ES2339560T3 - Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de oxido de titanio dopado con carbono. - Google Patents

Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de oxido de titanio dopado con carbono. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, caracterizado porque se golpea directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, contra una superficie de un sustrato que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para tratar térmicamente la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por tratar térmicamente la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

Description

Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono. Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que sea excelente en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.
Antecedentes de la técnica
Hasta ahora, el dióxido de titanio TiO2 (denominado simplemente en la presente memoria y en las reivindicaciones óxido de titanio) se ha conocido como una sustancia que muestra una función fotocatalítica. Como procedimientos para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio, desde los años 1970 se conoce un procedimiento para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio mediante oxidación anódica, un procedimiento para formar térmicamente una película de óxido de titanio sobre una plancha metálica de titanio en un horno eléctrico al que se le suministra oxígeno, y un procedimiento para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio calentando una plancha de titanio en llamas de un gas ciudad a 1.100 hasta 1.400ºC (véase el documento no de patente 1). En muchos campos técnicos se han llevado a cabo numerosos estudios diseñados para lograr el uso práctico de fotocatalizadores.
Para fabricar productos fotocatalíticos para obtener un efecto desodorizante, antimicrobiano, antiniebla, o antisuciedad mediante tal función fotocatalítica, ha sido una práctica común proporcionar un sol de óxido de titanio sobre un sustrato mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por giro, o inmersión, formando de ese modo una película. Sin embargo, la película resultante se puede desprender por pelado o desgastar, y de este modo su uso a largo plazo ha sido difícil.
La radiación ultravioleta, con una longitud de onda de 400 nm o menos, es necesaria para que el óxido de titanio funcione como un fotocatalizador, pero se han llevado a cabo muchos estudios sobre fotocatalizadores de óxido de titanio que están dopados con diversos elementos para que funcionen mediante luz visible. Por ejemplo, existe un documento que compara los óxidos de titanio dopados con, por ejemplo, F, N, C, S, P y Ni, y que muestra que el óxido de titanio dopado con nitrógeno es excelente como un fotocatalizador que responde a la luz visible (véase el documento no de patente 2).
Como fotocatalizadores de óxido de titanio dopados con otros elementos como se muestra anteriormente, se han hecho propuestas para un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene el sitio de oxígeno del óxido de titanio sustituido por un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, dopado en los espacios de la red cristalina de óxido de titanio, y un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, dispuesto en los bordes de granos de agregados policristalinos de cristales de óxido de titanio (véanse los documentos de patente 1 a 4).
Un documento adicional afirma que llamas de combustión de gas natural, con la temperatura de las llamas de combustión mantenida en la vecindad de 850ºC, por ejemplo ajustando los caudales de un gas natural y/u oxígeno, se hicieron golpear contra un metal de titanio para obtener óxido de titanio modificado químicamente n-TiO2-xCx, que absorbió luz a 535 nm o menos (véase el documento no de patente 3).
Documento de patente 1: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2001-205103 (reivindicaciones)
Documento de patente 2: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2001-205094 (reivindicaciones)
Documento de patente 3: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2002-95976 (reivindicaciones)
Documento de patente 4: solicitud internacional 01/10553 folleto (reivindicaciones)
Documento no de patente 1: A. Fujishima et al., J. Electrochem. Soc. Vol. 122, nº 11, p. 1487-1489, noviembre 1975
Documento no de patente 2: R. Asahi et al., SCIENCE Vol. 293, 13 de julio de 2001, p. 269-271
Documento no de patente 3: Shahed U.M. Khan et al., SCIENCE Vol. 297, 27 de septiembre de 2002, p. 2243-2245
Exposición de la invención Problemas que debe resolver por la invención
Sin embargo, los fotocatalizadores convencionales a base de óxido de titanio, ya sea del tipo que responde a rayos ultravioletas o del tipo que responde a la luz visible, fueron problemáticos en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), planteando un cuello de botella en el uso práctico.
Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para producir un sustrato que tenga una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que sea excelente en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funcione como un fotocatalizador que responde a la luz visible.
Medios para resolver los problemas
Se han llevado a cabo estudios en profundidad en un intento por lograr el objeto anterior, y se han encontrado los siguientes hechos: una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo se hace golpear directamente contra la superficie de un sustrato que tiene una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, para termotratar la superficie del sustrato a una temperatura elevada; o la superficie del sustrato es termotratada a una temperatura elevada en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo; o la superficie del sustrato es termotratada a una temperatura elevada en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, con lo que se obtiene el sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono. Basándose en este hallazgo, se logró la presente invención.
Es decir, el procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención se caracteriza por golpear directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo contra una superficie de un sustrato que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para termotratar la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por termotratar la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
Como alternativa, el procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención se caracteriza por termotratar una superficie de un sustrato, que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
Efectos de la invención
El procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención hace posible obtener un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que es excelente en cuanto a durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funcione como un fotocatalizador que responde a la luz visible.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista que muestra los resultados de un ensayo de dureza de la película del Ejemplo 1 de Ensayo.
