ゾル-ゲル法による耐熱性酸化物被膜の作製と金属基板の表面改質への応用

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01850180
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 南 努 大阪府立大学, 工学部, 教授 (80081313)
• 研究分担者: 小和田 善之 兵庫教育大学, 自然系, 助手 (90205542) ; 足立 裕彦 兵庫教育大学, 自然系, 教授 (60029105) ; 町田 信也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (10190381) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学部, 講師 (50137238) ; 峠 登 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (00081315)
• キーワード: ゾルーゲル法 / 金属アルコキシド / 安定化剤 / 酸化物薄膜 / 金属基板 / 表面改質 / パッシベ-ション / 密着性

研究概要

ゾル-ゲル法を用いて、金属基板にZro_2,Al_2O_3,TiO_2あるいはSiO_2などの酸化物被膜を形成すれば、基板の化学的、および電気的特性を制御することが可能である。本研究は、単成分あるいは多成分の酸化物被膜を金属基板に形成するためのゾルーゲルプロセスの確立と、表面改質への応用を目的として行ったものであり、以下のような成果を得た。
1.ステンレス基板の前処理とSiO_2膜の密接性との関係を検討した結果、基板を(クロム酸+硫酸)水溶液へ浸漬し、適当な厚み(約0.2μm)の酸化物層を形成することが、密着性の向上に効果的であることを見出した。
2.Alーアルコキシドを安定化するための添加剤の効果は、溶媒の種類に依存することを明らかにした。さらに、添加剤と溶媒の組合せにより、生成するAl_2O_3膜の構造を制御できることを示した。
3.MOーB_2O_3ーSiO_2系(M=MgまたはZn)パッシベ-ション膜を、金属の塩化物とBおよびSiのアルコキシドを原料として作製するための条件を明らかにした。また、P_2O_5ーB_2O_5ーSiO_2系、およびTiO_2ーSiO_2系ガラス膜がアルカリイオンに対して良好なバリア層となることを示した。
4.TiO_2ーSiO_2系ゾルにポリエチレングリコ-ルのような有機高分子を添加すると、ゲル化時間が長くなり、生成するゲル膜も柔軟になった。このような柔軟なゲル膜では、スタンパ-による微細加工が可能であり、光メモリ-用プリグル-プの作製に応用できることを示した。
5.LiTi_2(PO_4)_3イオン伝導体の作製において、生成するゲルの均一性は、Pの出発原料に依存した。Pの出発原料として、反応性の高いH_3PO_4を用いると均一なゲルが得られ、このゲルからは600℃の熱処理で目的化合物が析出することを見出した。さらに、モリブドリン酸H_3PMo_<12>O_<40>を含むシリカ膜を作製し、この膜が高いプロトン伝導性を示すことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 峠 登: "ゾルーゲル法によるコ-ティング膜の作製(解説)" NEW GLASS. 4. 56-62 (1990)
• [文献書誌] K.Izumi: "Coating of FluorineーDoped ZrO_2 Films on Steel Sheets by the SolーGel Method" J.NonーCryst.Solids. 121. 344-347 (1990)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Physical and Chemical Properties of TiO_2ーSiO_2 Films Derived from poly(ethylene glycol)ーContaining Gels" J.Am.Ceram.Soc.73. 2117-2121 (1990)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Pregrooving on Glass Disks by the SolーGel Method (Part 1)ーFormation and Evaluation of Pregrooved Glass Disks" SPIE Proc.SolーGel Optics. 1328. 62-70 (1990)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Pregrooving on Glass Disks by the SolーGel Method (Part 2)ーEffects of the Addition of Organic Polymers on the Formation of Glass Films in the SiO_2ーTiO_2 System" SPIE Proc.SolーGel Optics. 1328. 71-79 (1990)
• [文献書誌] 和泉 圭二: "曲がるセラミックス"ゾルーゲル・セラミックス被覆鋼板"(解説)" 金属「臨時増刊号」. 1-5 (1990)
• [文献書誌] N.Tohge: "Preparation of PbZrO_3ーPbTiO_3 Ferroelectric Thin Films by the SolーGel Process" J.Am.Ceram.Soc.74. 67-71 (1991)
• [文献書誌] 和泉 圭二: "ゾルーゲル法によるフルオロアルキル基変性ZrO_2コ-ティング鋼板の撥水性" 日新鋼板技報. 13-21 (1991)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Influences of Humidity and Temperature on Weathering of Glass Substrates Coated with SolーGel Derived Films" J.Ceram.Soc.Jpn.99. (1991)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Preparation of B_2O_3ーP_2O_5ーSiO_2 Coating Films by the SolーGel Method" J.Mater.Sci.
• [文献書誌] H.Takezawa: "Effects of Stabilizing Agents on the Formation of Alumina Gels from AluminumーAlkoxides" J.Am.Ceram.Soc.
• [文献書誌] 南 努: "新無機材料科学" 化学同人, 196 (1990)