）の２層構造を提供する２段階工程で本質的に変更される。上述の工程の１つまたは複数は、同一または異なる傾斜構造の層をなしたまたは積層状の中間層を提供するように１回または複数回繰り返すことができる。
【００３５】
別の態様において、酸素は、例えば、窒素、アンモニア、硫化水素、ハロゲン、含ハロゲン炭素化合物を含有する１つまたは複数のガスと置換または組み合わせることができる。したがって、例えば、窒素またはアンモニアは、複合体表面層の窒化物表面の機能性を提供するために使用することができる。他の化学的機能性は、使用されるガスの選択によって提供することができる。
【００３６】
別の態様において、中間層膜は、スパッタ堆積によって作製された三元ケイ素酸素炭化物アモルファス薄膜を備えることができる。スパッタリングは、基板を直接加熱することなく行ってもよい。一態様において、マグネトロンプラズマ強化化学蒸着（ｍａｇＰＥＣＶＤ）技法が中間層を提供するために使用可能である。
【００３７】
一般的な感覚で表現されているイラストである図１を参照し、中間層堆積方法の実施形態を提供し、ＲＦマグネトロンスパッタリング工程を例示する。そこで、図１は、第１の時間間隔において、その上に堆積させられる基板１０、例えば複合ポリマー基板、を図示し、第１の化学組成２０を有する中間層１００が得られる、第１の分圧の反応性ガス５２０（例えば酸素）を有するＲＦスパッタリングユニット６０から中間層が形成される。第１の矢印７５によって示される第２の時間間隔の後、反応性ガス５２０の分圧よりも高い分圧を有する反応性ガス５３０が、第１の化学組成２０とは異なる第２の化学組成３０を有する傾斜中間層２００を提供する。この時点において、工程を終了することもできる。代替的にまたは選択的に、時間間隔後、矢印８５によって示すように、反応性ガス５３０の分圧よりも高い分圧を有する反応性ガス５４０が、第２の化学組成３０とは異なる第３の化学組成４０を有する中間層３００を提供する。図１に図示された堆積工程は、窒素、ハロゲン類、硫化水素、その他などの他の反応性ガスで実施することもできる。異なる反応性ガスの組合せおよび／または測定供給を使用することができる。１つまたは複数のスパッタリングターゲットを用いる異なる反応性ガスの組合せおよび／または測定供給を使用することができる。ここに開示された工程は、インライン工程実施用に構成してもよい。
【００３８】
図２は、本明細書に開示かつ説明されるような中間層の化学的傾斜の実施形態を示す。化学的傾斜は、単一層においてまたは一連の複数の層（例えば積層体）によって形成することができる。したがって、第１の化学元素のパーセントは、中間層の厚さが基板隣接層から増大するにしたがって減少するのに対し、第２の化学元素のパーセントは、中間層の厚さが基板隣接層から増大するにしたがって増加する（表面隣接層の最も近く）。図３は、本明細書に開示かつ説明されるような中間層の化学的傾斜の別の実施形態を示す。図３において、中間層は本質的に２つの層からなり、第１の層は、中間層の厚さが基板隣接層から増大するに従い減少している第１の化学元素のパーセントと、これに対し、増加している第２の化学元素のパーセントと、を有する。図４は、本明細書に開示かつ説明されるような中間層の化学的傾斜のさらに別の実施形態を示す。したがって、図４は、中間層の厚さが基板隣接層から増大するのに従い、第２の化学元素のパーセントは増加しているのに対し、第１の化学元素のパーセントは減少している段階的な変化を示す。図５は、本明細書に開示かつ説明されるような中間層の化学的傾斜のさらに別の実施形態を示し、第１の化学元素のパーセントは、中間層の所定の厚さに沿って増加し、その後減少しているのに対し、同時に、第２の化学元素のパーセントは、中間層の所定の厚さに亘っておよび重複して減少し、その後増加している。第１の化学組成と第２の化学組成間の関係は、中間層の厚さに亘って１回または複数回繰り返される。第１の化学組成および第２の化学組成の他の組合せおよび構造上の配置を使用することもできる。付加的な化学組成（例えば、第３、第４、その他）を使用することもできる。
【実施例】
【００３９】
実施例として、複合基板上に中間層を堆積する方法を以下に提供する。炭化ケイ素ターゲットおよびＲＦマグネトロンスパッタリング源を使用して、５Ｗ／ｃｍ２の電力／ターゲット領域を使用して全圧（酸素に加えて不活性ガス）が１０×１０−３Ｔｏｒｒであるとき、酸素分圧（ゼロから低位値０．１×１０−３Ｔｏｒｒから高位値１．５×１０−３Ｔｏｒｒ）の雰囲気（真空度１０−３Ｔｏｒｒ）下において生成される、基板隣接層を有する中間層を炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）基板上に堆積する。アルゴン担体／逆流ガスを使用し、１０分のプレスパッタリングを行った。ＲＦ電力は、反射電力０．５Ｗを伴う１００Ｗに設定した。
【００４０】
