JP2005336562A - Composite of metal and carbon nano-fiber, and production method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal / carbon nanofiber composite and a method for producing the same.
カーボンナノファイバーは、例えば金属中に混入した複合材料として、各種摺動材や放熱材などに用いられている。この複合材料の製法は、溶融金属中に微細炭素繊維を添加し、撹拌、混合するという手法が一般的に考えられる。しかしながら、上記方法では、金属と微細炭素繊維とでは比重が大きく異なることやカーボンナノファイバーが溶融湯金属に濡れ難いという性質があることから、微細炭素繊維を均一に溶融金属中に分散するのは極めて困難であるという課題がある。
また、めっき液中にカーボンナノファイバーを分散させて電解めっきを行い、粒状にめっき物が析出する際、このめっき物内にカーボンナノファイバーが取り込まれるようにして、金属とカーボンナノファイバーとの粒状の複合体を得られるようにした技術が開発されている。
しかしながら、上記方法では、工業的量産に向かないという課題がある。
In addition, when the carbon nanofibers are dispersed in the plating solution and electrolytic plating is performed, and the plated product is deposited in granular form, the carbon nanofibers are incorporated into the plated product so that the particles of the metal and the carbon nanofibers are granular. A technology has been developed to obtain a complex of.
However, the above method has a problem that it is not suitable for industrial mass production.
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、カーボンナノファイバーの含量や複合体の大きさをコントロール可能で、量産に向く金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法を提供するにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to control the content of carbon nanofibers and the size of the composite, and a metal / carbon nanofiber composite suitable for mass production and its To provide a manufacturing method.
本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体は、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入され、該複合物が粒子化され、かつ固化されて成る。
前記金属は、アルミニウムもしくはその合金、マグネシウムもしくはその合金が好適である。
The metal / carbon nanofiber composite according to the present invention is obtained by mixing molten carbon with carbon nanofibers, and pulverizing and solidifying the composite.
The metal is preferably aluminum or an alloy thereof, magnesium or an alloy thereof.
また本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口から流下させ、該流下する溶融金属に向けて、カーボンナノファイバーが混入された圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、溶融金属にカーボンナノファイバーを混入させると共に粒子化することを特徴とする。 In addition, the method for producing a metal / carbon nanofiber composite according to the present invention is a method in which a molten metal is caused to flow down from a flow outlet in an inert gas atmosphere, and carbon nanofibers are mixed into the molten metal flowing down. By spraying an inert gas at a high speed, carbon nanofibers are mixed into the molten metal and are made into particles.
また本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から流下させ、該流下する複合物に向けて、圧縮不活性ガスを高速で吹き付けることによって、複合物を粒子化することを特徴とする。
上記工程において、前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させるようにすると好適である。
In addition, the method for producing a metal / carbon nanofiber composite according to the present invention allows a composite in which carbon nanofibers are mixed in a molten metal to flow down from a flow outlet in an inert gas atmosphere, and directs the composite to the flow down. The composite is made into particles by spraying a compressed inert gas at a high speed.
In the above step, the composite is stored in a closed container, and the closed container is shaken to stir the composite, and the inside of the closed container is pressurized with an inert gas to be combined from a flow outlet provided in the closed container. It is preferable to let things flow down.
またさらに本発明に係る金属・カーボンナノファイバー複合体の製造方法は、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属にカーボンナノファイバーが混入された複合物を流下口から、該流下口下方で水平面内で高速で回転する回転円板の中心部上に流下し、複合物を回転円板の周辺に粒状に飛散させることを特徴とする。
前記複合物を密閉容器中に収納し、該密閉容器を揺動させて複合物を撹拌しつつ、密閉容器内を不活性ガスで加圧して密閉容器に設けた流下口から複合物を流下させるようにすると好適である。
Furthermore, in the method for producing a metal / carbon nanofiber composite according to the present invention, in an inert gas atmosphere, a composite in which carbon nanofibers are mixed into a molten metal is placed in a horizontal plane from the flow outlet and below the flow outlet. It flows down on the center part of the rotating disk rotated at high speed, and the composite is scattered in the form of particles around the rotating disk.
