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カーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法 NEW

国内特許コード P190016047
掲載日 2019年5月16日
出願番号 特願2005-515076
登録番号 特許第4593473号
出願日 平成16年10月29日(2004.10.29)
登録日 平成22年9月24日(2010.9.24)
国際出願番号 JP2004016498
国際公開番号 WO2005040068
国際出願日 平成16年10月29日(2004.10.29)
国際公開日 平成17年5月6日(2005.5.6)
優先権データ
  • 特願2003-368399 (2003.10.29) JP
発明者
  • 片桐 一彰
  • 垣辻 篤
  • 佐藤 豊弘
  • 今西 輝光
出願人
  • 住友精密工業株式会社
  • 大阪府
発明の名称 カーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法 NEW
発明の概要 この発明は、カーボンナノチューブ自体が有するすぐれた電気伝導と熱伝導特性並びに強度特性をできるだけ活用し、ジルコニアなどの耐腐食性、耐熱性を有するセラミックスの特徴を生かしたカーボンナノチューブ分散複合材料とその製造方法の提供を目的とし、長鎖状のカーボンナノチューブ(カーボンナノチューブのみを予め放電プラズマ処理したものを含む)を焼成可能なセラミックスや金属粉体とボールミルや遊星ミルなどで混練分散し、さらに混練分散材を放電プラズマ処理し、これを放電プラズマ焼結にて一体化することで、焼結体内に網状にカーボンナノチューブを巡らせることができ、セラミックスや金属粉体基材の有する特性とともにカーボンナノチューブの電気伝導特性と熱伝導特性並びに強度特性を有効利用できる。
従来技術、競合技術の概要 今日、カーボンナノチューブを用いて種々の機能を持たせた複合材料が提案されている。例えば、優れた強度と成形性並びに導電性を兼ね備えた成形体を目的として、平均直径が1~45nm、平均アスペクト比が5以上であるカーボンナノチューブを、炭素繊維、金属被覆炭素繊維、カーボン粉末、ガラス繊維などの充填材を混練したエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの樹脂中に分散させたカーボン含有樹脂組成物を加工、成形して得ることが提案(特開2003-12939)されている。

また、アルミニウ厶合金材の熱伝導率、引っ張り強度を改善する目的で、アルミニウム合金材の含有成分である、Si,Mg,Mnの少なくとも一種を、カーボンナノ繊維と化合させ、カーボンナノ繊維をアルミニウム母材に含有させたアルミニウム合金材が提案されている。これは、カーボンナノ繊維を0.1~5vol%溶融アルミニウ厶合金材内に混入し、混練した後ビレットとし、該ビレットを押出成形して得られたアルミニウム合金材の押出型材として提供(特開2002-363716)されている。

さらに、燃料電池のセパレータ等に適用できる成形性に優れた高導電性材料を目的として、PPSやLCP等の流動性に優れた熱可塑性樹脂に金属化合物(ホウ化物:TiB2、WB、MoB、CrB、AlB2、MgB、炭化物:WC、窒化物:TiN等)およびカーボンナノチューブを適量配合することにより、成形性と導電性を両立させた樹脂成形体が提案(特開2003-34751)されている。

また、電気的性質、熱的性質、機械的性質の向上を図るために、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂、ゴム及び熱可塑性エラストマーなどの有機高分子のマトリックス中にカーボンナノチューブを配合して磁場中で配向させ、一定方向に配列されて複合された状態で成形された複合成形体が提案され、カーボンナノチューブとマトリックス材料との濡れ性や接着性
を向上させるために、カーボンナノチューブの表面をあらかじめ脱脂処理や洗浄処理などの種々処理を施すことが提案(特開2002-273741)されている。