La Fig. 2 es una vista que muestra los resultados del análisis de XPS del Ejemplo 5 de Ensayo.
La Fig. 3 es una vista que muestra la respuesta a la longitud de onda de una densidad de fotocorriente en el Ejemplo 6 de Ensayo.
La Fig. 4 es una vista que muestra los resultados del ensayo en una eficiencia cuántica en el Ejemplo 7 de Ensayo.
La Fig. 5 es una vista que muestra los resultados de un ensayo desodorizante en el Ejemplo 8 de Ensayo.
Las Figs. 6(a) y 6(b) son fotografías que muestran los resultados de un ensayo antisuciedad en el Ejemplo 9 de Ensayo.
La Fig. 7 es una vista que muestra los resultados del Ejemplo 11 de Ensayo.
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Las Figs. 8(a) y 8(b) son fotografías que muestran el estado transmitido de luz de capas de óxido de titanio dopado con carbono obtenidas en los Ejemplos 15 y 16.
La Fig. 9 es una fotografía que muestra el estado de la superficie de la capa de óxido de titanio dopado con carbono obtenida en el Ejemplo 15.
Mejor modo para poner en práctica la invención
Según el procedimiento de fabricación de la presente invención, la superficie de un sustrato, que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, se trata térmicamente para producir el sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono. Este sustrato que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio se puede estructurar de forma que el conjunto del sustrato esté compuesto de uno de titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, y óxido de titanio, o que el sustrato esté compuesto de una capa formadora de la porción de superficie y un material central, y los materiales para ellos sean diferentes. Con respecto a la forma del sustrato, el sustrato puede estar en forma de producto final (una forma de plancha plana, o una forma tridimensional) deseada para que tenga durabilidad, tal como elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, o resistencia térmica, o en forma de producto final deseada para que tenga la función de un fotocatalizador que responde a la luz visible sobre la superficie, o en forma pulverulenta.
Si el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto de la capa formadora de la porción de superficie y el material central, y los materiales para ellos son diferentes, entonces el espesor de la capa formadora de la porción de superficie puede ser el mismo que el espesor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono resultante (a saber, toda la capa formadora de la porción de superficie es la capa de óxido de titanio dopado con carbono), o puede ser más grande que el espesor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono (a saber, una parte en la dirección del espesor de la capa formadora de la porción de superficie es la capa de óxido de titanio dopado con carbono, mientras que la otra parte permanece intacta). El material para el material central no está limitado, excepto si arde, se funde o se deforma durante el tratamiento térmico en el procedimiento de fabricación de la presente invención. Por ejemplo, como material central se puede usar hierro, una aleación de hierro, una aleación no ferrosa, material cerámico, u otra cerámica, o un vidrio termorresistente a temperaturas elevadas. Los ejemplos de tal sustrato compuesto de la capa de superficie con forma de película delgada y el material central son aquellos que tienen una película que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, formada sobre la superficie del material central mediante un procedimiento tal como pulverización iónica, deposición en estado de vapor, o pulverización térmica, o los que tienen una película formada sobre la superficie del material central impartiendo un sol de óxido de titanio comercialmente disponible sobre su superficie mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por giro, o inmersión.
Si el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, es pulverulento, todas las partículas del polvo se pueden convertir en óxido de titanio dopado con carbono mediante tratamiento térmico en el procedimiento de fabricación de la presente invención, en caso de que el tamaño de partículas del polvo sea pequeño. Sin embargo, en la presente invención, es suficiente que sólo la capa de superficie se convierta en óxido de titanio dopado con carbono, de forma que no se impone ninguna restricción al tamaño de partículas del polvo. Sin embargo, se prefiere que el tamaño de partículas del polvo sea 15 nm o más, en consideración a la facilidad del tratamiento térmico, y a la facilidad de fabricación.
En el procedimiento de fabricación de la presente invención, como aleación de titanio se pueden usar sin restricción diversas aleaciones de titanio públicamente conocidas. Por ejemplo, es posible usar Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si, Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-0,3Mo-1Nb-0,3Si, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, y Ti-13V-11Cr-3Al.
En el procedimiento de fabricación de la presente invención, un constituyente esencial es el uso de una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, o una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, y es particularmente deseable utilizar una llama reductora. Si se usa un combustible que tiene un bajo contenido de hidrocarburo, la cantidad de carbono dopado es inadecuada o cero, dando como resultado una dureza insuficiente y una actividad fotocatalítica insuficiente bajo la luz visible. En la presente invención, el gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo se refiere a un gas que contiene por lo menos 50% en volumen de un hidrocarburo. Por ejemplo, este gas se refiere a un gas que contiene por lo menos 50% en volumen de un hidrocarburo, tal como gas natural, LPG, metano, etano, propano, butano, etileno, propileno, o acetileno, o una mezcla de cantidades adecuadas de ellos, y, según sea apropiado, que incorpora además aire, hidrógeno u oxígeno. En el procedimiento de fabricación de la presente invención, el gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo contiene preferentemente 30% o más en volumen de un hidrocarburo insaturado, y más preferiblemente contiene 50% o más en volumen de acetileno, y lo más preferible contiene 100% de acetileno como el hidrocarburo. Si se usa un hidrocarburo insaturado, especialmente acetileno que tiene un triple enlace, la porción del enlace insaturado se descompone, particularmente, en la llama reductora durante el transcurso de su combustión para formar una sustancia radicálica intermedia. Esta sustancia radicálica tiene una fuerte actividad, y de este modo se considera que provoca fácilmente el dopaje con carbono.