The composite is stored in a sealed container, and the sealed container is shaken to stir the composite, and the inside of the sealed container is pressurized with an inert gas, and the composite is allowed to flow down from a flow outlet provided in the sealed container. It is preferable to do so.
本発明によれば、カーボンナノファイバーの含量や複合体の大きさをコントロール可能で、量産に向く金属・カーボンナノファイバー複合体およびその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the content of a carbon nanofiber and the magnitude | size of a composite can be controlled, and the metal and carbon nanofiber composite suitable for mass production and its manufacturing method can be provided.
以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、製造装置10の一例を示す説明図である。以下、この製造装置10の説明と併せて複合体の製造方法を説明する。
12は公知の構造からなる、例えば高周波溶解炉であり、適宜部材(図示せず)に傾倒可能に支持され、投入された金属を溶融させる。
14は流下口14aを有する貯留槽であり、高周波溶解炉12から溶融金属が供給され、流下口14aから所要量ずつ溶融金属を下方に流下させるようになっている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of the manufacturing apparatus 10. Hereinafter, the manufacturing method of a composite body is demonstrated with description of this manufacturing apparatus 10. FIG.
高周波溶解炉12、貯留槽14は密閉箱体16内に配設されている。17は排気口、18は給気口であり、排気口17から密閉箱体16内の空気を排出し、給気口18から窒素、アルゴン等の不活性ガスを密閉箱体16内に供給するようになっている。17a、18aはバルブである。また16aは蓋体である。
稼動中は、密閉箱体16内は不活性ガスで満たされる。
The high-
During operation, the sealed
20は、流下口14a下方に設けられたアトマイズ室で、流下口14a下方を覆うように筒状に設けられている。アトマイズ室20の下端部には捕集室21が設けられている。21aはバルブである。
22は圧縮ガス供給パイプであり、その先端側は、貯留槽流下口14a直上に配設され流下口14aに向かい圧縮ガスを噴出させる。先端部はノズル23に形成されている。
圧縮ガス供給パイプ22の他端側はカーボンナノファイバーとアルゴン等の不活性ガスを混合する混合器24に接続されている。混合器24には、高圧のアルゴン等の不活性ガスタンク25から圧力調整器26および流量調整バルブ27を経て不活性ガスが所定量供給されると同時に、カーボンナノファイバーを貯留したタンク28から所要量ずつのカーボンナノファイバーが供給される。カーボンナノファイバー貯留タンク28にはアルコールなどの揮発性液体に混ぜられたカーボンナノファイバーが充填され、この混合液が、高圧のアルゴン等の不活性ガスタンク29から、圧力調整バルブ30を経て供給される不活性ガスにより貯留タンク28から押し出され、流量調整バルブ31を経て混合器24に供給される。
The other end of the compressed
カーボンナノファイバーが混入された不活性ガスは、混合器24に接続されたパイプ22を経てノズル23から吹き出される。
ノズル23は、例えば流下口14aから細い線状に流下する溶融金属の流れに沿って下方に向けて不活性ガスをカーボンナノファイバーと共に高速で吹き出すのである。このようにすることで、霧吹きの原理により溶融金属は粒子化し、その際同時に粒子化された溶融金属にカーボンナノファイバーが取り込まれるのである。
The inert gas mixed with carbon nanofibers is blown out from the
For example, the
上記のように、カーボンナノファイバーが所要量取り込まれると同時に粒子化した溶融金属は、アトマイズ室20内を落下する間に固化し、粒状複合体として捕集室21内に捕集される。
32はサイクロンであり、アトマイズ室20下部に接続され、アトマイズ室20内に浮遊する残留カーボンナノファイバーを収集し、パイプ33から回収する。サイクロン32の下部にも捕集室34が設けられ、比較的小径の複合体が捕集される。21a、34aはバルブである。
As described above, the molten metal that has been granulated at the same time as the required amount of carbon nanofibers is taken in is solidified while falling in the atomizing
A
35は不活性ガス供給パイプであり、アトマイズ室20に接続されている。この不活性ガス供給パイプ35、サイクロン32を用いてアトマイズ室20内を不活性ガスでパージできる。なお、33a、35aはバルブである。
An inert
複合体の製造時(稼動時)には、密閉箱体16内、およびアトマイズ室20内は不活性ガス雰囲気下に維持される。
金属は、アルミニウムまたはその合金、マグネシウムまたはその合金等の比較的融点の低い金属が好適であるがこれに限られることはない。
得られる複合体の大きさは、流下する溶融金属の流量や、ノズル23から吹き出す圧縮不活性ガスの速度を調整することによって調整可能である。速度を大きくすることによってより微粒子化が可能となる。
複合体の大きさ(直径)は特に限定されず、数10μmのものから数mmの大きさのものまで製造が可能である。
During production (operation) of the composite, the inside of the sealed
The metal is preferably a metal having a relatively low melting point such as aluminum or an alloy thereof, magnesium or an alloy thereof, but is not limited thereto.
