ナノ構造炭素材入り新素材金属の製造方法
【課題】カーボンナノチューブなどを製造してから金属素材と混合する手段として金属に付着させるためにフェノール系のバインダを入れ混錬させてＭＩＭ方法やＨＩＰで熱を上げとばしていた製造法が従来の製造方法として行われている、又、出来上がったＣＮＴを特殊な界面活性剤に溶かして金属粉と混ぜ水素で満たした容器で加熱したりしている。
【解決手段】マイクロ、ナノ、ピコ構造炭素材料を混合したい金属やセラミックス、希土類などにじかに有機炭素液を介在させ金属触媒方法、アーク方法、ＣＶＤ方法で炭素膜を形成してＭＩＭやＨＩＰ法で炭素入機能性金属を製造する方法。フェノール系のバインダや特殊な界面活性剤が不要なため工程も少なくコストも大幅に安くなる。
【解決手段】マイクロ、ナノ、ピコ構造炭素材料を混合したい金属やセラミックス、希土類などにじかに有機炭素液を介在させ金属触媒方法、アーク方法、ＣＶＤ方法で炭素膜を形成してＭＩＭやＨＩＰ法で炭素入機能性金属を製造する方法。フェノール系のバインダや特殊な界面活性剤が不要なため工程も少なくコストも大幅に安くなる。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノ構造材料、特にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が含有されてなる金属材料の製造方法及びＣＮＴを含有するＣＮＴ金属及びＣＮＴ合金、ＣＮＴ入金属セラミックス、ＣＮＴ入サーモメイト、ＣＮＴ入金属ガラスなどの高性能ＣＮＴ複合金属材料及びＣＮＴ入セラミックス材料に関する製造法及び製品類。
【背景技術】
【０００２】
我々が日常使用している種々の金属材料やセラミックス材料が製造されているが、従来の物より高い物理化学特性を有した長寿命な新材料の開発が望まれている。
【０００３】
近年Ｃ６０フラーレン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等のナノオーダーのナノ構造入金属や、ナノ構造入金属ガラス、ナノ構造入りセラミックス材のような特殊なナノ構造炭素材は、特殊な構造の為にこれまでの炭素材料にない特殊な機能的構造的特性を備える。
【０００４】
上記のナノ構造炭素材料を特性の向上のために用いたものとしては、アルミニウム合金中の金属成分と、カーボンナノ繊維を化合させたカーボンナノ繊維をアルミニウム母材中に含有させたアルミニウム合金（特許文献１参照）、流動性に優れる熱可塑性樹脂に金属化合物及びカーボンナノチューブを配合して成型性と導電性を両立させた樹脂成型体（特許文献２参照）金属や金属合金の粉体等の導電性を両立させた樹脂成型体（特許文献２参照）金属や金属合金の粉体等の導電性材料と粉体とカーボンナノチューブをプレス成型し、切断、研磨後表面に突き出してナノチューブを整列させたもの（特許文献３参照）等が挙げられる。これらはいずれも、材料の製造性や成型性の向上を目的としたものである他方、カーボンナノチューブの機械的特性を利用して複合材料の提供が行われている（非特許文献１参照）が、金属との複合化による軽量性、強靭性、防錆性、滑り性や電気伝導性の金属特性改善を目的としても、本発明の知見によればカーボンナノ材料は、大気中は９００℃以上となると大気中の酸素と反応して消失しやすく、金属に対する濡れ性（親和性）が小さく、特にＣＮＴはきわめて超微細物質である上、球状でなくアスペクト比が大きいため凝集しているので溶融している金属中に配合しても原型を留めない。このため、ＣＮＴ含有金属粉末を予め製造し、焼結する粉末活金法（特許文献４及び５参照）が提案されるもののＣＮＴを原型のまま金属の繋ぎ合わせや金属中に高い含有率で均一に分散配合させることは極めて困難であることにあった基板上でＣＮＴをアーク放電、化学蒸着によって形成しこれを金属メッキして複合材料を形成する方法も提案されるが、電機材料として用いるのに適するもので、金属材料そのものを物性改善には適しないものである（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６３７１６号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７５１号公報