En el procedimiento de fabricación de la presente invención, si la capa de superficie del sustrato a termotratar es titanio o una aleación de titanio, es necesario oxígeno para oxidar el titanio o la aleación de titanio. De este modo, es necesario que el gas contenga una cantidad correspondiente de aire u oxígeno.
En el procedimiento de fabricación de la presente invención, una capa de óxido de titanio dopado con carbono se forma haciendo golpear directamente una llama de combustión del gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo contra la superficie del sustrato que tiene una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para termotratar la superficie del sustrato a una temperatura elevada; o termotratando la superficie del sustrato a una temperatura elevada en una atmósfera de gas de combustión del gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo; o termotratando la superficie del sustrato a una temperatura elevada en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo. El tratamiento térmico se puede llevar a cabo, por ejemplo, en un horno. Si una llama de combustión se hace golpear directamente contra la superficie del sustrato para el tratamiento térmico a una temperatura elevada, el gas combustible mencionado anteriormente se puede quemar en un horno, y su llama de combustión se puede hacer golpear contra la superficie del sustrato. Si el tratamiento térmico se lleva a cabo a una temperatura elevada en una atmósfera de gas de combustión, el gas combustible anterior se quema en un horno, y se utiliza su atmósfera de gas de combustión de temperatura elevada. Si el tratamiento térmico se lleva a cabo a una temperatura elevada en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, es recomendable cargar el gas atmosférico mencionado anteriormente en un horno, y llevar a cabo el calentamiento desde el exterior del horno para llevar el gas atmosférico dentro del horno hasta una temperatura elevada. En este caso, el gas a alta temperatura, que consiste esencialmente en el hidrocarburo, reacciona en el sitio de su contacto con la superficie del sustrato, provocando el dopaje con carbono. Si el sustrato, que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, es pulverulento, tal polvo se introduce en una llama y se deja que permanezca en la llama durante un tiempo predeterminado, para llevar a cabo el tratamiento térmico. Como alternativa, tal polvo se mantiene en un estado de lecho fluidizado durante un tiempo predeterminado en un gas de combustión de alta temperatura colocado en un estado fluido, o en un gas de alta temperatura que consiste esencialmente en un hidrocarburo y colocado en un estado fluido. Al hacer esto, todas las partículas se pueden convertir en óxido de titanio dopado con carbono, o el polvo se puede obtener en un polvo que tenga una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
El tratamiento térmico necesita ser llevado a cabo de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, preferentemente entre 1.000 y 1.200ºC, y de forma que se forme una capa de óxido de titanio dopado con carbono como la capa de superficie del sustrato. En el caso de que el tratamiento térmico dé como resultado que la temperatura de la superficie del sustrato sea menor que 900ºC, la durabilidad del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono resultante es insuficiente, y su actividad fotocatalítica bajo la luz visible también es insuficiente. Por otro lado, en el caso de un tratamiento térmico que haga que la temperatura de la superficie del sustrato sea mayor que 1.500ºC, una película superdelgada se desprende por pelado de la porción de la superficie del sustrato durante el enfriamiento tras el tratamiento térmico, y no se obtiene el efecto de durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica) pretendido por la presente invención. Incluso con un tratamiento térmico que conduzca a la temperatura de la superficie del sustrato dentro del intervalo comprendido entre 900 a 1200ºC, un tiempo prolongado de tratamiento térmico provoca el pelado de una película superdelgada desde la porción de la superficie del sustrato durante el enfriamiento después del tratamiento térmico, y no se obtiene el efecto de durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica) pretendido por la presente invención. De este modo, el tiempo del tratamiento térmico necesita ser un tiempo que no provoque el pelado a la porción de la superficie del sustrato durante el enfriamiento tras el tratamiento térmico. Esto es, el tiempo del tratamiento térmico necesita ser un tiempo que sea suficiente para convertir la capa de superficie en una capa de óxido de titanio dopado con carbono, pero que no provoque el pelado de la película superdelgada de la porción de la superficie del sustrato durante el enfriamiento tras el calentamiento. Este tiempo del tratamiento térmico está en correlación con la temperatura de calentamiento, pero es preferentemente de aproximadamente 400 segundos o menos.