カーボンナノチューブを含むフィールドエミッタとして、インジウム、ビスマスまたは鉛のようなナノチューブ濡れ性元素の金属合金、Ag,AuまたはSnの場合のように比較的柔らかくかつ延性がある金属粉体等の導電性材料粉体とカーボンナノチューブをプレス成形して切断や研摩後、表面に突き出しナノチューブを形成し、該表面をエッチングしてナノチューブ先端を形成、その後金属表面を再溶解し、突き出しナノチューブを整列させる工程で製造する方法が提案(特開2000-223004)されている。

多様な機能を多面的に実現し、機能を最適にするためのセラミックス複合ナノ構造体を目的に、ある機能を目的に選定する複数の多価金属元素の酸化物にて構成されるように、例えば異種の金属元素が酸素を介して結合する製造方法を選定して、さらに公知の種々方法にて、短軸断面の最大径が500nm以下の柱状体を製造することが提案(特開2003-238120)されている。

上述の樹脂中やアルミニウム合金中に分散させようとするカーボンナノチューブは、得られる複合材料の製造性や所要の成形性を得ることを考慮して、できるだけ長さの短いものが利用されて、分散性を向上させており、カーボンナノチューブ自体が有するすぐれた電気伝導と熱伝導特性を有効に活用しようとするものでない。

また、上述のカーボンナノチューブ自体を活用しようとする発明では、例えばフィールドエミッタのように具体的かつ特定の用途に特化することができるが、他の用途には容易に適用できず、一方、ある機能を目的に多価金属元素の酸化物を選定して特定の柱状体からなるセラミックス複合ナノ構造体を製造する方法では、目的設定とその元素の選定と製造方法の確率に多大の工程、試行錯誤を要することが避けられない。
産業上の利用分野 この発明は、炭化けい素などの耐腐食性、耐熱性を有するセラミックスの本来の特徴を生かしかつ電気伝導性と熱伝導性並びに優れた強度特性を付与した複合材料に関し、長鎖状のカーボンナノチューブをセラミックスや金属粉体の焼結体内に網状に分散させたカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 セラミックス粉体又は金属(その合金を含む)粉体あるいは前記両方の混合粉体と予めカーボンナノチューブのみを放電プラズマ処理した10wt%以下の長鎖状カーボンナノチューブとを混練分散する工程、混練分散材を放電プラズマ焼結する工程とを含むカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。

【請求項2】 セラミックス粉体又は金属(その合金を含む)粉体あるいは前記両方の混合粉体と予めカーボンナノチューブのみを放電プラズマ処理した10wt%以下の長鎖状カーボンナノチューブとを混練分散する工程、分散剤を用いて前記粉体とカーボンナノチューブとを湿式分散させる工程、乾燥した混練分散材を放電プラズマ焼結する工程とを含むカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。

【請求項3】 セラミックス粉体又は金属(その合金を含む)粉体あるいは前記両方の混合粉体と予めカーボンナノチューブのみを放電プラズマ処理した10wt%以下の長鎖状カーボンナノチューブとを混練分散する工程、混練分散材を放電プラズマ処理する工程、得られた分散材を放電プラズマ焼結する工程とを含むカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。
【請求項4】 セラミックス粉体又は金属(その合金を含む)粉体あるいは前記両方の混合粉体と予め
カーボンナノチューブのみを放電プラズマ処理した10wt%以下の長鎖状カーボンナノチューブとを混練分散する工程と、分散剤を用いて前記粉体とカーボンナノチューブとを湿式分散させる工程、乾燥した混練分散材を放電プラズマ処理する工程、得られた分散材を放電プラズマ焼結する工程とを含むカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。

【請求項5】 セラミックス粉体の平均粒径が10μm以下、金属粉体の平均粒径が100μm以下である請求項1から請求項4のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。

【請求項6】 セラミックス粉体は、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウ厶、炭化けい素、窒化けい素のうち、1種または2種以上である請求項1から請求項4のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。

【請求項7】 金属粉体は、純アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、銅、銅合金、ステンレス鋼のうち、1種または2種以上である請求項1から請求項4のいずれかに記載のカーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005515076thum.jpg
出願権利状態 登録


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