生成された基板隣接層は、高い炭素含有量を有し、ＣＦＲＰ複合体と、酸素が豊富な表面隣接組成とをより適合させ、後の被覆のための改善された接着性質を提供した。基板隣接層（および／または表面隣接層）の炭素および／または酸素の含有量（ならびに他の元素組成パラメータ）は、例えば、堆積を中断または終了し、ＸＰＳ、オージェ、またはＳＥＭ−ＥＤＸ分析方法を使用することによって、実験的に決定することができる。酸素の開始時の低濃度は、基板の特性に依存して選択することができる。例えば、高い相対濃度の炭素を有する基板のために、炭化ケイ素堆積の間、基板および／または後の被覆との適合性を高めるように、分圧が実質ゼロの酸素を使用することができる。段階的または連続的な方式で、酸素濃度は、堆積の間徐々に、例えばゼロから約１０％まで、増加する。堆積の間の分圧の増加は、薄膜における酸素の相対含有量を増加させる。酸素濃度の段階的な変化を使用する場合、多層中間層を作製することができる。酸素濃度を連続的に変化させる場合、中間層の化学的性質が徐々に変化することになる。表面隣接層の上部は、基板隣接層に使用した酸素濃度よりも高濃度の、例えば１０％よりも高い、酸素濃度存在下において堆積することができる。このように形成された表面隣接中間層は、基板上に、より滑らかで、より硬く、そして引っかき傷のつきにくい薄膜または被覆を提供することができる。中間層を堆積した後、中間層は、後の溶射被覆工程の間、複合材料を保護することができ、溶射被覆工程は、複合材料の表面の電気的、機械的および／または熱的性質を改変させるように、高温／高速技法に基づくか、または交互に行うことができる。別の態様において、化学的および／または機能的組成ならびに性質の異なる傾斜を有する中間層を提供するために、窒素またはアンモニアを酸素の代わりに使用する。同じく、同様の工程を使用する中間層の前駆材料として硫黄または硫化水素を使用することができる。酸素、窒素および硫黄は、中間層を形成するために組み合わせて使用することもできる。酸素、窒素および／または硫黄の中間層は、一般的に、極性および／または親水性の表面となるであろう。酸素、窒素および／または硫黄とハロゲン（例えばフッ素、塩素および／または臭素）との置換および／または組合せは、アミノ、窒化物、硫化物、ヒドロキシおよび／またはカルボキシル官能基のうちの１つまたは複数を含有可能な比較的非極性および／または疎水性の表面を提供することができる。表１は、作製した１０個の試料の実験的パラメータを提供する。
2014111830.tif 000003
【００４１】
表１のデータは、ＳｉＣターゲットのスパッタリングにおいて、概して、約２から約１０のＯ２％および約１０から約４０分の時間に関し、長方形スペース全体に亘る２次多項反応を一様に捕捉することを目的とする実験的設計のデータを提示する。より長いまたはより短い時間間隔、例えば数秒から数時間、を使用することもできる。設計が、Ｏ２×時間空間の全方向への均等な不確実性を有することを意味するので、実際の設定は整数ではなかった。試験順序は無作為であった。
【００４２】
スパッタリングの反応体ガス分圧（この場合、酸素）、および時間（分）の機能としての１０個の試料の厚さが、表２に要約された以下の結果を提供した。
2014111830.tif 000004
【００４３】
本明細書において開示された方法にしたがって作製された中間層の試料について接着試験を行った。ＡＳＴＭ  Ｄ３３５９−０９、特に厚さ５０ミクロン未満の薄膜用のＴｅｓｔ  Ｂに従い、中間層の試験を行った。ブレード間の間隔は１ｍｍであり、クロスカット間の角度は９０度であり、Ｉｎｔｅｒｔａｐｅ（登録商標）５１５９６（ポリエステル／不織布）は、切片の一方に平行に置かれ、９０±３０秒かけて他方に対して垂直にした。湿式接着試験においては、同一の試験方法を、消イオン水に基板を２４±１時間浸漬した後に行った。接着性能は、０から５の等級に分類され、０は被覆の重大な除去が観察され、一方、等級５は有意な被覆の除去が示されない。試料１から１０のそれぞれの試験結果は、性能等級５を提供した。
【００４４】
中間層は、ＡＳＴＭ  ２０−３０またはＡＳＴＭ  Ｃ７７８に準拠する同等の手順に従い曇価変化および透明性変化について試験を行った。そこで、透明なプラスチックアクリル基板上に作製された試料１から試料１０について試験を行い、１０個の試料基板の（測定された曇価の％変化）／（透明性の％変化）の平均を以下のように決定した：試験した１００ｇおよび５００ｇの研磨剤について、それぞれ、１．８／０．０７および７．８／０．５１。堆積時間をすべての層で倍にした、１０個の試料の２次反復において、（曇価の％変化）／（透明性の％変化）は、１００ｇおよび５００ｇの研磨剤について、それぞれ、０．９４／０．０３および５．９／０．５２であった。
【００４５】
表、試験、および添付の図面から明らかなように、本明細書に開示かつ説明された方法にしたがって作製された中間層は、複合基板用の効果的な、接着性のある、耐摩耗性の薄膜被覆を提供し、後の高エネルギー／高温被覆工程における使用に適している。中間層自体は、基礎をなす複合基板のための改善された保護を有する基板に対して、優れた接着性／耐摩耗性を提供する。
【００４６】
上述の説明から、組成および方法の種々の変更形態および変形形態は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から外れることなく、当業者によって想到されるであろう。
【符号の説明】
【００４７】
１０  基板
２０  第１の化学組成
３０  第２の化学組成
４０  第３の化学組成
６０  ＲＦスパッタリングユニット
７５  第１の矢印
８５  矢印
１００  中間層
２００  傾斜中間層
３００  中間層
５２０  反応性ガス
５３０  反応性ガス
５４０  反応性ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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