JP2023075031A - 複合材料、樹脂組成物および当該複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ強度、圧縮強度、摩擦特性や硬度などの機械的物性、導電率、および熱伝導率、熱放散性、吸湿率を改善することができる複合材料、当該複合材料形成用の樹脂組成物、複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の複合材料は、炭素材中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している。【選択図】なし

Description

本発明は、複合材料、樹脂組成物および当該複合材料の製造方法に関する。

近年、グラファイト、グラフェン、酸化グラフェン、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレン、などの炭素材は、特徴的な物性を備えることから、各種分野において新規な機能性材料として開発されている。

特許文献１には、炭素材料と無機物を含み、該炭素材料の少なくとも一部と該無機物の少なくとも一部とが共有結合によって結合している炭素材料含有材料が開示されている。当該文献には、前記無機物が、表面の少なくとも一部が酸化された金属粒子、複合酸化物粒子等の無機酸化物粒子であると記載されている。特許文献１には、この炭素材料含有材料によれば、物性のばらつきが抑制されると記載されている。

特許文献２には、平均粒子径が１．０ｎｍ～１００ｎｍのアルミナ及び／又はベーマイトのナノ粒子が、溶剤または樹脂中に一次粒子として分散した樹脂組成物が開示されている。当該文献には、前記ナノ粒子の表面がポリシロキサンベースの改質剤によって処理されており、これにより前記ナノ粒子が一次粒子として分散することができると記載されている。

特開２０２１－０８８４８０号公報 国際公開第２０１４／１１２４６４号

しかしながら、特許文献１に記載の従来の技術においては、曲げ強度や硬度などの機械的強度、導電率、熱伝導率、吸湿率に改善の余地があった。
また、特許文献２に記載の方法は、ナノ粒子を改質剤で表面処理する必要があることから、表面処理されていないナノ粒子が存在した場合には一次粒子として分散させることができなかった。また、引用文献２には、炭素材中にナノ粒子が一次粒子として分散された複合材料については記載されていない。

本発明者らは、炭素材中における金属または金属酸化物の分散状態により前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下に示すことができる。

［１］ 炭素材中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している、複合材料。
［２］ 前記金属および前記金属酸化物を構成する金属が、銅、金、白金、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イリジウム、銀、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、スズ、鉛、アンチモン、ビスマスおよびテルルからなる群から選ばれた少なくとも１種である、［１］に記載の複合材料。
［３］ 前記炭素材が非晶質である、［１］または［２］に記載の複合材料。
［４］ ラマン分光測定のＲ値が０．５～１．５である、［１］～［３］のいずれかに記載の複合材料。
［５］ 多孔質体である、［１］～［４］のいずれかに記載の複合材料。
［６］ ＢＥＴ比表面積が０．１ｍ^２／ｇ～５００ｍ^２／ｇである、［１］～［５］のいずれかに記載の複合材料。
［７］ 前記金属または前記金属酸化物の含有量が１～９９質量％である、［１］～［６］のいずれかに記載の複合材料。
［８］ 前記金属または前記金属酸化物からなる粒子の一次粒子径が１ｎｍ～１０，０００ｎｍである、［１］～［７］のいずれかに記載の複合材料。
［９］ 前記複合材料の粒子径が１～５０μｍである、［１］～［８］のいずれかに記載の複合材料。
［１０］ 複合材料形成用の樹脂組成物であって、
金属または金属酸化物からなる粒子と、熱硬化性樹脂とを含む、樹脂組成物。
［１１］ 前記熱硬化性樹脂中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している、［１０］に記載の樹脂組成物。
［１２］ 前記金属および前記金属酸化物を構成する金属が、銅、金、白金、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イリジウム、銀、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、スズ、鉛、アンチモン、ビスマスおよびテルルからなる群から選ばれた少なくとも１種である、［１０］または［１１］に記載の樹脂組成物。
［１３］ 前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂を含む、［１０］～［１２］のいずれかに記載の樹脂組成物。
［１４］ 前記フェノール樹脂がレゾール型フェノール樹脂またはヘキサメチレンテトラミンを含むノボラック型フェノール樹脂である、［１３］に記載の樹脂組成物。
［１５］ 前記熱硬化性樹脂の状態がゲル状である、［１０］～［１４］のいずれかに記載の樹脂組成物。
［１６］ ［１０］～［１５］に記載の樹脂組成物を炭化する工程を含む、複合材料の製造方法。
［１７］ 前記炭化工程を複数回繰り返して行われ、複数の前記炭化工程の間に前工程で得られた炭化物を粉砕する工程を少なくとも１回含む、［１６］に記載の複合材料の製造方法。
［１８］ 最終の前記炭化工程における最高炭化温度が４００～１５００℃である、［１７］に記載の複合材料の製造方法。
［１９］ 前記炭化工程の前に、
［１０］～［１５］のいずれかに記載の樹脂組成物を混練りしてゲル化させる工程を含む、［１６］に記載の複合材料の製造方法。

