金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法
【課題】ＣＮＴを金属母材中に均一に分散させて含有させ得る金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られる金属／ＣＮＴ複合焼結体を提供すること。
【解決手段】金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程（２）と、工程（１）で得られた金属スラリーと工程（２）で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程（３）と、工程（３）で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、工程（４）で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程（５）と、を含む。
金属粉末に由来する金属母材中に、ＣＮＴが分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体。
【解決手段】金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程（２）と、工程（１）で得られた金属スラリーと工程（２）で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程（３）と、工程（３）で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、工程（４）で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程（５）と、を含む。
金属粉末に由来する金属母材中に、ＣＮＴが分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法に係り、更に詳細には、スラリー混合法を利用して、金属母材中にカーボンナノチューブを均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られ、軽量高強度材料や放熱材料などとして利用可能な金属／カーボンナノチューブ複合焼結体に関する。特に、金属としてニッケルやアルミニウムを適用した金属／カーボンナノチューブ複合焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブを均一に分散させた複合材料の製造方法としては、カーボンナノチューブと高分子素材とを高分子素材の溶媒中で混合してカーボンナノチューブが均一に分散した溶液を準備し、この溶液を急冷してゲル状物を形成し、このゲル状物から脱溶媒して生乾きのゲルフィルムを形成してから乾燥するかあるいは乾燥ゲルフィルムを形成して高分子素材中にカーボンナノチューブが均一に分散している複合材料からなるフィルムを提供する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１４３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、カーボンナノチューブを高分子素材に分散させた複合材料の製造方法は知られているものの、カーボンナノチューブを金属母材中に均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法については開発がなされておらず、カーボンナノチューブの低密度、高強度、高熱伝導率又は高弾性率などの優れた特性を活かした金属／カーボンナノチューブ複合焼結体は得られていない。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カーボンナノチューブを金属母材中に均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られる金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、スラリー混合法を利用することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法は、金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、カーボンナノチューブを用いてカーボンナノチューブサスペンションを作成する工程（２）と、該工程（１）で得られた金属スラリーと該工程（２）で得られたカーボンナノチューブサスペンションとを用いて金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを作成する工程（３）と、該工程（３）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを用いて金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、該工程（４）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を焼成して金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を得る工程（５）と、を含む。
【０００７】
また、本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体は、上記本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法により作製され、金属粉末に由来する金属母材中に、カーボンナノチューブが分散しているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スラリー混合法を利用することなどとしたため、金属母材中にカーボンナノチューブを均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られた金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の金属／カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と略記する。）複合焼結体の製造方法について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「％」は特記しない限り、質量百分率を表わすものとする。
【００１０】
上述の如く、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法は、下記の工程（１）〜（５）を含む。
（１）金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程
（２）ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程
（３）（１）工程で得られた金属スラリーと（２）工程で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて、金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程
（４）（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて成形を行い、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成する工程
（５）（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程
【００１１】
このような工程を経ること、特に金属スラリーとＣＮＴサスペンションとを別工程で作成して、しかる後、双方を混合することにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
また、金属スラリーとＣＮＴサスペンションの双方を予め厳密に調製することができ、生産性に優れるという利点もある。
【００１２】
まず、本発明の製造方法において用いる原料粉末について説明する。
原料金属粉末の平均粒径は、特に限定されるものではないが、０．１〜５０μｍであることが好ましく、０．１〜１０μｍであることがより好ましい。
平均粒径が０．１μｍ未満の場合には、原材料コスト増となり、アルミニウムなど酸化しやすい金属の場合ハンドリングが困難となる可能性があり好ましくない。また、平均粒径が５０μｍを超えると、粒同士のすき間にＣＮＴが凝集するため、ＣＮＴの分散性が悪化する傾向があり好ましくない。
【００１３】
また、使用するＣＮＴについても特に限定されるものではないが、ＣＮＴの全部又は一部が、筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層した構造を有し、軸直交断面が多角形状であることが好ましい。
