(57)【要約】【課題】セラミック被覆膜を密着性良くかつ緻密に形成し、基板の耐食性や平滑性を向上した建材用基板を提供する。【解決手段】大表面積を有する基板の表面、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
大表面積を有する基板の表面、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成したことを特徴とする建材用基板。
【請求項２】
前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、ドライプレーティング又はスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の建材用基板。
【請求項３】
前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、マグネトロンスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の建材用基板。
【請求項４】
前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、フェロシリコンターゲットを使用したマグネトロンスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の建材用基板。
【請求項５】
大表面積を有する基板上の表面に、ドライプレーティング又はスパッタ法によってＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成することを特徴とする建材用基板の製造方法。
【請求項６】
前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を、マグネトロンスパッタ法によって形成することを特徴とする請求項５記載の建材用基板の製造方法。
【請求項７】
前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を、フェロシリコンターゲットを使用したマグネトロンスパッタ法によって形成することを特徴とする請求項５記載の建材用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の壁面、窓、扉、それらの枠、あるいは屋根等に使用される建材であって、例えば、金属薄板、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと記載する）、ポリメチルメタアクリレート（以下ＰＭＭＡと記載する）等の、大表面積を有するシート状あるいはフィルム状の基板の表面上に、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を設けた建材用基板およびその製造方法に関わり、とくにこれらセラミック被覆膜を密着性良くかつ緻密に形成し、基板の耐食性や平滑性を向上した建材用基板とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建材等の用途に使用する目的で、大表面積を有する基板にＳｉＮｘあるいはＳｉＯ２等のＳｉ系セラミック被覆を形成させるため、ドライプレーティングあるいはスパッタ法が盛んに利用されて来ている。例えば、特許文献１には１００ｍｍ×１００ｍｍ程度の大きさのステンレス鋼板の表面にＰＶＤ法やＣＶＤ法によってシリカ被膜を０．１〜１μｍ厚で被覆した、外装用ステンレス鋼建材が記載されている。
このように、Ｓｉ系セラミック被膜は耐食性に優れることが従来知られていたものであるが、これを建材として実用に供し得る大きさの大表面積を有する基板に、均一に密着性よく形成することは困難であり、例えば上記の特許文献１においても１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片程度の大きさでしか実現されていない。
【０００３】
このようなＳｉ系セラミック被覆を形成させるときのコーティング上の問題点は、図１の模式図に示すように、
（ｉ）大表面積を有する基板においては、高速成膜下で長時間安定した成膜が可能である事、
（ii）幅方向および金属薄帯のコイルやフィルムの長手方向に均一成膜が可能である事
が不可欠の課題である。
また、コーティングしたＳｉ系のセラミック膜質に関しては、
（iii）セラミック膜が緻密で平滑性に優れる事、
（iv）耐食性に優れること、
が重要である。
一方、基板とセラミック膜の間では、
（ｖ）密着性に優れていること
が不可欠の課題である。
ところが、上記特許文献１に記載のＳｉＯ２被膜およびその形成方法では、到底上記の要求に耐えることができないものであった。