本発明によれば、圧縮強度などの機械的物性、吸湿率を改善することができる複合材料、当該複合材料形成用の樹脂組成物、前記複合材料の製造方法を提供することができる。

図１は実施例１で得られた複合材料表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１００，０００）である。 図２は実施例２で得られた複合材料表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１００，０００）である。 図３は実施例１で得られた複合材料断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１０，０００）である。 図４は実施例１で得られた複合材料断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×５０，０００）である。 図５は比較例１で得られた樹脂組成物を破断して得られた破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×５０，０００）である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、例えば「１～１０」は特に断りがなければ「１以上」から「１０以下」を表す。

本実施形態の複合材料は、炭素材中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している。このような本実施形態の複合材料によれば、曲げ強度、圧縮強度、摩擦特性や硬度などの機械的特性、さらに導電率、および熱伝導率、熱放散性、吸湿率を改善することができる。

［炭素材］
炭素材は、炭素前駆体を炭化処理してなる化合物であって、炭素前駆体としては、例えば石油ピッチ、石炭ピッチ、熱硬化性樹脂などの易黒鉛化材料又は難黒鉛化材料を挙げることができる。

本実施形態においては、炭素材が非晶質であることが好ましい。
これにより炭素材の硬度が高く、靭性にも優れることから、曲げ強度や硬度などの機械的強度により優れる。

本実施形態の非晶質の炭素材を含む複合材料は、ラマン分光測定におけるＲ値が好ましくは０．５～１．５、より好ましくは０．７５～１．２５、さらに好ましくは０．８５～１．１５である。当該範囲にあることにより、上記効果にさらに優れる。

本実施形態の炭素材は細孔が多く、当該炭素材を含む複合材料は多孔質体である。
炭素材は細孔が多いことから比表面積が大きく、導電率や熱伝導率に優れ、熱放散性に優れる。さらに、炭素材の細孔が、金属および金属酸化物が膨張収縮する際のクッションの役割を果たすと考えられ、膨張収縮による応力を緩和することができる。また、炭素材は細孔が多く、吸湿率が高いが、金属および金属酸化物は相対的に吸湿率が低く、細孔または炭素材中に金属および金属酸化物が一次粒子の状態で分散することで、吸湿率を改善することができる。

実施形態の多孔質の炭素材を含む複合材料は、ＢＥＴ比表面積が好ましくは０．１ｍ^２／ｇ～５００ｍ^２／ｇ、より好ましくは０．２ｍ^２／ｇ～１００ｍ^２／ｇ、さらに好ましくは０．５ｍ^２／ｇ～２５ｍ^２／ｇである。当該範囲にあることにより、上記効果にさらに優れる。

ＢＥＴ比表面積は、窒素ガス吸着法にて測定され、ＢＥＴ法に基づいて得られる比表面積である。本実施形態において、ＢＥＴ比表面積を求めるために用いられる窒素吸着法は、予め１００℃で予備乾燥した試料をガラス製のセルに入れ、１５０℃で６時間真空脱気し、７７Ｋの温度にて少量ずつ窒素ガスを導入し、平衡圧と吸着量を測定することにより実施される。

［金属または金属酸化物からなる粒子］
本実施形態において、複合材料に含まれる金属および金属酸化物を構成する金属としては、特に限定されず、本発明の効果を奏する範囲で公知の金属を挙げることができる。

前記金属としては、銅、金、白金、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イリジウム、銀、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、テルル、ゲルマニウムが挙げられ、１種または２種以上を組み合わせて用いることが好ましく、２種以上を組み合わせて用いる場合は合金として用いることが好ましい。

前記金属としては、スズ、アンチモン、ケイ素、銀、亜鉛、鉛、アルミニウム、ゲルマニウムが好ましく、スズ、ケイ素、アルミニウム、ゲルマニウムがより好ましく、ケイ素が特に好ましい。