En el procedimiento de fabricación de la presente invención, una capa de óxido de titanio dopado con carbono que contiene del 0,3 al 15% de átomos, preferentemente del 1 al 10% de átomos de carbono, se puede obtener de forma relativamente fácil ajustando la temperatura de calentamiento y el tiempo del tratamiento térmico. Si la cantidad de carbono dopado es pequeña, la capa de óxido de titanio dopado con carbono es transparente. A medida que aumenta la cantidad de carbono dopado, la capa de óxido de titanio dopado con carbono se hace translúcida u opaca. De este modo, se puede obtener una plancha transparente, que sea excelente en cuanto a durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica) y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible, formando una capa transparente de óxido de titanio dopado con carbono sobre un material central con forma de plancha transparente. Además, una lámina estratificada decorativa, que es excelente en cuanto a durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica) y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible, se puede obtener formando una capa transparente de óxido de titanio dopado con carbono sobre una plancha que tiene un patrón coloreado sobre la superficie. Si el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto de la capa formadora de la porción de superficie y el material central, y el espesor de la capa formadora de la porción de superficie es 500 nm o menos, el calentamiento hasta una temperatura en la vecindad del punto de fusión de la capa formadora de la porción de superficie genera ondulaciones, parecidas a muchos islotes que flotan en el mar, en la superficie para hacer translúcido al sustrato.
En el sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, el espesor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono es preferentemente 10 nm o más, y, a fin de lograr una elevada dureza, resistencia a ralladuras y resistencia al desgaste, es más preferible que el espesor sea 50 nm o más grande. Si el espesor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono es menor que 10 nm, la durabilidad del sustrato resultante que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono tiende a ser insuficiente. El límite superior del grosor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono no está limitado, aunque es necesario tener en cuenta el coste y los efectos logrados.
La capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, tiene un contenido relativamente elevado de carbono, y contiene carbono dopado como enlaces Ti-C, a diferencia del óxido de titanio modificado químicamente como se describe en el documento no de patente 3 mencionado anteriormente, o los óxidos de titanio que contienen compuestos de titanio Ti-O-X dopados con diversos átomos o aniones X que se han propuesto convencionalmente. Como resultado, se mejoran sus resistencias mecánicas, tales como resistencia a ralladuras y resistencia al desgaste, y se considera que su dureza Vickers está notablemente incrementada. También su resistencia térmica está incrementada.
La capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, presenta una dureza Vickers de 300 o superior, preferentemente 500 o superior, más preferentemente 700 o superior, más preferentemente 1.000 o superior. La dureza Vickers de 1.000 o superior significa una dureza mayor que la dureza de un cromado duro. De este modo, el procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención se puede utilizar significativamente en diversos campos técnicos en los que los cromados duros se habían utilizado hasta ahora.
La capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, responde no sólo a la radiación ultravioleta, sino también a la luz visible que tiene una longitud de onda de 400 nm o mayor, y actúa eficazmente como un fotocatalizador. De este modo, el sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, se puede usar como un fotocatalizador que responde a la luz visible, y muestra una función fotocatalítica tanto en interiores como en exteriores. Además, la capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, muestra superhidrofilia expresada como un ángulo de contacto de 3º o menos.
Además, la capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, también es excelente en cuanto a la resistencia química. Después de sumergir esta capa durante 1 semana en una disolución acuosa de ácido sulfúrico 1M, y durante 1 semana en una disolución acuosa de hidróxido sódico 1M, se midieron la dureza de la película, la resistencia al desgaste, y la densidad de fotocorriente de la capa, y se compararon con sus valores medidos antes del tratamiento. No se observaron cambios significativos. Por cierto, las películas de óxido de titanio comercialmente disponibles tienen una resistencia mínima a ácidos y una resistencia mínima a álcalis, debido a que sus aglutinantes, dependiendo de sus tipos, generalmente se disuelven en ácidos o álcalis, y de este modo estas películas se desprenden por pelado.
Además, la capa de óxido de titanio dopado con carbono del sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, que se produce mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, se puede usar como un catalizador que responde a radiación tales como rayos gamma. Se ha inventado previamente un revestimiento pulverizado térmicamente de óxido de titanio o similar que suprime el agrietamiento bajo la acción simultánea de un esfuerzo y un entorno corrosivo, o la deposición de incrustaciones de miembros estructurales de un reactor nuclear en respuesta a la radiación. Cuando la capa de óxido de titanio dopado con carbono producida mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención se usa de forma similar como tal catalizador que responde a la radiación, puede reducir el potencial del material base, suprimiendo la corrosión por picadura, la corrosión general, y el agrietamiento por la influencia conjunta de esfuerzo y corrosión. También, muestra el efecto de ser capaz de descomponer la incrustación o suciedad por su poder oxidante. Comparado con otros procedimientos para formar películas de catalizadores sensibles a la radiación, el procedimiento de fabricación de la presente invención es conveniente y es superior desde los aspectos de durabilidad tal como resistencia química y resistencia al desgaste.
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Ejemplos
La presente invención se describirá con mayor detalle basándose en los Ejemplos y Ejemplos Comparativos.
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Ejemplos 1 a 3
Una plancha de titanio de 0,3 mm de espesor se trató térmicamente usando una llama de combustión de acetileno de forma que la temperatura de la superficie de la plancha de titanio fue de aproximadamente 1.100ºC, formando de ese modo la plancha de titanio que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie. El tiempo del tratamiento térmico a 1.100ºC se ajustó a 5 segundos (Ejemplo 1), 3 segundos (Ejemplo 2), y 1 segundo (Ejemplo 3). Como resultado, las planchas de titanio formadas tuvieron capas de óxido de titanio dopado con carbono diferentes en cuanto a la cantidad de carbono dopado y el espesor de la capa de óxido de titanio dopado con carbono.