【特許文献１】特開昭６３−７２８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、既に特公平３−６１７５５号公報において、大表面積を有する基板には、ドライプレーティングの一種であるイオン化率の優れた大容量の中空陰極放電（ＨＣＤ，Ｈｏｌｌｏｗ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）法を用いて、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴＩＣあるいはＣｒＮ等のセラミック被膜を被成する方法を提案した。この手法はＴｉ＋あるいはＣｒ＋のイオン化率が優れているため被成したセラミック膜は、緻密で平滑性、耐食性に優れている。一方これらのセラミック膜は、板幅方向に不均一、長時間の安定成膜が不可能であり、安定して製品を製造することが不可能であることが判明した。これに加えて、１０００〜１５００Ａの大容量ＨＣＤガンを使用するため高速の成膜速度が得られるが、２０〜２５ｍｍφの大口径のＴａカソードの寿命が短いため高コストになることも判明した。
【０００５】
そこで、これら上記の欠点を除去するため鋭意開発研究を行った結果、最近、安定した成膜が可能で、比較的高速成膜が可能なマグネトロン・スパッタ法を用いることによって、Ｓｉ系セラミック膜を形成できることを見出した。しかしこの手法においても長寿命のＳｉターゲットを安定使用することに未だ解決できない最大の問題点が残っていた
【０００６】
そこで発明者らは、このＳｉターゲットの製造方法に関して鋭意検討を行い、その結果かつ特定の成分規制を行ったＳｉターゲットを使用した場合にのみ高速成膜で、かつ長時間安定したプラズマコーティングが可能であることを新たに見出した。さらに、この方法で成膜したＳｉ系のセラミックコーティング膜は、緻密で平滑性に優れ、且つ耐食性にも優れ、基板との密着性に優れることも見出して、本発明を完成するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）大表面積を有する基板の表面に、ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成したことを特徴とする建材用基板、
（２）前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、ドライプレーティング又はスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする（１）記載の建材用基板、
（３）前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、マグネトロンスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする（１）記載の建材用基板、
（４）前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜が、フェロシリコンターゲットを使用したマグネトロンスパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の建材用基板、
（５）大表面積を有する基板上の表面に、ドライプレーティング又はスパッタ法によってＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を０．０１〜５μｍの厚さで形成することを特徴とする建材用基板の製造方法、
（６）前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を、マグネトロンスパッタ法によって形成することを特徴とする（５）記載の建材用基板の製造方法、
（７）前記ＳｉＮｘ及び／又はＳｉＯ２系セラミック被覆膜を、フェロシリコンターゲットを使用したマグネトロンスパッタ法によって形成することを特徴とする（５）記載の建材用基板の製造方法、
である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大表面積を有する建材用基板にも、均一でかつ密着性のよいＳｉ系セラミック被覆膜を形成したので、現実の建築物の壁面や窓、扉、それらの枠、あるいは屋根等に適用可能な大きさの、高耐食性かつ高平滑性の建材用基板を提供できる。また、とりわけフェロシリコンターゲットを使用したマグネトロンスパッタ法を採用することによって、このような大表面積を有する建材用基板においても、Ｓｉ系セラミック被膜を均一にかつ密着性よく、さらには高速度で安定して成膜することが可能となるという、格段に優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者は、高速で長時間安定してＳｉ系セラミック膜を被成するには、マグネトロン・スパッタ法を使用した方が最良と判断した。しかし、その場合に使用するＳｉターゲットは、製品の品質やコーティングコストに大きな影響を与えるため、この問題点を克服することが重要な開発課題であることを認識した。
【００１０】
すなわち、図２にＳｉターゲットの種類と該ターゲットにクラックが発生するまでの時間との関係、そして図３にＳｉターゲットの種類と成膜速度との関係をそれぞれ示すように、６Ｎ（純度９９．９９９９％）以上の高純度Ｓｉターゲット（ａ）を用いると、プラズマコーティング途中で割れが発生しやすく、且つ成膜スピードも遅いことが判明した。また、ＢやＰをドープした３Ｎ〜４Ｎ（すなわち純度９９．９〜９９．９９％）程度の高純度Ｓｉターゲット（ｂ）および（ｃ）を用いた場合においても、プラズマコーティング途中で割れが６Ｎ以上の高純度Ｓｉターゲット（ａ）を用いた場合よりも若干延びるものの、本質的解決にはならない。一方、成膜速度も６Ｎ以上の高純度Ｓｉターゲット（ａ）を用いた場合よりも若干早くなることが判明したが、目的とした成膜速度にはほど遠い状況にある。