【特許文献３】特開２０００−２２３００４号公報
【特許文献４】特開２００７−１６２６２号公報
【特許文献５】特開２００７−２２４３５９号公報
【特許文献６】特開２００７−２７７０９６号公報
【非特許文献１】ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ２００７，８，９９９−１００４
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＮＴを生やす前の金属粒子は水アトマイズやガスアトマイズで必要な金属粒子径を造りその金属粒子にＣＮＴを生やす方法。
【０００７】
界面活性剤の分散液や水素ガス等の加熱する工程が省け大幅なコストダウンになる。
【０００８】
特願２０１１−１６５８４６特許出願のフルボ酸分散液を有機炭素材として使用することで［０００４］をより安価な方法を見出した。
【０００９】
直接金属粒子にＣＮＴを生やすことでＭＩＭやＨＩＰがしやすくなり均一安定したＣＮＴ入金属を製造することが出来る。
【００１０】
品質も安定しＣＮＴの翫有量も正確に制御し易く金属組織内に均一に混入させることが出来る。
【００１１】
本発明はＣＮＴを金属層内に均一分散させる方法を提供し優れた軽量性強靭性かつ防錆性を有しまた滑り性や電気伝導性、熱伝導性、滑り性に優れるナノ金属炭素高性能複合金属材料を提供することを目的とする。
【課題を解決する為の手段】
【００１２】
本発明はＣＮＴを混入させたい金属や合金を水アトマイズ法やガスアトマイズ法で５００μｍ〜５０μｍ位の微粒子をつくり、ＣＮＴを混合した微粒子を基板上に載せてＣＮＴを製造する方法で、有機炭素材を使用し、アーク放電法やＣＶＤ（気相成長法）などで時下に微粒子にＣＮＴを成長させる方法を提案するものである。時下に金属微粒子にＣＮＴを生やす事でＣＮＴ金属に製造する際にＭＩＭやＨＩＰ法で製品化するが、製品化するに当たり操作、加工、制御がしやすく又製品の機能や特性を大幅に向上させることが可能としたこと。
【００１３】
従来はＣＮＴを混入させたい金属微粒子に特殊な界面活性剤に溶かして金属粉を混ぜ水素を満たした容器で加熱する方法などがあったが、上記のような手間のかかる工程を省くことで大幅なコストダウンが出来るのと資源やエネルギーの節約する方法であり新しい特性の新素材金属を造り出すことも可能である。
【００１４】
この方法はＣＮＴの金属に対する重量比などの制御がしやすくなるＣＮＴの混合量の再現性をしやすくした事も特長とする又従来の方法であれば金属粉とＣＮＴを界面活性剤で溶かして金属粉を混ぜる際に混練させるとＣＮＴのアスペクト比によるが切れてしまったり真空引きで飛散してしまったりするのでＣＮＴが安定な均一分散の組織を作ることが困難であり製品の再現性が無かったこと。
【発明の効果】
【００１５】
高性能のＣＮＴ入金属複合材料が製造しやすくなる事で軽量化や新素材の発現が出来この技術を応用すればＣＮＴ入り金属新素材として新しい技術としての効果も大きい。
【００１６】
適度なＣＮＴの混入により、滑り性や電気伝導性が向上した熱伝導性に優れたヒートシンク材料やセンサー材、摺動鋼、工具鋼、特殊鋼、熱伝導材、触媒用金属材、電極材などあらゆる金属や合金材に出来るため軽量であるため省エネルギー低減にも有効である。特に長寿命化が達成できることを注目してほしい
【符号の説明】
【００１７】
ａ．金属微粒子（５００μｍ〜５０μｍ）
ｂ．シリコン基板又は鉄などの金属基板
ｃ．ａに有機炭素液をつけたもの
ｄ．ＣＮＴの生えた金属粒子
ｅ．ＣＮＴ入金属素材
