[发明专利]冷喷涂用喷嘴以及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种缩放式的冷喷涂用喷嘴以及使用该冷喷涂用喷嘴的冷喷涂装置，即使长时间使用冷喷涂法以形成薄膜，也不会引起喷嘴阻塞。

背景技术

传统上作为薄膜形成的方法，采用了电镀法、化学镀法、溅射沉积法和等离子喷涂法等。但是近年来，作为这些薄膜形成方法的替代方法，使用固态原料粉末使薄膜形成的冷喷涂法正在引起人们的关注。

该冷喷涂法是如下的方法：将金属、合金、金属间化合物、陶瓷等原料粉末，加入加热后的超音速气体流中，由冷喷涂枪的喷嘴尖端，将该原料粉末与该工作气体一起喷出，原料粉末保持原固体方式，以500m/s至1200m/s的高速向基材碰撞，从而形成薄膜。

众人皆知的是，由该冷喷涂法形成的薄膜与用传统手法形成的薄膜相比，氧化和热蚀变的情况减少；因致密所以附着力良好且导电性、热传导性等薄膜特性也良好。

但是，在使用冷喷涂法进行冷喷涂操作的过程中，原料粉末在喷嘴内堵塞，发生所谓阻塞的问题，成为在市场中推广冷喷涂法的障碍。目前的冷喷涂用喷嘴通常是使用不锈钢、工具钢、超硬合金等金属材料制造的。在这种金属制的冷喷涂用喷嘴的情况下，如果使用镍粉、铜粉、铝粉、不锈钢粉、因科镍（Inconel）合金粉等各种粉末作为原料粉末的话，该原料粉末在冷喷涂用喷嘴的内壁面附着，从而根据原料粉末种类，从冷喷涂操作开始起，仅在数分钟内就会导致喷嘴的阻塞，因而不能进行长时间的冷喷涂操作。如果发生这种现象，自然就不能得到致密的、均匀的薄膜。而且，频繁地更换冷喷涂用喷嘴，会导致冷喷涂装置的运行效率低下，而且薄膜的形成成本也会上升。为了解决这个问题，提出了如下发明的方案。

专利文献1中披露了以大幅减少原料粉末在喷嘴的发散部处附着以及冷喷涂用喷嘴的阻塞为课题，而采用具有如下技术特征的冷喷涂用喷嘴：该冷喷涂用喷嘴特征在于，包含收敛部和发散部；利用在原料粉末熔点以下的工作气体使原料粉末从收敛部的入口流入，以超音速流从发散部前端的喷嘴出口处喷出；发散部至少内壁面是由氮化硅陶瓷（N系陶瓷），氧化锆陶瓷（O系陶瓷），碳化硅陶瓷（C系陶瓷）等（下面总称为“OCN系陶瓷”。）形成的。

而参看此专利文献1的实施例的记载，在使用铜粉末作为原料粉末、并使用不锈钢形成的冷喷涂用喷嘴的情况下，冷喷涂操作开始后，在3至4分钟内冷喷涂用喷嘴发生阻塞，不能进行冷喷涂操作。相比之下，可以明白，在使用OCN系陶瓷形成的冷喷涂用喷嘴的情况下，不会引起铜粉末在冷喷涂用喷嘴内壁面处附着的现象，即使连续实施冷喷涂操作30分钟，也不会发生喷嘴阻塞。通过专利文献1中记载的发明内容，可以说，是可以有效地防止冷喷涂用喷嘴的喷嘴阻塞的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2008-253889号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而作为市场需求，期望使用由冷喷涂法形成的高品质薄膜的技术领域不断增加，并且为了实现更高的生产效率，开始需求能够更长时间连续使用的冷喷涂用喷嘴。

另外，也存在期望通过冷喷涂法，不形成薄膜而形成厚膜的技术领域。例如，也存在期望在原料粉末中使用铜粉，用冷喷涂法，来形成厚度超过10mm的厚铜层的需求。此情况中，冷喷涂操作是需要100分钟以上的连续操作的。这种进行长时间连续操作的情况中，即使使用专利文献1中披露的OCN系陶瓷制冷喷涂用喷嘴，也会在其冷喷涂用喷嘴的内壁面发生该铜粉末的附着，并且该原料粉末在该附着部位处发生堆积，最终导致喷嘴阻塞，而不能形成薄膜。

因此，本发明的目的在于，提供一种冷喷涂用喷嘴，即使在使用铜粉末或更多容易引起喷嘴阻塞的原料粉末的情况中，也不会引起冷喷涂用喷嘴的阻塞，并可以长时间地连续使用。

解决问题的方法

因此，作为广泛研究的结果，本发明人构思了以下发明以作为解决上述课题的方法。下面，关于本发明进行说明。

本发明中的冷喷涂用喷嘴：本发明中的冷喷涂用喷嘴是沿着工作气体从流入侧向流出侧流动的方向，顺序连通配置收敛部、狭口部、发散部以构成工作气体流动路径的冷喷涂用缩放式喷嘴，其特征在于，该发散部的内壁面是圆锥形，并且该内壁面的一部分或者全部由玻璃材料构成。

在本发明中的冷喷涂用喷嘴中，上述发散部优选是从起始于上述狭口部、向着该发散部的工作气体的流出侧方向的50mm以内的位置开始，直至发散部的工作气体的流出口为止，用玻璃材料构成内壁面。

本发明中的冷喷涂用喷嘴中，上述玻璃材料，优选使用石英玻璃或者硼硅玻璃中的任意一种。