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＮＴの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
同図（Ａ）に示すような筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層し、軸直交断面が多角形状のものを用いることで、ＣＮＴ自体の曲げ剛性を向上させ、これにより金属／ＣＮＴ焼結体の強度をより向上させることができる。
【００１４】
更に、ＣＮＴの外径が１５〜１００ｎｍのものを用いることが好ましい。外径が１５ｎｍ未満であると、上記したように多角形状とならず、一方、ＣＮＴの物性上外径が小さいほど単位量あたりの本数が増えるとともに、ＣＮＴの軸方向への長さも長くなり、高い熱伝導性が得られるため、１００ｎｍを超える外径を有することは、高い熱導電性を付与するために配されるＣＮＴとして適当でないためである。
【００１５】
また、ＣＮＴの外径が軸方向に沿って変化するものであることが好ましい。
同図（Ｂ）に示すような、ＣＮＴの外径が軸方向に沿って一定でなく、変化するものであると、金属中において当該ＣＮＴに一種のアンカー効果が生ずるものと思われ、金属中における移動が生じにくく分散安定性が高まるものとなるためである。
【００１６】
なお、これらのＣＮＴの製法としては、例えば遷移金属超微粒子を触媒として炭化水素等の有機化合物をＣＶＤ法で化学熱分解することにより生成する方法を採用することができる。
より具体的には、触媒の遷移金属若しくは遷移金属化合物と、硫黄若しくは硫黄化合物と、原料炭化水素とを雰囲気ガスとともに３００℃以上に加熱してガス化して生成炉に導入し、８００〜１３００℃の範囲の一定温度で加熱する。
しかしながら、触媒金属を含んでおり、純度が低く、また結晶性も低い。
そこで、８００〜９００℃の範囲の温度に保持された熱処理炉にて未反応原料やタール分などの揮発分を気化して除き、かつその後に２４００〜３０００℃の範囲の温度でアニール処理することによってＣＮＴの多層構造の形成を改善するとともにＣＮＴに含まれる触媒金属を蒸発させることが好ましい。
【００１７】
原料となる有機化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）、エタノール等のアルコール類などが使用できる。また、雰囲気ガスには、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の希ガス類などが使用できる。更に、触媒としては、鉄、コバルト、モリブデンなどの触媒金属、又はフェロセン、酢酸金属塩などの遷移金属化合物と、硫黄又はチオフェン、硫化鉄などの硫黄化合物との混合物を使用する。
【００１８】
次に、本発明の製造方法において、各工程の手順について説明する。
まず、金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）について説明する。
上記（１）工程においては、金属粉末と金属粉末用分散剤と金属粉末用分散媒とを混合すればよいが、例えば金属粉末用分散媒に金属粉末用分散剤を添加し、次いで、金属粉末を添加し、しかる後、混合することが望ましい。
このように金属スラリーを作成することによって、金属粉末をより分散させることができ、金属粉末とＣＮＴとがより均一に混合された金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることが可能となる。
そして、このような金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いることにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００１９】
また、（１）工程において、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。これにより、スラリー中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（１）工程においては、混合しながら添加してもよく、上述した超音波処理を行いながら添加してもよい。
【００２０】
更にまた、結合剤を添加する場合には、金属粉末と結合剤を順次添加してもよいが、金属粉末と共に添加することが望ましい。つまり、金属粉末用分散媒に金属粉末用分散剤を添加し、次いで、金属粉末と結合剤を添加し、しかる後、混合することが望ましい。
ここで、本発明の製造方法において、「金属粉末と共に結合剤を添加する」とは、ほぼ同時に別々に添加する場合や予め双方を混合して添加する場合などを意味する。
【００２１】
上述のように金属スラリーを作成することによって、金属粉末と結合剤についてはより近接した状態で分散させることができる。したがって、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができるだけでなく、金属粉末同士が焼結し易くなり、より緻密な金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００２２】
ここで、上記金属粉末用分散媒としては、例えば水系のものや非水系のものを用いることができ、特に各種分散剤や結合剤を溶媒和することができるものであることが望ましい。
【００２３】
上記水系のものとしては、代表的には純水や合金元素を含有する水などを挙げることができる。
得られる金属／ＣＮＴ複合焼結体に含まれる成分を厳密に制御できる。
なお、「純水」とは、（１）蒸留水を超える電気抵抗値を示す水、（２）イオンを完全に除去した水、を意味する。
【００２４】
また、上記非水系のものとしては、例えばメタノール、エタノール、プロピルアルコールなどの低級アルコールに代表される有機溶媒を挙げることができる。
【００２５】
更に、上記（１）工程において、金属粉末としてニッケル（Ｎｉ）粉末を用い、金属粉末用分散剤としてポリアクリル酸アンモニウムを用いる場合には、ポリアクリル酸アンモニウムの添加量をＮｉ粉末１００重量部に対して１〜５重量部とすることが好ましく、２〜４重量部とすることがより好ましい。
【００２６】
次に、ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程（２）について説明する。
上記（２）工程においては、ＣＮＴとＣＮＴ用分散剤とＣＮＴ用分散媒とを混合すればよいが、例えばＣＮＴ用分散媒にＣＮＴ用分散剤を添加し、次いで、ＣＮＴを添加し、しかる後、混合することが望ましい。
このようにＣＮＴサスペンションを作成することによって、ＣＮＴをより分散させることができ、金属粉末とＣＮＴとがより均一に混合された金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることが可能となる。このような金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いることにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００２７】
また、（２）工程においても、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。これにより、サスペンション中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（２）工程においても（１）工程と同様に、混合しながら添加してもよく、上述した超音波処理を行いながら添加してもよい。
【００２８】
ここで、上記ＣＮＴ用分散媒としては、上述したような金属スラリーを作成する際に用いるものと同様のものを用いることができる。
【００２９】
次に、（１）工程で得られた金属スラリーと（２）工程で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて、金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程（３）について説明する。
上記（１）工程や（２）工程と同様に、（３）工程においても、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。
これにより、サスペンション中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（３）工程においても（１）工程や（２）工程と同様に、混合しながら上述した超音波処理を行ってもよい。
【００３０】
次に、上記（３）工程と上記（４）工程の間に任意に付加することができる混合スラリーを濃縮する工程（３´）について説明する。