本実施形態において、前記金属または前記金属酸化物からなる粒子（以下、金属粒子とも記載する）の一次粒子径は、本発明の効果の観点から、好ましくは１ｎｍ～１０，０００ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ～１，０００ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ～１００ｎｍである。
一次粒子径は、ＡＰＳ（Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｉｚｅによって測定することができる。

本実施形態において、複合材料１００質量％中における、前記金属または前記金属酸化物の含有量は、本発明の効果の観点から、好ましくは１～９９質量％、より好ましくは２～５０質量％、さらに好ましくは５～３０質量％、特に好ましくは５～２５質量％であり、炭素材の含有量は好ましくは１～９９質量％、より好ましくは５０～９８質量％、さらに好ましくは７０～９５質量％、特に好ましくは７５～９５質量％である。

本実施形態の複合材料は、粒子状であってもよく、その粒子径が好ましくは１～５０μｍ、より好ましくは２～３０μｍ、さらに好ましくは５～２０μｍである。複合材料の粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定される。

本実施形態の粒子状の複合材料は、当該粒子径の炭素材中に、ナノオーダーの金属粒子が一次粒子の状態で分散している。このような粒子状の複合材料を用いることにより無機材料や樹脂等の有機材料と複合化する際のハンドリング性や生産性に優れる。

＜樹脂組成物およびその製造方法＞
本実施形態の複合材料は、前記金属粒子と、炭素前駆体とを含む、樹脂組成物から得られる。
炭素前駆体としては、例えば石油ピッチ、石炭ピッチ、熱硬化性樹脂などの易黒鉛化材料又は難黒鉛化材料を挙げることができ、熱硬化性樹脂が好ましい。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性ポリイミドまたはポリアクリロニトリル等を挙げることができ、１種または２種以上を混合して用いることができる。

本実施形態においては、本発明の効果の観点から、フェノール樹脂を用いることがより好ましく、レゾール型フェノール樹脂またはヘキサメチレンテトラミンを含むノボラック型フェノール樹脂であることがより好ましい。

本実施形態の樹脂組成物は、さらにその他の成分として天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、カーボンブラック、カーボンファイバー、カーボンチューブ等を含むことができる。これらの導電材を添加すると複合材料の導電性をより向上させることができ好ましい。

本実施形態において、樹脂組成物１００質量％中における、前記金属粒子の含有量は、好ましくは１～９９質量％、より好ましくは５～５０質量％、さらに好ましくは１０～３０質量％であり、熱硬化性樹脂の含有量は好ましくは１～９９質量％、より好ましくは５０～９５質量％、さらに好ましくは７０～９０質量％である。

本実施形態の樹脂組成物は、前記複合体中に前記金属粒子が一次粒子で分散している状態を維持するために、前記熱硬化性樹脂中に前記金属粒子が一次粒子の状態で分散していることが好ましい。また、前記金属粒子が一次粒子の状態で炭素を含む複合材料として分散状態を維持するためには、前記熱硬化性樹脂の状態がゲル状であることがより好ましい。これにより炭化工程の昇温過程などで樹脂組成物の融解が起こらず、故に樹脂組成物中の金属粒子が一次粒子の状態で分散した状態を保持したまま炭化し、金属粒子が凝集することを抑制し、炭素材中に前記金属粒子が一次粒子で分散した状態の複合材料が得られる。また、樹脂組成物を添加材などとして用いた際にも、同様に成型時あるいは高温に曝されても樹脂組成物の融解が起こらず、樹脂組成物中に金属粒子が一次粒子で分散した状態を高温下、あるいは長期間保持することができる。ゲル状の前記熱硬化性樹脂とは、熱硬化性樹脂のＢステージの状態からＣステージの状態を含み、溶剤に樹脂組成物を溶解した際に不溶解物が生じる状態もしくは加熱しても軟化や膨張はするが完全には溶融や溶解しない状態から最終的に硬化した状態までを含む。

