平成8年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ仙泳動電着法による金属面のセラミックス処理（第2報〉
佐藤 壱・滝田祐作＊・石原達己＊・吉村綾子＊
工業化学部・＊大分大学工学部応用化学科
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本研究では電気メッキの一種である泳導電着法を悶いて，Ni基板にY20麿定ZrO2げSZ−8Y）の薄膜を作成した。YSZ−8Y微粒子をアセテルアセトンに懸濁しヨウ素を加え，ゼータ電位を測定し泳動電着を行った・平成7年度の研究では泳動電圧，泳動時臥 懸濁液濃度による付着量の測定とグリーン（焼成前のYSZ−8Y）の状態を電子顕微鏡で観察した結果，印加電圧を高くすることによって最大付着量は増大するが，クラックの入らない付着量に限界があることがわかった．

8年度は各種焼成条件で作成したYSZ−8Y薄膜の表面状態を電子顕微鏡で観察しき 焼成条件が粒子の成長とYSZ−8Y薄膜の均一性に与える影響について明らかにしたt

いた泳動電着が望まれていたが，酸化還元電位が大1．はじめにきく，電気分解されにくいためき 有機溶媒申に懸濁金型，切削工具，歯車及び自動車部品等の金属材料へのセラミックスコーティング処理は，これらのしただけでは〉 フリーなイオン種が発生せず泳動電部品の耐摩擦性や耐食性の向上を目的として行われ着が起こらない．そこで，有機溶媒（ケトン類）にており，自動車産業をはじめとして広い分野で活用

ヨウ素を添加しケトン類とヨウ素との反応で生じたされている．一方セラミックスは薄膜化することに期待されている．現在主に使用されている薄膜（膜H＋を酸化物（セラミック）粒子に付加させて正電荷をもたせ，これを泳動電着させて薄膜の作成を行った。有機溶媒としてアセテルアセトンを使用した場

厚＜20〃m）コーティング法には物理蒸着法（PVD）合，次の反応が起きる．

より，各種センサー等の機能性材料としての利用がや化学蒸着法（CVD）等がある。これらの方法はC王i3COCH。COCH。＋ 2王2 →CH2ヱCO亘izCPH2Ⅰ ＋ 2H十 ＋ 2Ⅰ￣

均一でかつ高品質な薄膜を作ることが可能であるが，発生したH十が粉末に付加するため，懸濁液中で高価な装置を必要とするため中小企業では導入が困

セラミック粒子は正に荷電し泳動電着が可能となる．

難である．そのため，高価な装置を必要とせずき 均一な薄膜が得られる方法の開発が重要な課題となっ本研究ではこの泳動電着法によって机表面へのYSZ−ているt 一般に溶媒申に粒子を混濁すると，混濁さ8Yのコーティングを行い，緻密な薄膜合成の最適条れた粒子と溶媒の非誘電率の遠いによって静電的な件について調べた．

力が作用し，懸濁された粒子と溶媒との間に帯電差を生じる．この電位差をゼータ電位という。泳動電

豊一美験方法

着法とはゼータ電位を利用して直流電圧を印加し，本研究は，まず金属表面への泳動電着条件の検討

懸濁液中の荷電したセラミックス粒子を基板上に付を行い二⊥：，最適条件でセラミックスの薄膜グリー着させる方法である。水溶鴻中での泳動電着法は製ンを作成し，その後焼成の温度，時間による影響に廣時に，水の加水分解が進行し水素又は酸素の気泡ついて検討したが基盤上に付着する．その結果気泡が付着した部分

乏．盲 泳動電燈はピンホールとなり，緻密な薄漠を生成することが泳動電着用懸濁液は，アセテルアセトン中にYSZ−できない．この問題を解決するため，有機溶媒を用8Y粒子1g／1，ヨウ素0。5gパ加え超音波で分散させた．

…73一

平成8年廣 研究報告 大分県産♯科学技術センター

直径12阻，厚さ1姐のⅣi円板を陰極とし〉 ラセン状のPt線を陽極に，電圧を加えたこ1：．電着終了後の試料は室温で乾燥後，付着量を測定し電子顕微鏡で観察した．
2．2 焼成方法
焼成方法は電気炉内の零囲気を窒素：水素＝9：1に制御した．焼成温度はW型のモニター用センサーを使用して正確に制御したの通りで行った。