混合スラリーを濃縮する工程（３´）を経ることにより、スリップキャストに適した濃度の金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることができる。
【００３１】
ここで、スリップキャストに適した金属／ＣＮＴ混合スラリーの濃度は、特に限定されるものではないが、金属粉末としてＮｉ粉末を用いた場合、金属／ＣＮＴ混合スラリー全量における金属粉末とＣＮＴとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることが好ましい。
また、金属粉末がニッケルの場合には２０〜４０％が好適であり、金属粉末がアルミニウムの場合には、２０〜４０％が好適である。
【００３２】
次に、（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて成形を行い、金属／ＣＮＴ混合グリーン体を作成する工程（４）について説明する。
ここで、本発明においては、（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーには、上記（３´）工程を経て得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーをも含む。
【００３３】
上記（４）工程においては、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成することができれば、型に鋳込み、乾燥・圧縮する手順について特に限定されるものではないが、型に鋳込み、乾燥後に圧縮することにより、得られる金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の割れや亀裂、変形の発生をより抑制することができる。
なお、用いる型は完成品の形状であっても、完成品を切削加工によって得るための未完成品ないし半完成品の形状であってもよい。また、型の材質も特に限定されるものではない。
【００３４】
次に、上記（４）工程と上記（５）工程の間に任意に付加することができる上記グリーン成形体を脱脂処理する工程（４´）について説明する。
グリーン成形体を脱脂処理する工程（４´）を経ることにより、焼成工程に供する金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の割れなどをより抑制することができる。
かかる脱脂処理は、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の酸化を防止するように行うことが好ましく、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体に割れなどが生じないように昇温速度を適度に設定して行うことが好ましく、用いた分散剤や結合剤が完全に分解するまで加熱して行うことが好ましい。
【００３５】
具体的には、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を、例えばアルゴン−水素（Ａｒ−Ｈ２）雰囲気中、５００〜７００℃で２４〜４８時間保持して脱脂処理することが好ましい。
また、上記処理雰囲気において、Ｈ２濃度は特に限定されるものではないが、４ｖｏｌ％未満であることが好ましい。
【００３６】
次に、（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程（５）について説明する。
ここで、本発明においては、（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体には、上記（４´）工程を経て得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体をも含む。
【００３７】
上記（５）工程においては、真空中で焼成することによって、金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
かかる焼成条件については、特に限定されるものではないが、例えば、真空中、１１００〜１３００℃の温度条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することが好ましい。
【００３８】
また、上記（５）工程においては、アルゴン中又は真空中で、加圧焼結することによっても金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
かかる焼成条件については、特に限定されるものではないが、例えば、アルゴン中又は真空中で、８００〜１２００℃の温度条件下、５０〜２００ＭＰａの加圧条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することが好ましい。
このように、加圧焼結することにより、特に加圧しない場合に対して、焼成温度を低くすることができる。
更に、金属／ＣＮＴ複合焼結体をより緻密化することができ、相対密度を高くすることができる。
【００３９】
更にまた、焼成する際には、上記温度や圧力に達するまで段階的に又は連続的に上昇させてもよく、アルゴン中又は真空中での圧力条件を適宜変えてもよい。
一方で、焼成後は割れなどが生じないように徐々に冷却することが望ましく、例えば冷却速度を１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００４０】
次に、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体は、上記本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法により作製され、金属粉末に由来する金属母材中に、ＣＮＴが分散しているものである。
なお、金属／ＣＮＴ複合焼結体中に含まれるＣＮＴには、原料のときから変化しないＣＮＴだけでなく、作製工程中において、変化したものも含まれる。
かかる製造方法により得られた金属／ＣＮＴ複合焼結体は、金属母材中にＣＮＴが分散しているので、機械的強度や熱伝導性などに優れる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
図２は、実施例１のＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００４３】
同図に示すように、ＣＮＴサスペンションの作成のために、原料粉末として外径２０〜５０ｎｍの多層ＣＮＴ、分散剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業社製、１９２−０８６７２）、溶媒として純水を用意した。
純水１００重量部に対して、２重量部のドデシル硫酸ナトリウムと０．５重量部の多層ＣＮＴを順次添加し、次いで、超音波処理及び撹拌混合を同時に実施して、ＣＮＴサスペンションを得た。
なお、上記超音波処理は０．５秒毎にｏｎ／ｏｆｆが切り替わるように設定し、出力７Ｗで１時間行い、撹拌混合は回転数２００ｒｐｍとした。また、以下に記載の超音波処理及び撹拌混合も同条件で行った。
【００４４】
一方で、Ｎｉスラリーの作成のために、原料粉末として平均粒径１μｍのＮｉ微粉末（高純度化学研究所社製、ＮＩＥ０１ＰＡ）、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム（東亜合成社製、Ａ６１１４）、結合剤としてポリビニルアルコール（和光純薬工業社製、１６３−０３０４５）、溶媒として純水を用意した。
純水１００重量部に対して、０．０２重量部のポリアクリル酸アンモニウムを添加し、次いで、６２重量部のＮｉ微粉末及び４重量部のポリビニルアルコールを添加し、しかる後、超音波処理及び撹拌混合を同時に実施して、Ｎｉスラリーを得た。
【００４５】
上記ＣＮＴサスペンションと上記Ｎｉスラリーを混合し、超音波処理及び撹拌混合し、次いで、８０℃まで加熱し、合計粉末濃度４０％まで濃縮して、Ｎｉ／ＣＮＴ混合スラリーを作成した。
【００４６】
上記Ｎｉ／ＣＮＴ混合スラリーを多孔質アルミナ型に鋳込み、室温２０℃で２４時間放置乾燥し、次いで、８０℃に加熱したオーブン中で４８時間乾燥させ、しかる後２００ＭＰａで圧縮して、Ｎｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体を得た。
【００４７】
上記Ｎｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体をＡｒ−３ｖｏｌ％Ｈ２雰囲気中に配し、昇温速度１℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温し、６００℃で３０時間保持することによって、脱脂処理を行った。
【００４８】