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】は、本発明の実施例を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は作りたいＣＮＴを混合させたい金属のａ．原料金属を水又はガスアトマイズして微粒子を造り、ｃ．その使用したい金属をアーク法かＣＶＤ法でＣＮＴを生やす、それをＭＩＭ＋ＨＩＰで製品化させる製造工程とする。
【００２０】
前記原料金属としては、ナノ構造炭素材料との相溶性に問題が無い限り限定されないが工業用、医療用等の分野で多く使用される軽量性、強靭性かつ防錆性、電気伝導性、熱伝導性などの特性の向上が望まれる鉄、銅、アルミニウムを主体とする金属やステンレス鋼、ジェラルミン鋼、真鍮など合金から選ばれる場合に有効であり、またチタン、白金、金、銀、パラジウム、アンチモン、モリブデン、ビスマス、インジウム、イトリウム、リチウム等希土類から選ばれる金属本発明は特殊金属材料の製造法に有効である。
【実施例】
【００２１】
試料の加工
ＳＵＳ４２０の水アトマイズで２５０μｍ以下の微粒子状にしたものにＣＮＴを生やしＭＩＭでＣＮＴ入りＳＵＳ４２０造りさらにＨＩＰ処理を行い９７％位のＣＮＴ入４２０の金属素材を制作した。ＣＮＴはマルチヲール１００ｎｍ〜６０ｎｍ位になった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノ構造材料、特にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が含有されてなる金属材料の製造方法及びＣＮＴを含有するＣＮＴ金属及びＣＮＴ合金、ＣＮＴ入金属セラミックス、ＣＮＴ入サーモメイト、ＣＮＴ入金属ガラスなどの高性能ＣＮＴ複合金属材料及びＣＮＴ入セラミックス材料に関する製造法及び製品類。
【背景技術】
【０００２】
我々が日常使用している種々の金属材料やセラミックス材料が製造されているが、従来の物より高い物理化学特性を有した長寿命な新材料の開発が望まれている。
【０００３】
近年Ｃ６０フラーレン、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等のナノオーダーのナノ構造入金属や、ナノ構造入金属ガラス、ナノ構造入りセラミックス材のような特殊なナノ構造炭素材は、特殊な構造の為にこれまでの炭素材料にない特殊な機能的構造的特性を備える。
【０００４】
上記のナノ構造炭素材料を特性の向上のために用いたものとしては、アルミニウム合金中の金属成分と、カーボンナノ繊維を化合させたカーボンナノ繊維をアルミニウム母材中に含有させたアルミニウム合金（特許文献１参照）、流動性に優れる熱可塑性樹脂に金属化合物及びカーボンナノチューブを配合して成型性と導電性を両立させた樹脂成型体（特許文献２参照）金属や金属合金の粉体等の導電性を両立させた樹脂成型体（特許文献２参照）金属や金属合金の粉体等の導電性材料と粉体とカーボンナノチューブをプレス成型し、切断、研磨後表面に突き出してナノチューブを整列させたもの（特許文献３参照）等が挙げられる。これらはいずれも、材料の製造性や成型性の向上を目的としたものである他方、カーボンナノチューブの機械的特性を利用して複合材料の提供が行われている（非特許文献１参照）が、金属との複合化による軽量性、強靭性、防錆性、滑り性や電気伝導性の金属特性改善を目的としても、本発明の知見によればカーボンナノ材料は、大気中は９００℃以上となると大気中の酸素と反応して消失しやすく、金属に対する濡れ性（親和性）が小さく、特にＣＮＴはきわめて超微細物質である上、球状でなくアスペクト比が大きいため凝集しているので溶融している金属中に配合しても原型を留めない。このため、ＣＮＴ含有金属粉末を予め製造し、焼結する粉末活金法（特許文献４及び５参照）が提案されるもののＣＮＴを原型のまま金属の繋ぎ合わせや金属中に高い含有率で均一に分散配合させることは極めて困難であることにあった基板上でＣＮＴをアーク放電、化学蒸着によって形成しこれを金属メッキして複合材料を形成する方法も提案されるが、電機材料として用いるのに適するもので、金属材料そのものを物性改善には適しないものである（特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６３７１６号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７５１号公報