The size of the resulting composite can be adjusted by adjusting the flow rate of the molten metal flowing down and the speed of the compressed inert gas blown from the
The size (diameter) of the composite is not particularly limited, and it can be manufactured from several tens of μm to several mm.
また、カーボンナノファイバーの混入量は、混合器24内に供給するカーボンナノファイバーの量を流量計などで計測して、調整することでコントロール可能となる。 もちろん、供給したカーボンナノファイバーの全部が溶融金属に取り込まれるものではなく、相当量がサイクロン32を経て回収されるから、あらかじめ、供給量と取り込まれる量との関係を計測して把握しておくとよい。
Further, the amount of carbon nanofibers mixed can be controlled by measuring and adjusting the amount of carbon nanofibers supplied into the
上記では、カーボンナノファイバーを圧縮不活性ガスと共に、流下する溶融金属の流れの中に吹き付けるようにして粒子化した溶融金属内に取り込むようにしたが、あらかじめカーボンナノファイバーを高周波溶解炉12中に供給して、溶融金属中に混入させ、この溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口14aから流下させるようにしてもよい。したがって、この場合には、圧縮ガス供給パイプ22からは不活性ガスのみを流下する複合物に向けて吹き付けるようにする。このようにすることで、カーボンナノファイバーを確実に溶融金属中に配合できるから、得られる複合体中のカーボンナノファイバーの含量をより正確にコントロールできる。
In the above, the carbon nanofibers are taken together with the compressed inert gas into the molten metal flow so as to be blown into the flowing molten metal flow. It may be supplied and mixed in the molten metal, and the composite of the molten metal and the carbon nanofiber may be caused to flow down from the flow-down
図2、図3は、高周波溶解炉12の他の実施例を示す。図2はその正面図、図3は底面図を示す。
本実施例ではこの高周波溶解炉12を密閉容器で構成し、この高周波溶解炉12の底部中央に流下口14aを設けている(図3)。従って当該高周波溶解炉12は図1に示した貯留槽14と一体の構造体を成している。
そして、流下口14aを取り囲むようにして密閉容器の下部に枠状体40を取付け、この枠状体40の両側に回動軸41を取り付け、この回動軸41を密閉箱体16の壁部に回動自在に軸受けさせて、これにより、図2の矢印で示すように、溶解炉12を鉛直面内で水平軸を挟んで上下に所要の角度で往復回動するようにしている。42はその駆動用のモータである。溶解炉12の回動の際、流下口14aの位置は常に一定となるように、両回動軸41を結ぶ線がこの流下口14aを通るようにする。
2 and 3 show another embodiment of the high-
In this embodiment, the high-
Then, a frame-
本実施例では、上記密閉容器からなる溶解炉12を図1の貯留槽14の位置に配置する。そして、上記と同様に、あらかじめカーボンナノファイバーを高周波溶解炉12中に供給して溶融金属中に混入させ、溶解炉12を上記のように揺動、回動させながら、この溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口14aから流下させるようにするのである。流下口14aは溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物が均一に混合する適切な時間まで圧縮不活性ガス供給パイプ22により閉栓されている。そして所定時間を経過した後、パイプ22を上昇、開栓し同時にノズル23から圧縮不活性ガスを噴出させ、溶融金属とカーボンナノファイバーとの複合物を流下口14aから流下させる。
In the present embodiment, the melting
このように溶解炉12を揺動させて内容物を撹拌することによって、溶融金属中に均一にカーボンナノファイバーを分散させることができるから、より均一にカーボンナノファイバーが混入した複合体を得ることができるのである。特に、溶融金属がアルミニウムの場合には、カーボンナノファイバーと接触していると両者の界面に脆弱な炭化アルミニウムが生成され、複合体となした際のカーボンナノファイバーの強度を低下させるが、常時撹拌することによって炭化アルミニウムの成長が抑制されるので好適である。
溶解炉12は、上記のように鉛直面内で往復揺動させるようにするのが撹拌効果が高くて良好であるが、水平面内で往復回動させるようにしてもよい。あるいは、鉛直面内と水平面内双方で揺動する複合型の揺動機構に構成してもよい。
In this way, by shaking the melting
It is preferable that the melting