上記脱脂処理後のＮｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体を８００℃にて、パイレックス（登録商標）ガラス管中に真空（２×１０−４Ｔｏｒｒ≒０．０２６６Ｐａ）封入し、１０００℃まで昇温し、１０００℃で、２００ＭＰａの圧力を付加しながら、１時間保持して焼成した。
その後、冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却することにより、本例の金属／ＣＮＴ複合焼結体を得た。
得られたＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体において、ＣＮＴ含有量は５ｖｏｌ％であり、相対密度は９７．６％であった。
【００４９】
図３に、上記本発明の製造方法を用いて作製したＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を参考のために示す。同図においてＣＮＴを矢印で示した。
同図に示すように、Ｎｉ母材中にＣＮＴが分散していることが分かる。従って、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の有効性が示された。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法は、上述したニッケルやアルミニウムに限定されず、例えば鉄系合金、マグネシウム合金又はチタン合金などの金属に適用可能である。
【００５１】
鉄系合金、マグネシウム合金又はチタン合金などの金属に適用した場合には、引張強度などの性能に優れた高強度材料としての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ＣＮＴのＴＥＭ写真である。
【図２】実施例１のＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法を用いて作製したＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体のＳＥＭ写真である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法に係り、更に詳細には、スラリー混合法を利用して、金属母材中にカーボンナノチューブを均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られ、軽量高強度材料や放熱材料などとして利用可能な金属／カーボンナノチューブ複合焼結体に関する。特に、金属としてニッケルやアルミニウムを適用した金属／カーボンナノチューブ複合焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブを均一に分散させた複合材料の製造方法としては、カーボンナノチューブと高分子素材とを高分子素材の溶媒中で混合してカーボンナノチューブが均一に分散した溶液を準備し、この溶液を急冷してゲル状物を形成し、このゲル状物から脱溶媒して生乾きのゲルフィルムを形成してから乾燥するかあるいは乾燥ゲルフィルムを形成して高分子素材中にカーボンナノチューブが均一に分散している複合材料からなるフィルムを提供する方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１４３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、カーボンナノチューブを高分子素材に分散させた複合材料の製造方法は知られているものの、カーボンナノチューブを金属母材中に均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法については開発がなされておらず、カーボンナノチューブの低密度、高強度、高熱伝導率又は高弾性率などの優れた特性を活かした金属／カーボンナノチューブ複合焼結体は得られていない。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カーボンナノチューブを金属母材中に均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られる金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、スラリー混合法を利用することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法は、金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、カーボンナノチューブを用いてカーボンナノチューブサスペンションを作成する工程（２）と、該工程（１）で得られた金属スラリーと該工程（２）で得られたカーボンナノチューブサスペンションとを用いて金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを作成する工程（３）と、該工程（３）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを用いて金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、該工程（４）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を焼成して金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を得る工程（５）と、を含む。
【０００７】
また、本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体は、上記本発明の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法により作製され、金属粉末に由来する金属母材中に、カーボンナノチューブが分散しているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スラリー混合法を利用することなどとしたため、金属母材中にカーボンナノチューブを均一に分散させて含有させ得る金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法、及びこれにより得られた金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の金属／カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と略記する。）複合焼結体の製造方法について詳細に説明する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「％」は特記しない限り、質量百分率を表わすものとする。
【００１０】
上述の如く、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法は、下記の工程（１）〜（５）を含む。
（１）金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程
（２）ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程
（３）（１）工程で得られた金属スラリーと（２）工程で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて、金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程
（４）（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて成形を行い、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成する工程
（５）（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程
【００１１】
このような工程を経ること、特に金属スラリーとＣＮＴサスペンションとを別工程で作成して、しかる後、双方を混合することにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
また、金属スラリーとＣＮＴサスペンションの双方を予め厳密に調製することができ、生産性に優れるという利点もある。
【００１２】
まず、本発明の製造方法において用いる原料粉末について説明する。
原料金属粉末の平均粒径は、特に限定されるものではないが、０．１〜５０μｍであることが好ましく、０．１〜１０μｍであることがより好ましい。
平均粒径が０．１μｍ未満の場合には、原材料コスト増となり、アルミニウムなど酸化しやすい金属の場合ハンドリングが困難となる可能性があり好ましくない。また、平均粒径が５０μｍを超えると、粒同士のすき間にＣＮＴが凝集するため、ＣＮＴの分散性が悪化する傾向があり好ましくない。