【００１１】
これに対して、フェロシリコンターゲット（ｄ）および（ｅ）を使用した場合には、プラズマコーティング途中で割れが少なく、且つ成膜速度も高速になることが判明した。このような状況下でも、さらに長時間のプラズマコーティング途中で割れが少なく、且つ成膜速度もより高速になる方法をターゲットの素材成分から最終のボンディング処理工程に至るまで鋭意検討した結果、フェロ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ組成の組織を持つターゲット（ｅ）を真空溶解により作製すると、工程歩留りが著しく向上する事、さらに、このターゲットを用いてコーティングを行った場合には、長時間のプラズマコーティング途中で割れが最も少なく、且つ成膜速度も最も早いことを見出し、特願２００３−１９７３１７号により特許出願した。その後、このフェロ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ組成の組織が何故割れが発生にくく、且つ高速成膜が得られるかの理由について調査した結果、Ｓｉのデンドライト相が小さく、真空溶解後の冷却途中で発生した細粒との混合組織を形成している事、さらに成分分析の結果、ＳｉとＦｅはそれらの濃化相とそれより濃度の低い２相が形成されている事が判明した。また、ＣｒとＡｌはさらに粒界偏析した第３相が形成して、粒界強化に寄与をしていることが判明した。
【００１２】
このＳｉターゲットを用いて、マグネトロン・スパッタ法によりステンレス基板にＳｉＮｘ（１．０μｍ厚）を成膜した後の表面の電子顕微鏡観察ならびに塩水噴霧試験を実施した。
まず、電子顕微鏡観察では、緻密で平滑性に優れたＳｉＮｘセラミック膜が観察された。さらに、３５℃の５％塩水噴霧中で４８ｈ耐蝕試験後の表面の外観を図４の写真に示すように、塩水噴霧試験では、ステンレス鋼板よりも耐食性に優れていることも判明した。
【００１３】
次に、図５には、ＳｉＮｘコーティング後の１８０°曲げ密着性の評価結果を示す。同図から明らかなように、本発明の方法によって成膜したＳｉＮｘ膜が最も密着性に優れていることがわかる。
以上のように、ＳｉＮｘコーティングを施したステンレス基板にＳｉＮｘのセラミック膜をコーティングした場合には、密着性および耐食性に優れ、しかも緻密で平滑性に優れた建材用基板の製造が可能であることが明らかとなった。
【００１４】
本発明で使用する基板は、鋼板等の金属板あるいは薄帯、さらにはガラス板、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ等のフィルム状の基板を好適に使用することが可能である。なお、この場合の基板にコーティングする際のセラミック被覆膜の厚さは０．０１〜５μｍ程度（より最適厚は０．０５〜２μｍ）である。すなわち、０．０１μｍ厚よりも薄いと上記の効果が発揮できない。一方、５μｍより厚いと基板との密着性が問題となり、また経済的にも問題が生じる。さらに、大表面積を有する基板を作製するコーティング方法は、ドライプレーティングあるいはスパッタ法を用いる方が良いが、一般的にはマグネトロンスパッタ法を用いる法が最適である。
【実施例１】
【００１５】
基板として、フェライト系ステンレス鋼板（０．２５ｍｍ厚）、ガラス板、ＰＥＴシートおよびＰＭＭＡシートの各表面をアルコール洗浄した後、マグネトロンスパッタ法（ターゲットはフェロＳｉ（９７．５ｍａｓｓ％）＋Ａｌ（１．０ｍａｓｓ％）＋Ｃｒ（１．５ｍａｓｓ％）を使用）によりＳｉＮｘあるいはＳｉＯ２を０．５μｍ厚成膜した。得られたコーティング被膜は、走査型電子顕微鏡で観察するとともに、図４の場合と同様の塩水噴霧試験に供した。これらの結果を表１に纏めて示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
表１から，本発明により、大表面積を有する金属薄板、ガラス、ＰＥＴおよびＰＭＭＡ等のフィルム状の基板にＳｉＮｘあるいはＳｉＯ２等のＳｉ系セラミック薄膜を形成させた、密着性および耐食性に優れ、しかも緻密で平滑性に優れた基板の安定製造が可能となったことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】Ｓｉ系セラミック被覆を形成させるときのコーティング上の問題点を示す模式図である。
【図２】Ｓｉターゲットの種類とターゲットのクラック発生までの時間との関係を示す図である。
【図３】Ｓｉターゲットの種類と成膜速度との関係を示す図である。
【図４】塩水噴霧試験後の被膜表面の外観写真の比較を示すものである。
【図５】ＳｉＮｘ被膜をコーティング後の１８０°曲げ変形を行ったときの密着性の評価を示す図である。
【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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