Los contenidos de carbono de las capas de óxido de titanio dopado con carbono formadas en los Ejemplos 1 a 3 se determinaron mediante un analizador de rayos X fluorescente. Basándose en el contenido de carbono, se supuso la estructura molecular de TiO2-xCx. Los resultados fueron: un contenido de carbono de 8% atómico y TiO1,76C0,24 en el Ejemplo 1, un contenido de carbono de aproximadamente 3,3% atómico y TiO1,90C0,10 en el Ejemplo 2, y un contenido de carbono de 1,7% atómico y TiO1,95C0,05 en el Ejemplo 3. Las capas de óxido de titanio dopado con carbono formadas en los Ejemplos 1 a 3 fueron superhidrófilas según se indica mediante un ángulo de contacto, con respecto a una gota de agua, del orden de 2º.
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Ejemplo 1 comparativo
Se revistió mediante giro un sol de óxido de titanio comercialmente disponible (STS-01, ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD.) sobre una plancha de titanio de 0,3 mm de espesor, y se calentó para incrementar la adhesión, con lo que se formó la plancha de titanio que tiene una película de óxido de titanio.
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Ejemplo 2 comparativo
Un producto comercialmente disponible que tiene óxido de titanio revestido por pulverización sobre una plancha SUS se tomó como un sustrato que tiene una película de óxido de titanio del Ejemplo 2 comparativo.
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Ejemplo 1 de ensayo
Dureza Vickers
La capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 y la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo se midieron para determinar la dureza de la película usando un aparato de ensayo de nanodureza (NHT) (CSM Instruments, Suiza) en las siguientes condiciones: indentador: tipo Bercovici, carga de ensayo: 2 mN, velocidad de eliminación de la carga: 4 mN/min. La capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 tuvo un valor elevado de dureza Vickers de 1.340. Por otro lado, la dureza Vickers de la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo fue 160.
Los resultados se muestran en la Fig. 1. A modo de referencia, también se muestran los valores documentados de la dureza Vickers de una capa de cromado duro y una capa de e niquelado (citado de Tomono, "A Manual of Practical Platings", Capítulo 6, Ohmsha (1971)). La capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 presenta claramente una dureza mayor que la de la capa de niquelado y la capa de cromado duro.
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Ejemplo 2 de ensayo
Resistencia a ralladuras
En relación con la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 y la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo, se llevó a cabo un ensayo de resistencia a ralladuras usando un aparato medidor de microrralladuras (MST) (CSM Instruments, Suiza) en las siguientes condiciones: indentador: Rockwell (diamante), radio de la punta 200 \mum, carga inicial 0 N, carga final: 30 N, velocidad de carga: 50 N/min., longitud de la ralladura: 6 mm, velocidad de la etapa: 10,5 mm/min. Se midió una carga de "comienzo de pelado", bajo la cual se produjo un pequeño pelado de la película en la marca de la ralladura. También, se midió una carga de "pelado general", bajo la cual se produjo el pelado de la película en toda la marca de la ralladura. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
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TABLA 1
1 
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Ejemplo 3 de ensayo
Resistencia al desgaste
En relación con la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 y la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo, se llevó a cabo un ensayo de desgaste usando un tribómetro de alta temperatura (HT-TRM) (CSM Instruments, Suiza) en las siguientes condiciones: temperatura del ensayo: temperatura ambiente y 470ºC, bola: bola de SiC con un diámetro de 12,4 mm, carga: 1 N, velocidad de deslizamiento: 20 mm/s, radio de giro: 1 mm, velocidad de giro de ensayo: 1.000 revoluciones.
Como resultado, se produjo el pelado tanto a temperatura ambiente como a 470ºC en relación con la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo. Por otro lado, con respecto a la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1, no se detectó ningún desgaste de traza significativo a temperatura ambiente ni a 470ºC.
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Ejemplo 4 de ensayo
Resistencia química
La plancha de titanio que comprende la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 se sumergió en una disolución acuosa de ácido sulfúrico 1M durante 1 semana a temperatura ambiente, y en una disolución acuosa de hidróxido sódico 1M durante 1 semana a temperatura ambiente, y después se midió la dureza de la película, la resistencia al desgaste, y la densidad de fotocorriente que se describirá más adelante. No se observaron diferencias significativas entre los valores antes de la inmersión y los valores después de la inmersión. Esto es, se encontró que la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 tiene una elevada resistencia química.