【００１３】
また、使用するＣＮＴについても特に限定されるものではないが、ＣＮＴの全部又は一部が、筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層した構造を有し、軸直交断面が多角形状であることが好ましい。
図１（Ａ）及び（Ｂ）は、ＣＮＴの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
同図（Ａ）に示すような筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層し、軸直交断面が多角形状のものを用いることで、ＣＮＴ自体の曲げ剛性を向上させ、これにより金属／ＣＮＴ焼結体の強度をより向上させることができる。
【００１４】
更に、ＣＮＴの外径が１５〜１００ｎｍのものを用いることが好ましい。外径が１５ｎｍ未満であると、上記したように多角形状とならず、一方、ＣＮＴの物性上外径が小さいほど単位量あたりの本数が増えるとともに、ＣＮＴの軸方向への長さも長くなり、高い熱伝導性が得られるため、１００ｎｍを超える外径を有することは、高い熱導電性を付与するために配されるＣＮＴとして適当でないためである。
【００１５】
また、ＣＮＴの外径が軸方向に沿って変化するものであることが好ましい。
同図（Ｂ）に示すような、ＣＮＴの外径が軸方向に沿って一定でなく、変化するものであると、金属中において当該ＣＮＴに一種のアンカー効果が生ずるものと思われ、金属中における移動が生じにくく分散安定性が高まるものとなるためである。
【００１６】
なお、これらのＣＮＴの製法としては、例えば遷移金属超微粒子を触媒として炭化水素等の有機化合物をＣＶＤ法で化学熱分解することにより生成する方法を採用することができる。
より具体的には、触媒の遷移金属若しくは遷移金属化合物と、硫黄若しくは硫黄化合物と、原料炭化水素とを雰囲気ガスとともに３００℃以上に加熱してガス化して生成炉に導入し、８００〜１３００℃の範囲の一定温度で加熱する。
しかしながら、触媒金属を含んでおり、純度が低く、また結晶性も低い。
そこで、８００〜９００℃の範囲の温度に保持された熱処理炉にて未反応原料やタール分などの揮発分を気化して除き、かつその後に２４００〜３０００℃の範囲の温度でアニール処理することによってＣＮＴの多層構造の形成を改善するとともにＣＮＴに含まれる触媒金属を蒸発させることが好ましい。
【００１７】
原料となる有機化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素、一酸化炭素（ＣＯ）、エタノール等のアルコール類などが使用できる。また、雰囲気ガスには、アルゴン、ヘリウム、キセノン等の希ガス類などが使用できる。更に、触媒としては、鉄、コバルト、モリブデンなどの触媒金属、又はフェロセン、酢酸金属塩などの遷移金属化合物と、硫黄又はチオフェン、硫化鉄などの硫黄化合物との混合物を使用する。
【００１８】
次に、本発明の製造方法において、各工程の手順について説明する。
まず、金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）について説明する。
上記（１）工程においては、金属粉末と金属粉末用分散剤と金属粉末用分散媒とを混合すればよいが、例えば金属粉末用分散媒に金属粉末用分散剤を添加し、次いで、金属粉末を添加し、しかる後、混合することが望ましい。
このように金属スラリーを作成することによって、金属粉末をより分散させることができ、金属粉末とＣＮＴとがより均一に混合された金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることが可能となる。
そして、このような金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いることにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００１９】
また、（１）工程において、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。これにより、スラリー中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（１）工程においては、混合しながら添加してもよく、上述した超音波処理を行いながら添加してもよい。
【００２０】
更にまた、結合剤を添加する場合には、金属粉末と結合剤を順次添加してもよいが、金属粉末と共に添加することが望ましい。つまり、金属粉末用分散媒に金属粉末用分散剤を添加し、次いで、金属粉末と結合剤を添加し、しかる後、混合することが望ましい。
ここで、本発明の製造方法において、「金属粉末と共に結合剤を添加する」とは、ほぼ同時に別々に添加する場合や予め双方を混合して添加する場合などを意味する。
【００２１】
上述のように金属スラリーを作成することによって、金属粉末と結合剤についてはより近接した状態で分散させることができる。したがって、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができるだけでなく、金属粉末同士が焼結し易くなり、より緻密な金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００２２】
ここで、上記金属粉末用分散媒としては、例えば水系のものや非水系のものを用いることができ、特に各種分散剤や結合剤を溶媒和することができるものであることが望ましい。
【００２３】
上記水系のものとしては、代表的には純水や合金元素を含有する水などを挙げることができる。
得られる金属／ＣＮＴ複合焼結体に含まれる成分を厳密に制御できる。
なお、「純水」とは、（１）蒸留水を超える電気抵抗値を示す水、（２）イオンを完全に除去した水、を意味する。
【００２４】
また、上記非水系のものとしては、例えばメタノール、エタノール、プロピルアルコールなどの低級アルコールに代表される有機溶媒を挙げることができる。
【００２５】
更に、上記（１）工程において、金属粉末としてニッケル（Ｎｉ）粉末を用い、金属粉末用分散剤としてポリアクリル酸アンモニウムを用いる場合には、ポリアクリル酸アンモニウムの添加量をＮｉ粉末１００重量部に対して１〜５重量部とすることが好ましく、２〜４重量部とすることがより好ましい。
【００２６】
次に、ＣＮＴを用いてＣＮＴサスペンションを作成する工程（２）について説明する。
上記（２）工程においては、ＣＮＴとＣＮＴ用分散剤とＣＮＴ用分散媒とを混合すればよいが、例えばＣＮＴ用分散媒にＣＮＴ用分散剤を添加し、次いで、ＣＮＴを添加し、しかる後、混合することが望ましい。
このようにＣＮＴサスペンションを作成することによって、ＣＮＴをより分散させることができ、金属粉末とＣＮＴとがより均一に混合された金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることが可能となる。このような金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いることにより、金属母材中にＣＮＴが均一に分散している金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
【００２７】
また、（２）工程においても、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。これにより、サスペンション中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（２）工程においても（１）工程と同様に、混合しながら添加してもよく、上述した超音波処理を行いながら添加してもよい。
【００２８】
ここで、上記ＣＮＴ用分散媒としては、上述したような金属スラリーを作成する際に用いるものと同様のものを用いることができる。
【００２９】
次に、（１）工程で得られた金属スラリーと（２）工程で得られたＣＮＴサスペンションとを用いて、金属／ＣＮＴ混合スラリーを作成する工程（３）について説明する。
上記（１）工程や（２）工程と同様に、（３）工程においても、混合する際には撹拌混合だけでなく、超音波処理を行うことが望ましい。
これにより、サスペンション中に生じ得る凝集物が破壊され、より均一に混合することができる。
なお、（３）工程においても（１）工程や（２）工程と同様に、混合しながら上述した超音波処理を行ってもよい。
【００３０】
次に、上記（３）工程と上記（４）工程の間に任意に付加することができる混合スラリーを濃縮する工程（３´）について説明する。
混合スラリーを濃縮する工程（３´）を経ることにより、スリップキャストに適した濃度の金属／ＣＮＴ混合スラリーを得ることができる。
【００３１】