本実施形態において、混合する方法は、ニーダー、混錬機、ロール等の機械式混錬機が好ましい。前記機械式混練機で、前記金属粒子と前記熱硬化性樹脂とを混合し、必要に応じて混錬機を加温し、前記熱硬化性樹脂を硬化させ、ゲル状に至らしめることが好ましく、機械式混錬機と同様に混合を継続した状態でゲル化させる機能を有する装置であれば用いることができる。また、あらかじめ予備混合してもよく、予備混合する方法に特に制限はなく、ホモディスパー、ホモジナイザー等の撹拌機による溶融又は溶液混合；遠心粉砕機、自由ミル、ジェットミル等の粉砕機による粉砕混合；乳鉢、乳棒による混練混合；等を採用することができる。混合する順序にも特に制限はない。溶媒を用いて、前記金属粒子と、前記熱硬化性樹脂とを混合し、スラリー状混合物としてもよく、前記金属粒子と前記熱硬化性樹脂とを混合し、前記熱硬化性樹脂を硬化させ、ゲル状にしてもよい。また、上記スラリーにおいて、前記熱硬化性樹脂が液状であれば、溶媒を使用しなくても良い。

本実施形態においては、上記の方法により、熱硬化性樹脂中に前記金属粒子を一次粒子の状態で分散させることが好ましく、ゲル状の熱硬化性樹脂中に分散状態を維持することがより好ましい。

例えば、ラボプラストミル等で前記熱硬化性樹脂と前記金属粒子とを混錬して、前記金属粒子を樹脂中に一次粒子で分散させる。混練を継続し、混錬する際に発生する熱（１１０～１２０℃程度）で前記熱硬化性樹脂の硬化反応を進行させ、樹脂中に前記金属粒子が一次粒子で分散した状態でゲル状の樹脂組成物とすることで、一次粒子で分散した状態が維持される。これにより炭化時にも凝集が抑制され、炭化物（複合材料）としたときにも、前記金属粒子が一次粒子で分散した状態を保つことができる。

なお、混錬する際に加熱することもでき、加熱温度は５０～１５０℃程度である。特に、低温で混練を開始し、機械的せん断力で徐々に樹脂温度を高めていくことにより均一に一次粒子で分散した状態が維持されるため、好ましい。

＜複合材料の製造方法＞
本実施形態の複合材料の製造方法は、前記樹脂組成物を炭化する工程を含む。
この炭化工程により、前記炭素前駆体が炭素材に転化し、当該炭素材中に前記金属粒子を一次粒子の状態で分散する。

前記炭化処理の装置としては、特に限定されるものではないが、ロータリーキルン、縦型シャフトキルン、バッチ式加熱炉、ローラーハースキルン、噴霧熱分解装置、スプレードライのいずれか、あるいはそれらを組み合わせた装置を用いることができる。

炭化工程の加熱温度は、好ましくは４００～１５００℃、より好ましくは６００～１３００℃の範囲内で適宜設定すればよい。また、炭化処理は、アルゴン、窒素、二酸化炭素等の還元雰囲気において実施すればよい。

本実施形態においては、前記炭化工程を複数回繰り返して行うことが好ましく、これにより、得られる樹脂炭素材の物性を制御することができる。さらに、複数回の炭化工程の間に前工程で得られた炭化物を粉砕する工程を少なくとも１回含むことが好ましい。
さらに、最終の炭化工程における最高炭化温度が４００～１５００℃であることが好ましく、より好ましくは６００～１３００℃である。

例えば、炭化処理を２回に分けて実施する場合、１５０～７００℃の温度で一次炭化した後、さらにその炭素材を８００℃以上の温度で処理（二次炭化）することができる。

［用途］
本実施形態の複合材料は、曲げ強度、圧縮強度、摩擦特性や硬度などの機械的物性、導電率、および熱伝導率、熱放散性、吸湿率に優れ、これらの特性が要求される様々な用途に用いることができる。さらに、本実施形態の複合材料を添加剤として用いることもできる。利用が想定される用途としては、無機材料や樹脂等の有機材料への導電助剤、帯電防止剤、強度付与剤、摩擦低減剤、熱伝導性付与剤、熱放散剤等が挙げられる。

本実施形態の樹脂組成物は、成型品などの機械部品、放熱材などの電子部品等を得るための成形材料等に用いることができる。本実施形態の複合材料は、成型品などの機械部品、放熱材などの電子部品等に用いることができる。