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Ejemplo 5 de ensayo
Estructura de la capa de óxido de titanio dopado con carbono
En relación con la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1, se llevó a cabo una pulverización con iones de Ar durante 2.700 segundos usando un analizador espectroquímico fotoelectrónico de rayos X (XPS) a un voltaje de aceleración de 10 kV y con Al como diana, y se inició el análisis. Cuando la velocidad de pulverización fue 0,64 \ring{A}/s equivalente a aquella para una película de SiO2, la profundidad fue alrededor de 173 nm. En la Fig. 2, se muestran los resultados del análisis XPS. Cuando la energía de unión es 284,6 eV, aparece el pico más elevado. Se adscribe a un enlace C-H(C) observado generalmente con el análisis de CI. El segundo pico más elevado se observó cuando la energía de unión es 281,7 eV. Puesto que la energía de unión de un enlace Ti-C es 281,6 eV, se entiende que C se ha dopado como enlaces Ti-C en la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1. Con el análisis XPS realizado en 11 puntos en diferentes posiciones en la dirección de profundidad de la capa de óxido de titanio dopado con carbono, aparecieron picos similares cerca de 281,6 eV en todos los puntos.
Los enlaces Ti-C también se confirmaron en los bordes entre la capa de óxido de titanio dopado con carbono y el sustrato. De este modo, se estima que los enlaces Ti-C en la capa de óxido de titanio dopado con carbono hace que la dureza sea elevada, y se estima que la resistencia al pelado de la película está notablemente incrementada por los enlaces Ti-C en los bordes entre la capa de óxido de titanio dopado con carbono y el sustrato.
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Ejemplo 6 de ensayo
Respuesta a la longitud de onda
Se midieron las respuestas a la longitud de onda de las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 a 3 y de las películas de óxido de titanio de los Ejemplos 1 y 2 comparativos usando un monocromador de Oriel. Concretamente, se aplicó un voltaje de 0,3 V entre cada una de las capas y las películas y un contraelectrodo en una disolución acuosa 0,05 M de sulfato de sodio, y se midió la densidad de fotocorriente.
En la Fig. 3, se muestran los resultados. La Fig. 3 muestra la densidad de fotocorriente resultante jp frente a la longitud de onda irradiada. Los límites de absorción de la longitud de onda de las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 a 3 alcanzaron 490 nm, mostrando que, a medida que aumentó la cantidad de carbono dopado, la densidad de fotocorriente aumentó. También se encontró que cuando la cantidad de carbono dopado superó 10% atómico, la densidad de corriente tendió a disminuir, y si la cantidad de carbono dopado superó además 15% atómico, esta tendencia fue apreciable, aunque estos hallazgos no se ilustran aquí. De este modo, se observó que la cantidad de carbono dopado tuvo un valor óptimo a 1 a 10% atómico. Por otro lado, en las películas de óxido de titanio de los Ejemplos 1 y 2 comparativos se encontró que la densidad de fotocorriente fue muy baja, y el límite de absorción de la longitud de onda fue del orden de 410 nm.
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Ejemplo 7 de ensayo
Eficiencia cuántica
En relación con las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 a 3 y las películas de óxido de titanio de los Ejemplos 1 y 2 comparativos, se obtuvo la eficiencia cuántica \eta definida mediante la siguiente ecuación:
\eta = j_{p} (E_{ws} - E_{app}) / I
en la que Ews es el voltaje de descomposición teórico del agua (= 1,23 V), Eapp es el voltaje aplicado (= 0,3 V), e I es la intensidad de la luz irradiada. Los resultados se muestran en la Fig. 4. La Fig. 4 muestra la eficiencia cuántica \eta frente a la longitud de onda de la luz irradiada.
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Como resulta evidente a partir de la Fig. 4, se encontró que las eficiencias cuánticas de las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 a 3 fueron notablemente elevadas, y se encontró que sus eficacias de conversión a longitudes de onda en la vecindad de 450 nm fueron superiores a las eficacias de conversión de las películas de óxido de titanio de los Ejemplos 1 y 2 comparativos en una región ultravioleta (200 a 380 nm). También se mostró que la eficacia de descomposición del agua de la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 fue de aproximadamente 8% a una longitud de onda de 370 nm, y se obtuvo una eficacia que supera el 10% a una longitud de onda de 350 nm o menos.
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Ejemplo 8 de ensayo
Ensayo de desodorización
En relación con las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 y 2 y la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo, se llevó a cabo un ensayo de desodorización. Concretamente, se encerró herméticamente acetaldehído, que generalmente se usa en un ensayo de desodorización, en un recipiente de vidrio de 1.000 ml junto con el sustrato que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono. Después de que la influencia de una disminución en la concentración debido a que la adsorción inicial fuese despreciable, la muestra se irradió con luz visible mediante una lámpara fluorescente provista con un filtro de corte de UV, y se midió la concentración de acetaldehído mediante cromatografía de gases a intervalos predeterminados de tiempo de irradiación. El área superficial de cada una de las capas y de las películas fue 8,0 cm^{2}.
Los resultados se muestran en la Fig. 5. La Fig. 5 muestra la concentración de acetaldehído frente a los períodos de tiempo transcurridos tras la iniciación de la irradiación con luz visible. Se encontró que las velocidades de descomposición del acetaldehído de las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 1 y 2 toman valores de alrededor de 2 veces o más de la velocidad de descomposición del acetaldehído de la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo. También se encontró que la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1, que tiene una gran cantidad de carbono dopado y una elevada eficiencia cuántica, mostró una elevada velocidad de descomposición en comparación con la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 2.