ここで、スリップキャストに適した金属／ＣＮＴ混合スラリーの濃度は、特に限定されるものではないが、金属粉末としてＮｉ粉末を用いた場合、金属／ＣＮＴ混合スラリー全量における金属粉末とＣＮＴとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることが好ましい。
また、金属粉末がニッケルの場合には２０〜４０％が好適であり、金属粉末がアルミニウムの場合には、２０〜４０％が好適である。
【００３２】
次に、（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーを用いて成形を行い、金属／ＣＮＴ混合グリーン体を作成する工程（４）について説明する。
ここで、本発明においては、（３）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーには、上記（３´）工程を経て得られた金属／ＣＮＴ混合スラリーをも含む。
【００３３】
上記（４）工程においては、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を作成することができれば、型に鋳込み、乾燥・圧縮する手順について特に限定されるものではないが、型に鋳込み、乾燥後に圧縮することにより、得られる金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の割れや亀裂、変形の発生をより抑制することができる。
なお、用いる型は完成品の形状であっても、完成品を切削加工によって得るための未完成品ないし半完成品の形状であってもよい。また、型の材質も特に限定されるものではない。
【００３４】
次に、上記（４）工程と上記（５）工程の間に任意に付加することができる上記グリーン成形体を脱脂処理する工程（４´）について説明する。
グリーン成形体を脱脂処理する工程（４´）を経ることにより、焼成工程に供する金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の割れなどをより抑制することができる。
かかる脱脂処理は、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体の酸化を防止するように行うことが好ましく、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体に割れなどが生じないように昇温速度を適度に設定して行うことが好ましく、用いた分散剤や結合剤が完全に分解するまで加熱して行うことが好ましい。
【００３５】
具体的には、金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を、例えばアルゴン−水素（Ａｒ−Ｈ２）雰囲気中、５００〜７００℃で２４〜４８時間保持して脱脂処理することが好ましい。
また、上記処理雰囲気において、Ｈ２濃度は特に限定されるものではないが、４ｖｏｌ％未満であることが好ましい。
【００３６】
次に、（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体を焼成して金属／ＣＮＴ複合焼結体を得る工程（５）について説明する。
ここで、本発明においては、（４）工程で得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体には、上記（４´）工程を経て得られた金属／ＣＮＴ混合グリーン成形体をも含む。
【００３７】
上記（５）工程においては、真空中で焼成することによって、金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
かかる焼成条件については、特に限定されるものではないが、例えば、真空中、１１００〜１３００℃の温度条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することが好ましい。
【００３８】
また、上記（５）工程においては、アルゴン中又は真空中で、加圧焼結することによっても金属／ＣＮＴ複合焼結体を得ることができる。
かかる焼成条件については、特に限定されるものではないが、例えば、アルゴン中又は真空中で、８００〜１２００℃の温度条件下、５０〜２００ＭＰａの加圧条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することが好ましい。
このように、加圧焼結することにより、特に加圧しない場合に対して、焼成温度を低くすることができる。
更に、金属／ＣＮＴ複合焼結体をより緻密化することができ、相対密度を高くすることができる。
【００３９】
更にまた、焼成する際には、上記温度や圧力に達するまで段階的に又は連続的に上昇させてもよく、アルゴン中又は真空中での圧力条件を適宜変えてもよい。
一方で、焼成後は割れなどが生じないように徐々に冷却することが望ましく、例えば冷却速度を１５℃／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。
【００４０】
次に、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体は、上記本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法により作製され、金属粉末に由来する金属母材中に、ＣＮＴが分散しているものである。
なお、金属／ＣＮＴ複合焼結体中に含まれるＣＮＴには、原料のときから変化しないＣＮＴだけでなく、作製工程中において、変化したものも含まれる。
かかる製造方法により得られた金属／ＣＮＴ複合焼結体は、金属母材中にＣＮＴが分散しているので、機械的強度や熱伝導性などに優れる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【００４２】
（実施例１）
図２は、実施例１のＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００４３】
同図に示すように、ＣＮＴサスペンションの作成のために、原料粉末として外径２０〜５０ｎｍの多層ＣＮＴ、分散剤としてドデシル硫酸ナトリウム（和光純薬工業社製、１９２−０８６７２）、溶媒として純水を用意した。
純水１００重量部に対して、２重量部のドデシル硫酸ナトリウムと０．５重量部の多層ＣＮＴを順次添加し、次いで、超音波処理及び撹拌混合を同時に実施して、ＣＮＴサスペンションを得た。
なお、上記超音波処理は０．５秒毎にｏｎ／ｏｆｆが切り替わるように設定し、出力７Ｗで１時間行い、撹拌混合は回転数２００ｒｐｍとした。また、以下に記載の超音波処理及び撹拌混合も同条件で行った。
【００４４】
一方で、Ｎｉスラリーの作成のために、原料粉末として平均粒径１μｍのＮｉ微粉末（高純度化学研究所社製、ＮＩＥ０１ＰＡ）、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム（東亜合成社製、Ａ６１１４）、結合剤としてポリビニルアルコール（和光純薬工業社製、１６３−０３０４５）、溶媒として純水を用意した。
純水１００重量部に対して、０．０２重量部のポリアクリル酸アンモニウムを添加し、次いで、６２重量部のＮｉ微粉末及び４重量部のポリビニルアルコールを添加し、しかる後、超音波処理及び撹拌混合を同時に実施して、Ｎｉスラリーを得た。
【００４５】
上記ＣＮＴサスペンションと上記Ｎｉスラリーを混合し、超音波処理及び撹拌混合し、次いで、８０℃まで加熱し、合計粉末濃度４０％まで濃縮して、Ｎｉ／ＣＮＴ混合スラリーを作成した。
【００４６】
上記Ｎｉ／ＣＮＴ混合スラリーを多孔質アルミナ型に鋳込み、室温２０℃で２４時間放置乾燥し、次いで、８０℃に加熱したオーブン中で４８時間乾燥させ、しかる後２００ＭＰａで圧縮して、Ｎｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体を得た。
【００４７】
上記Ｎｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体をＡｒ−３ｖｏｌ％Ｈ２雰囲気中に配し、昇温速度１℃／ｍｉｎで６００℃まで昇温し、６００℃で３０時間保持することによって、脱脂処理を行った。
【００４８】
上記脱脂処理後のＮｉ／ＣＮＴ混合グリーン成形体を８００℃にて、パイレックス（登録商標）ガラス管中に真空（２×１０−４Ｔｏｒｒ≒０．０２６６Ｐａ）封入し、１０００℃まで昇温し、１０００℃で、２００ＭＰａの圧力を付加しながら、１時間保持して焼成した。
その後、冷却速度１５℃／ｍｉｎで冷却することにより、本例の金属／ＣＮＴ複合焼結体を得た。
得られたＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体において、ＣＮＴ含有量は５ｖｏｌ％であり、相対密度は９７．６％であった。
【００４９】
