一氧化硅蒸镀材料及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及用于制造作为食品、医疗品、医药品等的包装材料具有优良阻气性的硅氧化物蒸镀膜的一氧化硅蒸镀材料及其制造方法。
背景技术
在食品包装领域，需要防止包装中所含的油脂和蛋白质变质，即抑制可能由透过包装材料的氧、水蒸气、芳香性气体等引起的氧化造成的品质劣化。
另外，对于医疗品、医药品，需要更高级别的内容物地变质或劣化抑制。
因此，需要对使内容物变质的氧、水蒸气、芳香性气体等具有高阻气性的材料作为食品、医疗品、医药品等的包装材料。
这样的具有高阻气性的包装材料包括蒸镀膜，其中通过在高分子膜上蒸镀而沉积硅氧化物。特别地，对氧、水蒸气、芳香性气体等具有优良阻气性的一氧化硅蒸镀材料引人注目。
关于作为用于形成这样的一氧化硅蒸镀膜的一氧化硅蒸镀材料，将含有粉末状硅和粉末状二氧化硅的混合物的原料在真空中高温升华，并将通过反应生成的一氧化硅气体在沉积基材上沉积并浓缩，从而制造了蒸镀材料。该制造方法称为真空浓缩法。
由于通过真空浓缩法制造的一氧化硅蒸镀材料是通过大量的制造工序制造的，因此该材料十分昂贵；另外，也产生以下的问题：即，厚度方向上的材料组成不均匀。
详细地说，在最后沉积在沉积基材上的蒸镀材料的表面附近没有问题；但是，最初沉积在沉积基材上的部分具有针状组成，并且当该部分作为蒸镀材料在另一膜表面上形成膜时，飞溅现象大量发生，从而产生以下问题：即，在得到的一氧化硅蒸镀膜中产生针眼等的缺陷，从而使耐透过性劣化。
发明的公开
本发明的目的是提供一种一氧化硅蒸镀材料，其是由当该材料在另一膜(通过真空浓缩法制造的一氧化硅蒸镀材料)表面上作为膜形成时不易产生飞溅的结构；以及其制造方法。
本发明人对于可以抑制形成一氧化硅蒸镀膜时的飞溅的一氧化硅蒸镀材料的物质和组成进行了大量研究。结果本发明人发现，材料本身的脆度对飞溅现象具有大的影响。另外，作为对于不易产生飞溅的这种材料的脆度进行的努力研究的结果，本发明人将用于评价压粉的磨耗试验(rattler test)应用于一氧化硅蒸镀材料，并发现当这样的材料具有特定的耐重量减少率(磨耗值)时，可以抑制飞溅的产生。
另外，在本发明中，磨耗值是通过日本粉末冶金工业协会(JPMA)的标准“JPMA P11-1992金属压粉磨耗值的测定方法”记载的方法测定的。
另外，作于对于具有特定磨耗值的一氧化硅蒸镀材料制造方法所进行的大量研究的结果，本发明人发现，通过形成在常规的真空浓缩法中被加热和升华的蒸镀材料的上升中用作沉积和浓缩基材的圆筒管的内圆周面作为特定的形成的内圆周面，使得圆筒管上部的内径小于下部的内径，并且在该内圆周面上沉积和浓缩升华的材料，可以稳定得到具有特定磨耗值的一氧化硅蒸镀材料，并且可以实现本发明的目的。由此完成了本发明。
即，本发明是通过真空浓缩法制造的一氧化硅蒸镀材料，其特征在于，该蒸镀材料的磨耗试验重量减少率(磨耗值)为1.0％或更低。
另外，本发明是制造一氧化硅蒸镀材料的方法，其特征在于，当通过在用作沉积基材的管状内圆周面上浓缩通过加热升华特定的原料得到的蒸气原料而得到一氧化硅蒸镀材料时，使用这样的沉积基材：其中形成管的内圆周壁作为相对于垂直线倾斜例如1～45度的倾斜内圆周面，从而使筒体的上部的直径减小。
附图简述
图1是说明用于制造一氧化硅蒸镀材料的本发明方法中使用的制造装置的一例的说明图。
实施发明的最佳方式