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Ejemplo 9 de ensayo
Ensayo antisuciedad
En relación con la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 y la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo, se llevó a cabo un ensayo antisuciedad. Cada capa y película se instaló en una habitación para fumadores de Central Research Institute of Electric Power Industry, y se observó la suciedad sobre la superficie después de 145 días. No hubo ninguna entrada directa de luz solar en esta habitación para fumadores.
Las fotografías que muestran los resultados se presentan en las Figs. 6(a) y 6(b). La nicotina se depositó sobre la superficie de la película de óxido de titanio del Ejemplo 1 comparativo, desarrollando un color amarillo claro. Por otro lado, la superficie de la capa de óxido de titanio dopado con carbono del Ejemplo 1 no mostró ningún cambio particular, y se mantuvo limpia, demostrando que se presentó completamente un efecto antisuciedad.
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Ejemplos 4 a 7
De la misma manera que en los Ejemplos 1 a 3, se trataron térmicamente planchas de titanio de 0,3 mm de espesor a las temperaturas de superficie mostradas en la Tabla 2, durante períodos de tiempo mostrados en la Tabla 2, con el uso de una llama de combustión de acetileno, formando de ese modo planchas de titanio que tienen cada una una capa de óxido de titanio dopado con carbono como una capa de superficie.
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Ejemplos 8 a 11
Se trataron térmicamente planchas de titanio de 0,3 mm de espesor a las temperaturas de superficie mostradas en la Tabla 2 durante períodos de tiempo mostrados en la Tabla 2, con el uso de una llama de combustión de gas natural en lugar de la llama de combustión de acetileno, formando de ese modo las planchas de titanio que tienen cada una una capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie.
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Ejemplo 3 comparativo
Se trató térmicamente una plancha de titanio de 0,3 mm de espesor a una temperatura de la superficie mostrada en la Tabla 2, durante un período de tiempo mostrado en la Tabla 2, con el uso de una llama de combustión de gas natural.
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Ejemplo 10 de ensayo
Las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 4 a 11 y la película del Ejemplo 3 comparativo se midieron para determinar la dureza Vickers (HV) de la misma manera que en el Ejemplo 1 de Ensayo mencionado anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 2. Las capas de óxido de titanio dopado con carbono formadas en los Ejemplos 4 a 11 fueron superhidrófilas según se indica mediante un ángulo de contacto, con respecto a una gota de agua, del orden de 2º.
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TABLA 2
2
Como resulta evidente a partir de los datos mostrados en la Tabla 2, cuando el tratamiento térmico se llevó a cabo usando un gas de combustión procedente de un gas natural de forma que la temperatura de la superficie fue 850ºC, se obtuvo una película que tuvo una dureza Vickers de sólo 160. En los Ejemplos 8 a 11 en los que el tratamiento térmico se llevó a cabo de forma que la temperatura de la superficie fue 1.000ºC o superior, se obtuvieron capas de óxido de titanio dopado con carbono que presentan una dureza Vickers de 600. En los Ejemplos 4 a 7 que usan un gas de combustión de acetileno, se obtuvieron capas de óxido de titanio dopado con carbono que tienen dureza Vickers de 1.200.
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Ejemplo 11 de ensayo
En relación con las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 4 a 11 y las películas de óxido de titanio de los Ejemplos 1 y 3 comparativos, se midió la densidad de fotocorriente, aplicándose un voltaje de 0,3 V entre cada una de las capas y las películas y un contraelectrodo en una disolución acuosa 0,05M de sulfato de sodio, e irradiándose la muestra con luz de 300 nm a 520 nm, como en el Ejemplo 6 de Ensayo. Los resultados se muestran en la Fig. 7. La Fig. 7 muestra la densidad de fotocorriente resultante jp frente al potencial ECP (V frente a SSE).
Se encontró que las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 4 a 6 y 8 a 10, obtenidas llevando a cabo un tratamiento térmico de forma que la temperatura de la superficie fue 1.000 a 1.200ºC, tienen una densidad de fotocorriente relativamente elevada. De estas capas de óxido de titanio dopado con carbono, se encontró que las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 4 a 6, que usan un gas de combustión de acetileno, eran superiores. Por otro lado, se encontró que la capa de óxido de titanio del Ejemplo 3 comparativo, obtenida llevando a cabo un tratamiento térmico de forma que la temperatura de la superficie fue 850ºC, y que las capas de óxido de titanio dopado con carbono de los Ejemplos 7 y 11, obtenidas llevando a cabo un tratamiento térmico de forma que la temperatura de la superficie fue 1.500ºC, tienen una densidad de fotocorriente relativamente baja.