図３に、上記本発明の製造方法を用いて作製したＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を参考のために示す。同図においてＣＮＴを矢印で示した。
同図に示すように、Ｎｉ母材中にＣＮＴが分散していることが分かる。従って、本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の有効性が示された。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法は、上述したニッケルやアルミニウムに限定されず、例えば鉄系合金、マグネシウム合金又はチタン合金などの金属に適用可能である。
【００５１】
鉄系合金、マグネシウム合金又はチタン合金などの金属に適用した場合には、引張強度などの性能に優れた高強度材料としての利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ＣＮＴのＴＥＭ写真である。
【図２】実施例１のＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の金属／ＣＮＴ複合焼結体の製造方法を用いて作製したＮｉ／ＣＮＴ複合焼結体のＳＥＭ写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、
カーボンナノチューブを用いてカーボンナノチューブサスペンションを作成する工程（２）と、
上記工程（１）で得られた金属スラリーと上記工程（２）で得られたカーボンナノチューブサスペンションとを用いて、金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを作成する工程（３）と、
上記工程（３）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを用いて金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、
上記工程（４）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を焼成して金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を得る工程（５）と、を含むことを特徴とする金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２】
上記金属粉末の平均粒径が、０．１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項３】
上記金属粉末の平均粒径が、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項４】
上記金属粉末が、ニッケル及び／又はアルミニウム粉末を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブの全部又は一部が、筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層した構造を有し、軸直交断面が多角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項６】
上記カーボンナノチューブの外径が、１５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項７】
上記カーボンナノチューブの外径が、軸方向に沿って変化することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項８】
上記（１）工程において、上記金属粉末と金属粉末用分散剤と金属粉末用分散媒とを混合して上記金属スラリーを得、
この際、上記金属粉末用分散媒に上記金属粉末用分散剤を添加し、次いで、上記金属粉末を添加して混合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項９】
上記（１）工程において、上記金属粉末の添加後、更に結合剤を添加して混合することを特徴とする請求項８に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１０】
上記金属粉末用分散媒が純水又はエタノールであり、上記金属粉末用分散剤がポリアクリル酸アンモニウムであることを特徴とする請求項８又は９に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１１】
上記（１）工程において、上記金属粉末がニッケル粉末であり、かつ上記金属粉末用分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムの添加量をニッケル粉末１００重量部に対して１〜５重量部とすることを特徴とする請求項１０に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１２】
上記結合剤が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１３】
上記（２）工程において、上記カーボンナノチューブとカーボンナノチューブ用分散剤とカーボンナノチューブ用分散媒とを混合して上記カーボンナノチューブサスペンションを得、
この際、上記カーボンナノチューブ用分散媒に上記カーボンナノチューブ用分散剤を添加し、次いで、上記カーボンナノチューブを添加して混合することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１４】
上記カーボンナノチューブ用分散媒が純水であり、上記カーボンナノチューブ用分散剤がドデシル硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１３に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１５】
上記（１）工程〜（３）工程から成る群より選ばれた少なくとも１つの工程において超音波処理を行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１６】
上記（３）工程と上記（４）工程の間に、上記金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを濃縮する工程（３´）を付加することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１７】
上記（３´）工程において、金属粉末がニッケル粉末であり、ニッケル／カーボンナノチューブ混合スラリー全量におけるニッケル粉末とカーボンナノチューブとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることを特徴とする請求項１６に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１８】
上記（３´）工程において、金属粉末がアルミニウム粉末であり、アルミニウム／カーボンナノチューブ混合スラリー全量におけるアルミニウム粉末とカーボンナノチューブとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることを特徴とする請求項１６に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１９】
上記（３´）工程において、超音波処理を行うことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２０】
上記（４）工程において、型に鋳込み、乾燥・圧縮することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２１】
上記（４）工程と上記（５）工程の間に、脱脂処理する工程（４´）を付加することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２２】
上記（４´）工程において、アルゴン−水素雰囲気中、５００〜７００℃で２４〜４８時間保持して脱脂処理を行うことを特徴とする請求項２１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２３】
上記（５）工程において、真空中、１１００〜１３００℃の温度条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２４】
上記（５）工程において、アルゴン中又は真空中、８００〜１２００℃の温度条件下、５０〜２００ＭＰａの加圧条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法により作製された金属／カーボンナノチューブ複合焼結体であって、