【特許文献３】特開２０００−２２３００４号公報
【特許文献４】特開２００７−１６２６２号公報
【特許文献５】特開２００７−２２４３５９号公報
【特許文献６】特開２００７−２７７０９６号公報
【非特許文献１】ＣｈｅｍＰｈｙｓＣｈｅｍ２００７，８，９９９−１００４
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＣＮＴを生やす前の金属粒子は水アトマイズやガスアトマイズで必要な金属粒子径を造りその金属粒子にＣＮＴを生やす方法。
【０００７】
界面活性剤の分散液や水素ガス等の加熱する工程が省け大幅なコストダウンになる。
【０００８】
特願２０１１−１６５８４６特許出願のフルボ酸分散液を有機炭素材として使用することで［０００４］をより安価な方法を見出した。
【０００９】
直接金属粒子にＣＮＴを生やすことでＭＩＭやＨＩＰがしやすくなり均一安定したＣＮＴ入金属を製造することが出来る。
【００１０】
品質も安定しＣＮＴの翫有量も正確に制御し易く金属組織内に均一に混入させることが出来る。
【００１１】
本発明はＣＮＴを金属層内に均一分散させる方法を提供し優れた軽量性強靭性かつ防錆性を有しまた滑り性や電気伝導性、熱伝導性、滑り性に優れるナノ金属炭素高性能複合金属材料を提供することを目的とする。
【課題を解決する為の手段】
【００１２】
本発明はＣＮＴを混入させたい金属や合金を水アトマイズ法やガスアトマイズ法で５００μｍ〜５０μｍ位の微粒子をつくり、ＣＮＴを混合した微粒子を基板上に載せてＣＮＴを製造する方法で、有機炭素材を使用し、アーク放電法やＣＶＤ（気相成長法）などで時下に微粒子にＣＮＴを成長させる方法を提案するものである。時下に金属微粒子にＣＮＴを生やす事でＣＮＴ金属に製造する際にＭＩＭやＨＩＰ法で製品化するが、製品化するに当たり操作、加工、制御がしやすく又製品の機能や特性を大幅に向上させることが可能としたこと。
【００１３】
従来はＣＮＴを混入させたい金属微粒子に特殊な界面活性剤に溶かして金属粉を混ぜ水素を満たした容器で加熱する方法などがあったが、上記のような手間のかかる工程を省くことで大幅なコストダウンが出来るのと資源やエネルギーの節約する方法であり新しい特性の新素材金属を造り出すことも可能である。
【００１４】
この方法はＣＮＴの金属に対する重量比などの制御がしやすくなるＣＮＴの混合量の再現性をしやすくした事も特長とする又従来の方法であれば金属粉とＣＮＴを界面活性剤で溶かして金属粉を混ぜる際に混練させるとＣＮＴのアスペクト比によるが切れてしまったり真空引きで飛散してしまったりするのでＣＮＴが安定な均一分散の組織を作ることが困難であり製品の再現性が無かったこと。
【発明の効果】
【００１５】
高性能のＣＮＴ入金属複合材料が製造しやすくなる事で軽量化や新素材の発現が出来この技術を応用すればＣＮＴ入り金属新素材として新しい技術としての効果も大きい。
【００１６】
適度なＣＮＴの混入により、滑り性や電気伝導性が向上した熱伝導性に優れたヒートシンク材料やセンサー材、摺動鋼、工具鋼、特殊鋼、熱伝導材、触媒用金属材、電極材などあらゆる金属や合金材に出来るため軽量であるため省エネルギー低減にも有効である。特に長寿命化が達成できることを注目してほしい
【符号の説明】
【００１７】
ａ．金属微粒子（５００μｍ〜５０μｍ）
ｂ．シリコン基板又は鉄などの金属基板
ｃ．ａに有機炭素液をつけたもの
ｄ．ＣＮＴの生えた金属粒子
ｅ．ＣＮＴ入金属素材