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Ejemplo 12
Una plancha de aleación de Ti-6Al-4V de 0,3 mm de espesor se trató térmicamente usando una llama de combustión de acetileno de forma que la temperatura de la superficie fue de aproximadamente 1.100ºC, formando de ese modo la plancha de aleación que comprende una aleación de titanio y que contiene óxido de titanio dopado con carbono en una capa de superficie. El tiempo del tratamiento térmico a 1.100ºC se ajustó a 60 segundos. La capa así formada que contiene óxido de titanio dopado con carbono fue superhidrófila como se indica mediante un ángulo de contacto, con respecto a una gota de agua, del orden de 2º, y mostró la misma actividad fotocatalítica que la de la capa de óxido de titanio dopado con carbono obtenida en el Ejemplo 4.
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Ejemplo 13
Se formó una película delgada de titanio que tiene un espesor de película de aproximadamente 500 nm sobre la superficie de una plancha de acero inoxidable (SUS316) de 0,3 mm de espesor mediante pulverización iónica. Esta plancha de acero inoxidable se trató térmicamente usando una llama de combustión de acetileno de forma que la temperatura de la superficie fue de aproximadamente 900ºC, produciendo de ese modo la plancha de acero inoxidable que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono como una capa de superficie. El tiempo del tratamiento térmico a 900ºC se ajustó a 15 segundos. La capa así formada de óxido de titanio dopado con carbono fue superhidrófila según se indica mediante un ángulo de contacto, con respecto a una gota de agua, de aproximadamente 2º, y mostró la misma actividad fotocatalítica que la de la capa de óxido de titanio dopado con carbono obtenida en el Ejemplo 4.
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Ejemplo 14
Un polvo de óxido de titanio que tiene un tamaño de partículas de 20 \mum se suministró a una llama de combustión de acetileno, y se dejó permanecer en la llama de combustión durante un tiempo predeterminado para tratar térmicamente el polvo, de forma que la temperatura de la superficie fue de aproximadamente 1.000ºC. Al hacer esto, se produjo un polvo de titanio que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie. El tiempo del tratamiento térmico a 1.000ºC se ajustó a 4 segundos. El polvo de titanio así formado, que tiene la capa de óxido de titanio dopado con carbono, mostró la misma actividad fotocatalítica que la de la capa de óxido de titanio dopado con carbono obtenida en el Ejemplo 4.
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Ejemplos 15 a 16
Se formó una película delgada de titanio que tiene un espesor de película de aproximadamente 100 nm sobre la superficie de una placa de vidrio de 1 mm de espesor (Pyrex (nombre comercial registrado)) mediante pulverización iónica. Esta placa de vidrio se trató térmicamente usando una llama de combustión de acetileno, de forma que la temperatura de la superficie fue de aproximadamente 1.100ºC (Ejemplo 15) o 1.500ºC (Ejemplo 16), produciendo de ese modo una placa de vidrio que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono como una capa de superficie. El tiempo del tratamiento térmico a 1.100ºC o 1.500ºC se ajustó a 10 segundos. La capa de óxido de titanio dopado con carbono así formada fue transparente, como se muestra en una fotografía de la Fig. 8(a), cuando la temperatura de la superficie fue 1.100ºC. Sin embargo, cuando la temperatura de la superficie fue 1.500ºC, se generaron ondulaciones sobre la superficie, parecidas a muchos islotes que flotan en el mar, como se muestra en la Fig. 9, de forma que la capa fue translúcida como se muestra en la Fig. 8(b).
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Aplicabilidad industrial
Se puede esperar que la capa de óxido de titanio dopado con carbono, obtenida mediante el procedimiento de fabricación de la presente invención, se pueda utilizar en productos destinados a producir el potencial de un material base, evitando de ese modo la picadura por corrosión, la corrosión general, y el agrietamiento inducido por la influencia conjunta de esfuerzo y corrosión. Además, esta capa se usó como un catalizador que responde a la radiación, el cual responde a radiación tal como rayos gamma así como rayos ultravioleta, a fin de suprimir el agrietamiento por la influencia conjunta de esfuerzo y corrosión o la deposición de incrustaciones de miembros estructurales de un reactor nuclear. La capa que tiene tal uso se puede formar fácilmente en comparación con películas formadas mediante otros procedimientos formadores de películas, y también puede mostrar una durabilidad mejorada.

Claims (12)

1. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, caracterizado porque se golpea directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, contra una superficie de un sustrato que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para tratar térmicamente la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por tratar térmicamente la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
2. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, caracterizado porque se trata térmicamente una superficie de un sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato está comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.
3. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sustrato, que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto, en su totalidad, de uno de entre titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio.
4. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto de una capa formadora de la porción de superficie y un material central, y los materiales para la capa formadora de la porción de superficie y el material central son diferentes.
5. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, es pulverulento.
6. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la aleación de titanio es Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si, Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-0,3Mo-1Nb-0,3Si, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, o Ti-13V-11Cr-3Al.
7. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el gas consiste esencialmente en un hidrocarburo que contiene 30% o más en volumen de un hidrocarburo insaturado.
8. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el gas consiste esencialmente en un hidrocarburo que contiene el 50% o más en volumen de acetileno.
9. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que contiene entre el 0,3 y el 15% atómico de carbono.
10. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que presenta una dureza Vickers de 300 o superior.
11. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 10, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que presenta una dureza Vickers de 1.000 o superior.
12. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.
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