上記金属粉末に由来する金属母材中に、カーボンナノチューブが分散していることを特徴とする金属／カーボンナノチューブ複合焼結体。
【請求項１】
金属粉末を用いて金属スラリーを作成する工程（１）と、
カーボンナノチューブを用いてカーボンナノチューブサスペンションを作成する工程（２）と、
上記工程（１）で得られた金属スラリーと上記工程（２）で得られたカーボンナノチューブサスペンションとを用いて、金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを作成する工程（３）と、
上記工程（３）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを用いて金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を作成する工程（４）と、
上記工程（４）で得られた金属／カーボンナノチューブ混合グリーン成形体を焼成して金属／カーボンナノチューブ複合焼結体を得る工程（５）と、を含むことを特徴とする金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２】
上記金属粉末の平均粒径が、０．１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項３】
上記金属粉末の平均粒径が、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項４】
上記金属粉末が、ニッケル及び／又はアルミニウム粉末を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブの全部又は一部が、筒状のグラフェンシートが軸直角方向に積層した構造を有し、軸直交断面が多角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項６】
上記カーボンナノチューブの外径が、１５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項７】
上記カーボンナノチューブの外径が、軸方向に沿って変化することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項８】
上記（１）工程において、上記金属粉末と金属粉末用分散剤と金属粉末用分散媒とを混合して上記金属スラリーを得、
この際、上記金属粉末用分散媒に上記金属粉末用分散剤を添加し、次いで、上記金属粉末を添加して混合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項９】
上記（１）工程において、上記金属粉末の添加後、更に結合剤を添加して混合することを特徴とする請求項８に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１０】
上記金属粉末用分散媒が純水又はエタノールであり、上記金属粉末用分散剤がポリアクリル酸アンモニウムであることを特徴とする請求項８又は９に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１１】
上記（１）工程において、上記金属粉末がニッケル粉末であり、かつ上記金属粉末用分散剤であるポリアクリル酸アンモニウムの添加量をニッケル粉末１００重量部に対して１〜５重量部とすることを特徴とする請求項１０に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１２】
上記結合剤が、ポリビニルアルコールであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１３】
上記（２）工程において、上記カーボンナノチューブとカーボンナノチューブ用分散剤とカーボンナノチューブ用分散媒とを混合して上記カーボンナノチューブサスペンションを得、
この際、上記カーボンナノチューブ用分散媒に上記カーボンナノチューブ用分散剤を添加し、次いで、上記カーボンナノチューブを添加して混合することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１４】
上記カーボンナノチューブ用分散媒が純水であり、上記カーボンナノチューブ用分散剤がドデシル硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項１３に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１５】
上記（１）工程〜（３）工程から成る群より選ばれた少なくとも１つの工程において超音波処理を行うことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１６】
上記（３）工程と上記（４）工程の間に、上記金属／カーボンナノチューブ混合スラリーを濃縮する工程（３´）を付加することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１７】
上記（３´）工程において、金属粉末がニッケル粉末であり、ニッケル／カーボンナノチューブ混合スラリー全量におけるニッケル粉末とカーボンナノチューブとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることを特徴とする請求項１６に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１８】
上記（３´）工程において、金属粉末がアルミニウム粉末であり、アルミニウム／カーボンナノチューブ混合スラリー全量におけるアルミニウム粉末とカーボンナノチューブとの合計粉末濃度を２０〜４０％とすることを特徴とする請求項１６に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項１９】
上記（３´）工程において、超音波処理を行うことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２０】
上記（４）工程において、型に鋳込み、乾燥・圧縮することを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２１】
上記（４）工程と上記（５）工程の間に、脱脂処理する工程（４´）を付加することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２２】
上記（４´）工程において、アルゴン−水素雰囲気中、５００〜７００℃で２４〜４８時間保持して脱脂処理を行うことを特徴とする請求項２１に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２３】
上記（５）工程において、真空中、１１００〜１３００℃の温度条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２４】
上記（５）工程において、アルゴン中又は真空中、８００〜１２００℃の温度条件下、５０〜２００ＭＰａの加圧条件下で３０分間〜２時間保持して焼成することを特徴とする請求項１〜２２のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１つの項に記載の金属／カーボンナノチューブ複合焼結体の製造方法により作製された金属／カーボンナノチューブ複合焼結体であって、
上記金属粉末に由来する金属母材中に、カーボンナノチューブが分散していることを特徴とする金属／カーボンナノチューブ複合焼結体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２６５６８６（Ｐ２００６−２６５６８６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８８６９７（Ｐ２００５−８８６９７）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年９月２８日 社団法人日本金属学会発行の「日本金属学会講演概要」に発表
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５０２２０５１４５）株式会社物産ナノテク研究所 (101)
【出願人】（５９１０６１０５７）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年９月２８日 社団法人日本金属学会発行の「日本金属学会講演概要」に発表
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５０２２０５１４５）株式会社物産ナノテク研究所 (101)
【出願人】（５９１０６１０５７）
【Ｆターム（参考）】
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