図4は製造装置10のさらに他の実施例を示す。図1に示すのと同じ部材は同一の符号で示し、説明を省略する。
本実施例では、上記のような霧吹き法により溶融金属を粒状化するのではなく、いわゆる遠心アトマイズ法により粒状化させる。そのために、アトマイズ室20内の、流下口14a下方に、水平面内で高速で回転する回転円板45を配置する。46はその駆動部であり、支持アーム47によりアトマイズ室20内に支持されている。
回転円板45は、モータボックス48内に配置された駆動モータ49によって回転されるシャフト50に固定され、水平面内で回転される。
FIG. 4 shows still another embodiment of the manufacturing apparatus 10. The same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In this embodiment, the molten metal is not granulated by the spraying method as described above, but is granulated by the so-called centrifugal atomization method. For this purpose, a rotating disk 45 that rotates at high speed in a horizontal plane is disposed below the flow-down
The rotating disk 45 is fixed to a shaft 50 rotated by a drive motor 49 disposed in a motor box 48, and is rotated in a horizontal plane.
本実施例では、不活性ガス雰囲気中で、溶融金属を流下口14aから、該流下口14a下方で水平面内で高速で回転する回転円板45の中心部上に流下させる。これにより、溶融金属は回転円板45の周辺に粒状に飛散する。そして、得られる複合体の大きさは、流下口14aから流下される溶融金属の流量や回転円板45の回転速度を調整することによって調整可能である。回転円板45の回転速度を大きくすることによってより微粒子化が可能となる。
複合体の大きさ(直径)は特に限定されず、数10μmのものから数mmの大きさのものまで製造が可能である。
In this embodiment, in an inert gas atmosphere, the molten metal is caused to flow down from the flow-down
The size (diameter) of the composite is not particularly limited, and it can be manufactured from several tens of μm to several mm.
10 製造装置
12 高周波溶解炉
14 貯留槽
16 密閉箱体
17 排気口
18 給気口
20 アトマイズ室
21 捕集室
22 圧縮不活性ガス供給パイプ
23 ノズル
24 混合器
25 高圧不活性ガスタンク
26 圧力調整器
27 流量調整バルブ
28 貯留タンク
29 高圧不活性ガスタンク
30 圧力調整器
31 流量調整バルブ
32 サイクロン
34 捕集室
45 回転円板
46 駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004158167A JP2005336562A (en) | 2004-05-27 | 2004-05-27 | Composite of metal and carbon nano-fiber, and production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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---|---|
JP2005336562A true JP2005336562A (en) | 2005-12-08 |
Family
ID=35490449
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JP2004158167A Pending JP2005336562A (en) | 2004-05-27 | 2004-05-27 | Composite of metal and carbon nano-fiber, and production method therefor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008095151A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Method for producing hydrogen storage material and hybrid powder |
KR101532898B1 (en) * | 2015-01-13 | 2015-07-02 | 성균관대학교산학협력단 | Method of manufacturing mixed-metal powder by wire explosion in liquids and multi carbon layer coated mixed-metal powder |
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2004
- 2004-05-27 JP JP2004158167A patent/JP2005336562A/en active Pending
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