Fig−21430＝c焼成時間1時間

Flg−1焼成ハ0ターン

3．葉酸緒果Flg−314300C焼成時間2時間

3，1 焼棒状態に及ぼす焼成時間の影響

YSZ−8Y懸濁液を900G，3分間遠心分離機で分離を行い，1〟m以上の凝集体を除去した懸濁液を用いて，印可電圧30V，2分間泳動電着させた試料を14300Cで焼成した結果がFig−2，3タ4である企 焼成時間とは14300Cに到達したけ後の同温度での保持時間を示している．焼成時間1，2時間のものは粒界に空隙が存在していることがわかった》 また1時間焼成したものは焼成時に泡がはじけた様な穴が見えた．2時間
焼成したものはこの穴がかなりうまっており，宍の数がかなり少なくなっていることがわかった電 焼成

時間4時間のものは粒の界面に空隙は見られない．

ぎ皇g−4i430◇C焼成時間4時間

また気泡がはじけた穴もほとんどが埋まっている。
以上の結果より，この泳動電着の場合，14300Cでは1〜2時間では不足で4時間程度が最も適していることがわ かった．
Fig−5，6にユ3800Cで3時間及び8時間焼成したものを示した。13800Cの焼成では，3時間のものは粒界が空隙が存在するのに対し，8時間焼成のものには全く見られない。Fig−4の1430￠C，4時間焼成のものと比較して1380◇C，8時間焼成のものの方がきれいな緻密薄膜が生成していることがわかる嘗

Fig−513800C焼成時間3時間

Fig−7，8に13700Cでの焼成結果を示した。ユ3700C
では3時間，ま6時間焼成ともに焼結が充分ではない，−74−

平成8年度 研究報奮 尭分興産薙科学妓摘センター

でき 5000C／時では室温から川000Cまでの昇温過程で二次粒子の疑集が進行したものと思われるt 焼結時間の短縮のためにはさらに昇温速度七ついて詳細に検討する必要がある．

ぎig−6 ユ380◇C焼成時間8時間

ぎig−9 昇温速度5000C／時

Fig−713700C焼或時間3時間

ざig−10 昇温速度1000C／時

3．3 泳動t暮における印可t圧の焼結伏鴨に与える影響
結果はF主g−11，12，13，14に示す守 泳動電着時の印可電圧を30Vから100Vまで変化させ調整した試料を，14300Cで1時間焼成した時の焼成膜の様子を示した．3。呈で述べたように14300Cでも焼成時
ぎig−81370◇C焼成時間16時間

間が1時間と短いと気泡がはじけた様な穴が見られ以上の結果よりタ1380らC8時間程度の焼成が最もる．これを除外した粒界部分を注目するとタ 30Vか好ましいことがわかった。

ら70Vまではほとんど変化が見られず，‖川Vのも3．2 井急速度の影響のは粒界が他のものよりフラットになっている様に焼結時の昇温速度は生産性を支配する．そこで焼見える．

泳動電着時の印可電圧がグリーンの密度に与える結に影響を与えないと思われるiOOOOC以下の部分に影響については引き続き検討する予定である。そのついてき 昇温速度の影響について調べた，結果を考慮し，さらに4時間程度に焼結時間を延ば

ダig山9はユ000￠C以下を5000C／時で昇温した時の結した時の焼結咲について検討したい】

果である．粒と粒の間に大きな空隙が見られる，
一方ぎ主g−呈0のユ000◇C以下をユ000C／時で昇温した場

合にはタ きれいな焼結膜が合成されている6 ま000￠C

以上の焼成プロセスはどちらの場合も同一であるの￣／○ ￣￣平成8阜度 研究軸告 大分県産業科学技術センター・

尋． 蓄とめ

本研究より，焼結についての知見は以下の通りであるる（1）1430￠Cでは1〜2時間では不足で4時間程度が最も通していることがわかった．
（2）13800Cの焼成では，8時間焼成のものが最も適していることがわかった．
（3）呈3700Cの焼成では，且6時間焼成しても焼成は充分でないことがわかった．
（4）生産性を支配する昇温速度については夕 日）0
ぎig】i旦 印可電圧30㌔700Cまでの昇温速度は5000C／時より川00C／時 の方がきれいな薄膜が合成された．
（5）グリーン作成時の印可電圧については70V以下に比べ100＼7ではフラットになった中（6）泳動電着時の印可電圧がグリーンの密度に与える影響や可能な限り低温での焼結方法の 検討が必要である．

文献
大分県産業科学技術センター平成7年疫研究報
ざig…ヱ2 印可電圧50V

Fjg【13 印可電圧701′γ

ぎig、▲i産 印可電圧」鋸悍ー76−