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の様々な構成を採用することができる。

以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
（樹脂組成物の作製）
東洋精機製ラボプラストミルの混練部を７０℃にあらかじめ加熱し、５０ｒｐｍで撹拌した状態でレゾール型フェノール樹脂ＰＲ－５１７２３（住友ベークライト社製）２０部を加え、均一に溶融するまで混錬した後、５０ｎｍ以下のケイ素粉末（Ａｌｆａ Ａｅｓａｒ製、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ, ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ, ＡＰＳ ｜＜５０ｎｍ、 ９８％， Ｌａｓｅｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｆｒｏｍ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ）を２．８部加え混練を続け、混錬に伴う発熱で樹脂温度が約１２０℃まで昇温し、樹脂組成物がゲル状となった後、温度が低下したことを確認し、粉末状となった樹脂組成物を取り出した。
（複合材料の作製）
得られた樹脂組成物を窒素雰囲気下にて室温から１００℃／時間の昇温速度にて昇温し、５５０℃に到達後、焼成状態を１．５時間保持して炭化処理を行った（第一焼成工程）。その後に、得られた樹脂組成物を１５０００ｒｐｍで株式会社静岡プラント製のサイクロンミルにて粉砕工程を実施し、炭素材前駆体を得た。
上記炭素材前駆体を、窒素雰囲気下にて室温から１００℃／時間の昇温速度にて焼成し１０００℃に到達後、焼成状態を６時間保持して炭化処理を行った（第二焼成工程）。これにより得られた炭素材を、実施例１複合材料とした。
図１に、実施例１で得られた複合材料表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１００，０００）を示し、図３に複合材料断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１０，０００）を示し、図４に複合材料断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×５０，０００）を示した。図に示すように、ケイ素粉末が炭素材中に一次粒子の状態で分散していることが確認された。

［実施例２］
第二焼成工程の温度を１１００℃とした以外は実施例１と同様の原料および同様の方法で樹脂組成物、複合材料を得た。以上のとおり得られた複合材料を実施例２複合材料とした。図２に、実施例２で得られた複合材料表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×１００，０００）を示した。に示すように、ケイ素粉末が炭素材中に一次粒子の状態で分散していることが確認された。

［比較例１］
株式会社シンキー社製自転公転ミキサーＡＲＶ－３１０の混合用プラスチック容器に液状レゾール型フェノール樹脂（ＰＲ－５１２８３、樹脂固形分５９％）５部、ケイ素粉末０．０３部を入れ、２０００ｒｐｍで５分間混合し、さらに２回混合を繰り返し行った。得られた樹脂組成物を１３５℃の乾燥機で１時間、１５０℃の乾燥機で１時間乾燥、硬化し、比較例１の樹脂組成物とした。図５に、比較例１で得られた樹脂組成物を破断して得られた破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（×５０，０００）を示した。図５に示すように、ケイ素粉末が樹脂組成物中で凝集していることが確認された。

[比較例２]
レゾール型フェノール樹脂ＰＲ－５１７２３（住友ベークライト社製）を１３５℃で1時間、さらに１５０℃で1時間乾燥、硬化した後、得られた樹脂硬化物を窒素雰囲気下にて室温から１００℃／時間の昇温速度にて昇温し、５５０℃に到達後、焼成状態を１．５時間保持して炭化処理を行った（第一焼成工程）。その後に、１５０００ｒｐｍで株式会社静岡プラント製のサイクロンミルで粉砕工程を実施し、炭素材前駆体を得た。
上記炭素材前駆体を、窒素雰囲気下にて室温から１００℃／時間の昇温速度にて焼成し１０００℃に到達後、焼成状態を６時間保持して炭化処理を行った（第二焼成工程）。これにより得られた炭素材を、比較例２炭素材料とした。

[比較例３]
第二焼成工程の温度を１１００℃とした以外は比較例２と同様の原料および同様の方法で樹脂硬化物、炭素材前駆体、炭素材料を得た。

[シリコン含有量]
熱重量示差熱分析装置（ＴＧ－ＤＴＡ）で大気中で測定された２００℃における重量減少は吸湿によるものであり、８００℃における重量減少は有機物の燃焼伴うものであり、残渣はケイ素粉末によるものである。このため、Ｓｉ含有量を（１００‐８００℃における重量減少）／（１００－２００℃における重量減少）×１００より算出した。表1に結果を示す。

［ラマン分光測定］
レニショー（株）製のｉｎＶｉａラマンマイクロスコープを用い、倍率２０倍で、波長５３２ｎｍのレーザーで取込時間５秒、積算回数４回で、任意の１６点を測定し最小、最大値を除外してＤバンドとＧバンドをピークフィッティングによりピーク強度を算出し、ピーク強度比の平均値を算出した。
実施例１、２、比較例２、３で得られた複合材料のラマン測定におけるＲ値は表１のようになった。実施例１、２、比較例２、３で得られた複合材料のラマン測定におけるＲ値それぞれ０．９５、０．９３、０．９７、０．９５であり、いずれも非晶質炭素であることを示している。