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】は、本発明の実施例を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は作りたいＣＮＴを混合させたい金属のａ．原料金属を水又はガスアトマイズして微粒子を造り、ｃ．その使用したい金属をアーク法かＣＶＤ法でＣＮＴを生やす、それをＭＩＭ＋ＨＩＰで製品化させる製造工程とする。
【００２０】
前記原料金属としては、ナノ構造炭素材料との相溶性に問題が無い限り限定されないが工業用、医療用等の分野で多く使用される軽量性、強靭性かつ防錆性、電気伝導性、熱伝導性などの特性の向上が望まれる鉄、銅、アルミニウムを主体とする金属やステンレス鋼、ジェラルミン鋼、真鍮など合金から選ばれる場合に有効であり、またチタン、白金、金、銀、パラジウム、アンチモン、モリブデン、ビスマス、インジウム、イトリウム、リチウム等希土類から選ばれる金属本発明は特殊金属材料の製造法に有効である。
【実施例】
【００２１】
試料の加工
ＳＵＳ４２０の水アトマイズで２５０μｍ以下の微粒子状にしたものにＣＮＴを生やしＭＩＭでＣＮＴ入りＳＵＳ４２０造りさらにＨＩＰ処理を行い９７％位のＣＮＴ入４２０の金属素材を制作した。ＣＮＴはマルチヲール１００ｎｍ〜６０ｎｍ位になった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料金属材にナノ構造炭素材料を付着させＭＩＭかＨＩＰ処理をして炭素入り機能性構造金属材を製造する方法とその製品。
【請求項２】
ナノ構造炭素材料がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンナノホーン（ＣＮＨ）、フラーレンＣ６０又はマイクルメータークラスのＣＮＴ、ＣＮＦ、ＣＮＨでも可能。
【請求項３】
上記原料金属が鉄、銅、アルミニウムを主体とする金属やステンレス鋼、ジェラルミン鋼、真鍮など合金から選ばれる場合に有効であり、またチタン、白金、金、銀、パラジウム、アンチモン、モリブデン、ビスマス、インジウム、イトリウム、リチウム等希土類からなる群から選ばれるカーボンとの相溶性有する金属あるいは該金属を含有する金属のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の製造法とその製品類。
【請求項１】
原料金属材にナノ構造炭素材料を付着させＭＩＭかＨＩＰ処理をして炭素入り機能性構造金属材を製造する方法とその製品。
【請求項２】
ナノ構造炭素材料がカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンナノホーン（ＣＮＨ）、フラーレンＣ６０又はマイクルメータークラスのＣＮＴ、ＣＮＦ、ＣＮＨでも可能。
【請求項３】
上記原料金属が鉄、銅、アルミニウムを主体とする金属やステンレス鋼、ジェラルミン鋼、真鍮など合金から選ばれる場合に有効であり、またチタン、白金、金、銀、パラジウム、アンチモン、モリブデン、ビスマス、インジウム、イトリウム、リチウム等希土類からなる群から選ばれるカーボンとの相溶性有する金属あるいは該金属を含有する金属のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の製造法とその製品類。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−５７１１７（Ｐ２０１３−５７１１７Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１５４１（Ｐ２０１１−２１１５４１）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５９４０３３８１３）株式会社大成化研 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【出願人】（５９４０３３８１３）株式会社大成化研 (33)
【Ｆターム（参考）】
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