本发明的一氧化硅蒸镀材料制造方法将根据图1的制造装置的例子详细说明。该装置具有这样的结构：沉积室2安装在原料室1之上，并且该装置设置在真空室3内。
这里，原料室1由圆筒体构成；在该原料室1中央插入和设置了具有有底圆筒管的原料容器4。具有(例如)电热器的加热源5设置在原料室1的周围，并且由加热源5引起的升华反应过程产生的一氧化硅气体从原料室1的开放上端上升。设置沉积室2以使在原料室1中升华的一氧化硅气体沉积；升华的气体成分上升并通过沉积基材6的内部，沉积基材6设置在原料室1的原料容器4之上从而该基材6与开放上端开口相通。
沉积基材6具有不锈钢制的截头圆锥管或截头角锥管。即，沉积基材6具有这样的形状：上端侧被收紧使得通常的圆筒管或角管的上端内径比下端内径小。用于使升华的一氧化硅气体沉积的内圆周面形成倾斜面，该倾斜面相对于垂直线倾斜规定的角度。另外，中央开有口的盖子7设置成盖子7可以从基材的上端自由附着脱离。
沉积基材6是使用整体式管状体为例进行说明的。但是，沉积基材不必是整体式的；该基材也可以是分割成任意数目的部分的分割型基材。另外，所有内圆周面为倾斜面、或该内圆周面在圆周方向上连续并不是绝对必须的；例如，在多角形管的情况下，在角部相邻的倾斜面之间可以具有间隙。另外，也可以使用这样的结构：其中具有本发明的倾斜内圆周面的分割型管状体设置在另一通常的管状体内并被支撑。
在本发明中，沉积基材6的内圆周面作为如下规定的倾斜面形成：即，这是为获得抑制飞溅发生的高质量一氧化硅蒸镀材料，即磨耗试验重量减少率(磨耗值)为1.0％或更低的一氧化硅蒸镀材料而进行的。
本发明人进行的各种试验的结果是确认了飞溅的发生可以通过满足磨耗值要求而得到抑制。推测即使在1度的轻微倾斜的情况下，从原料室到沉积基材的辐射热发生变化，从而沉积室中的气体对流及沉积基材的温度分布等也发生变化，所以满足了磨耗值要求，使得飞溅的发生被抑制；但是，这种效果的详细原因不明。
另外，如果倾斜角度超过45度，沉积的一氧化硅沉积层从沉积基材上剥离的频率增加；因此，为获得整体厚度均匀的均匀一氧化硅蒸镀材料，优选将沉积基材的倾斜设定在1度至45度范围内。2度或更高、或2度～20度的范围更优选。
如果设置在真空室3中的沉积室2内的压力超过40Pa，沉积的一氧化硅沉积层的表面将形成具有凹凸的表面；因此，这样的高压是不优选的。另一方面，如果压力低于7Pa，沉积层的致密组织将下降；因此不优选这样的低压。由压力引起的沉积层的状态发生显著变化的原因还不明确；但是在7Pa～40Pa范围以外的压力下，磨耗值降不到1.0或更低，因此形成一氧化硅蒸镀膜时不能充分抑制飞溅的发生。
在本发明中，沉积室2中的压力控制手段可以是进行从控制真空泵的阀使得通过室内的真空计保持规定的压力范围的简单控制到质流控制的任何公知的手段或装置。
在使用本发明的真空浓缩方法的制造装置中，可以使用例如，在加热源中任何公知的手段作为具有特征截头圆锥管或截头角锥管的形状的沉积基材以外的装置的结构；但是，关于与真空室有关的结构等，也可以使用任何公知的结构。
实施例
这里，作为置于如图1所示的制造装置的原料容器4中的原料，通过机构粉碎半导体器件硅晶片得到的粉末硅(平均粒径10μm或更小)和市售的粉末二氧化硅(平均粒径10μm或更小)以规定的比例混合，使用纯水将该混合物进行湿式造粒，然后，干燥粒状原料并用作混合原料。
将混合原料装入原料室1的原料容器4，使用真空室3的排气阀8，排气到压力为40Pa、25Pa、10Pa或7Pa的真空气氛。然后，通过压力计9确认规定的压力后，对原料室1的加热源5充电，加热原料室1内部，在1100～1350℃的范围的规定温度下保持约1小时或更长的规定时间使发生反应，产生一氧化硅气体。