［粒子の圧縮試験］
実施例１、２、比較例２、３の複合材料、炭素材料を用いて株式会社島津製作所製微小圧縮試験機ＭＣＴ－５１０にて圧子に５０μｍ径の平面圧子を用いて、負荷速度３．８７３６ｍＮ／ｓｅｃの条件で測定し、変位０．５μmにおける強度を３回測定し、その平均値を求めた。その結果を表１に示す。実施例１、２が９４、１４７ＭＰａに対して、比較例２、３は６５、８１ＭＰａであった。このように実施例にしたがって作成した複合材料は所定の変位量に対する強度の変化が高くなることが確認できた。

[吸湿試験]
実施例１、２で得られた複合材料並びに比較例２、３で得られた炭素材料を２５℃、９０％の高温恒湿槽で８時間保持した後、一晩大気中に放置し、窒素気流中で昇温速度１０℃／分で室温から昇温してTG-DTA測定を行い、重量減少を測定した。２００℃における重量減少を吸湿量として、吸湿試験を行った。その結果、表１に示したように実施例１、２は５．０％、６．１％に対して、比較例２、３は８．１％、８．９％であり、いずれの複合材料も吸湿試験後、重量増加しており、水分子を取り込むことが可能な微細な細孔が存在する多孔質体であることを示している。また、実施例１、２では比較例２、３よりも吸湿量が抑えられることが確認できた。

表１に示すように、本発明によれば炭素材中に金属粒子が一次粒子の状態で分散した複合材料が得られ、強度等の機械的物性や吸湿率などの物理特性の改善された炭素材が得られることが確認できた。

Claims (19)

1. 炭素材中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している、複合材料。
2. 前記金属および前記金属酸化物を構成する金属が、銅、金、白金、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イリジウム、銀、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、スズ、鉛、アンチモン、ビスマスおよびテルルからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１に記載の複合材料。
3. 前記炭素材が非晶質である、請求項１または２に記載の複合材料。
4. ラマン分光測定のＲ値が０．５～１．５である、請求項１または２に記載の複合材料。
5. 多孔質体である、請求項１または２に記載の複合材料。
6. ＢＥＴ比表面積が０．１ｍ^２／ｇ～５００ｍ^２／ｇである、請求項１または２に記載の複合材料。
7. 前記金属または前記金属酸化物の含有量が１～９９質量％である、請求項１または２に記載の複合材料。
8. 前記金属または前記金属酸化物からなる粒子の一次粒子径が１ｎｍ～１０，０００ｎｍである、請求項１または２に記載の複合材料。
9. 前記複合材料の粒子径が１～５０μｍである、請求項１または２に記載の複合材料。
10. 複合材料形成用の樹脂組成物であって、
    金属または金属酸化物からなる粒子と、熱硬化性樹脂とを含む、樹脂組成物。
11. 前記熱硬化性樹脂中に、金属または金属酸化物からなる粒子が一次粒子の状態で分散している、請求項１０に記載の樹脂組成物。
12. 前記金属および前記金属酸化物を構成する金属が、銅、金、白金、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、クロム、モリブデン、タングステン、パラジウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、イリジウム、銀、カドミウム、水銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、ケイ素、スズ、鉛、アンチモン、ビスマスおよびテルルからなる群から選ばれた少なくとも１種である、請求項１０に記載の樹脂組成物。
13. 前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂を含む、請求項１０に記載の樹脂組成物。
14. 前記フェノール樹脂がレゾール型フェノール樹脂またはヘキサメチレンテトラミンを含むノボラック型フェノール樹脂である、請求項１３に記載の樹脂組成物。
15. 前記熱硬化性樹脂の状態がゲル状である、請求項１０に記載の樹脂組成物。
16. 請求項１０～１５に記載の樹脂組成物を炭化する工程を含む、複合材料の製造方法。
17. 前記炭化工程を複数回繰り返して行われ、複数の前記炭化工程の間に前工程で得られた炭化物を粉砕する工程を少なくとも１回含む、請求項１６に記載の複合材料の製造方法。
18. 最終の前記炭化工程における最高炭化温度が４００～１５００℃である、請求項１７に記載の複合材料の製造方法。
19. 前記炭化工程の前に、
    請求項１０～１５のいずれかに記載の樹脂組成物を混練りしてゲル化させる工程を含む、請求項１６に記載の複合材料の製造方法。

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