这样产生的一氧化硅气体从原料室1上升并进入沉积室2；然后该气体沉积在被预热至温度300～800℃的沉积基材(倾斜角度为1度～45度)的内圆周壁上。沉积在沉积基材6上的一氧化硅沉积层12在整个该基材6上以相同的厚度均匀沉积。
另外，为了比较，使用与上述本发明的实施例相同的混合原料，在压力60Pa、40Pa、25Pa或5Pa的真空气氛下使一氧化硅气体在倾斜角度为60度、10度、0度(常规的沉积基材)的沉积基材上沉积。
通过磨耗试验对于在上述条件下制造的各一氧化硅蒸镀材料测定了重量减少率。
另外，使用这样得到的一氧化硅蒸镀材料，通过电阻加热蒸镀装置制造了一氧化硅蒸镀膜。另外，观察了一氧化硅蒸镀膜形成时的飞溅现象的发生状况。将上述的磨耗值和飞溅的发生状况列在表1中。
从表1所示的结果可以看出，本发明的实施例1～13的磨耗值均为1.0或更低，并且在形成一氧化硅膜的过程中几乎不产生飞溅。特别地，将压力降至10～25Pa，并且沉积基材的倾斜设定为2度或更大的实施例中，即使得到更低的磨耗值，在形成一氧化硅蒸镀膜的过程中飞溅的发生也极低。
另一方面，比较例1是常规的实施例，其中在真空蒸镀法中使用了无倾斜的沉积基材；此时，磨耗值高，即2.0％，并且在形成一氧化硅蒸镀膜的过程中发现大量的飞溅发生。
同样地，在即使使用有倾斜的沉积基材压力也设定为60Pa的比较例2中，观察到大量的飞溅发生。在压力为40Pa或更低的条件得到满足，且使用倾斜60度的沉积基材的比较例4和6中，沉积的一氧化硅沉积层被剥离，因此不能进行试验。另外，在无倾斜的沉积基材在压力低(25Pa)的状态下使用的比较例5中，产生大量的飞溅，在使用倾斜10度的沉积基材且压力降至5Pa的比较例7的情况下，沉积层脆，飞溅的发生多。
从这些比较例得到的结果可以看出，如果沉积基材倾斜1～45度，并且更优选如果沉积室内的压力为7～40Pa，则在形成一氧化硅蒸镀膜的过程中的飞溅现象可以抑制。
表1 No. 沉积条件 磨耗值(％) 飞溅的发生 压力(Pa) 倾斜角(度)实施例 1 40 1 0.9 少 2 40 2 0.8 少 3 40 10 0.8 少 4 40 20 0.8 少 5 40 45 0.8 少 6 25 1 0.8 少 7 25 2 0.6 极少 8 25 10 0.5 极少 9 25 20 0.5 极少 10 25 45 0.5 极少 11 20 8 0.5 极少 12 10 10 0.6 极少 13 7 10 0.8 少比较例 1 60 0 2.0 多 2 60 10 1.6 多 3 40 0 1.3 多 4 40 60 - - 5 25 0 1.1 多 6 25 60 - - 7 5 10 1.2 多
工业实用性
本发明通过使通过真空浓缩法制造的一氧化硅蒸镀材料具有1.0％或更低的磨耗试验重量减少率(磨耗值)，使得可以得到在往另一膜上形成膜时难以产生飞溅，耐透过性优良的一氧化硅蒸镀膜。
在本发明中，在通过真空浓缩法制造一氧化硅蒸镀材料时，通过使用由整体式截头圆锥管或截头角锥管、或分割型的截头圆锥管状体或截头角锥管状体构成的沉积基材，可以稳定批量生产磨耗值为1.0％或更低的一氧化硅蒸镀材料。
在本发明中，在通过上述的真空浓缩法制造时，通过将沉积基材内的压力控制在7Pa～40Pa，可以制造磨耗值更小、成膜时飞溅现象显著减少的一氧化硅蒸镀材料。