JP6165499B2 - 多孔質チタン薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)基材上に、水素化チタン粉末または脱水素チタン粉末を含むチタン原料、バインダー成分、溶剤成分を含むペースト状組成物を塗工・成膜後、溶剤成分を揮発させる乾燥させ乾燥成形体を得る成形体製造工程
(b)乾燥成形体を基材から剥離する剥離工程
(c)剥離した乾燥成形体を加熱し、バインダー成分を除去する脱バインダー工程
(d)脱バインダー後の乾燥成形体を700℃〜1100℃にて焼結し、多孔質チタン薄膜を得る、1回のみの焼結工程
本発明の製造方法のペースト状組成物は、水素化チタン粉末(TiH2粉末)または脱水素チタン粉末を含むチタン原料、バインダー成分と溶剤成分を含む。
得られた乾燥成形体から基材を剥離するには、乾燥成形体が破損または変形しない範囲で適宜の方法を採用できるが、例えば、基材と乾燥成形体の間に、圧縮空気を吹き付けるまたは鋭利なナイフ状の材料を差し込むことで、乾燥成形体から基材を一部剥離し、剥離した部分を機械的につまんで基材全体を引き離す方法が挙げられる。
セッター上に載置した乾燥成形体は、焼結する前に、焼結温度より低温で加熱することで、乾燥成形体中のバインダー成分を分解、蒸発または燃焼によって除去する(脱バインダー工程)。上記加熱は、真空下、減圧下、不活性ガス雰囲気または酸化性雰囲気での加熱を行なうことにより、工程で酸化されることなく、靭性の高いチタン多孔体薄膜を得ることができる。不活性ガス雰囲気としては、アルゴン、ヘリウム等が挙げられ、酸化性雰囲気としては、大気、酸素、酸素富化大気等が挙げられる。特に、酸化性雰囲気での加熱の場合は、炭素含有量の低いチタン多孔体薄膜を得ることができるので好ましく、大気雰囲気での処理は、経費が安いとの理由で、特に好ましい。不活性ガス雰囲気及び酸化性雰囲気の場合、加圧下、減圧下、ガス流速のある状態のいずれであっても良い。
焼結工程は、本焼成工程からなり、好ましくは本焼成工程の前に水素化チタンから脱水素反応により水素ガスを除去する脱水素工程を含むものである。脱水素工程は、金属チタン粉末及び水素化チタン粉末の混合物中の水素化チタン粉末の割合が、質量比で10%以下のときは省略してもよい。
本発明の製造方法により、靱性が高く、可撓性の高い多孔質チタン薄膜を得ることができる。これは、焼結性の高い水素化チタン粉の微細粉を原料として用いていること、脱水素工程と本焼成工程を一連の工程で行なうため、脱水素工程で水素化チタン粉から活性の高い表面を有する純チタンができ、これが大気に曝されることなく(表面が酸化されることなく)、そのまま本焼成工程により焼結するためと考えられる。
空隙率(%)=(1−W/Aρ)×100=(A−W/ρ)/A×100
(最大粒径、平均粒径の測定方法)
最大粒径、平均粒径(体積積算粒度分布における積算粒度で50%の粒径)は、レーザー回折式粒度分布測定装置(ベックマン・コールター社製LA−300)を用い、フローセルに測定試料を投入して測定した。
マイクロメータで、得られた多孔質チタン薄膜(長方形)を3方向に等間隔で3箇所、合計9箇所の厚さを測定し、その平均値を求めた。3方向とは、多孔質チタン薄膜の中央部、上辺部、下辺部である。
空隙率は、前記厚さと多孔質チタン薄膜(長方形)の大きさから計算した体積(A)と、測定試料の質量(W)と、チタンの真密度(4.506g/cm3)から下式により算出した。
空隙率(%)=(A−W/4.506)/A×100
測定試料の大きさは、ノギスで測定し求めた。
(焼結後のクラック)
得られた多孔質チタン薄膜のクラック等の発生の有無について、目視により確認した。
得られた多孔質チタン薄膜を360°に折り返した際のクラックの発生を目視により確認し、可撓性の評価を行なった。クラックが発生しなかったものを「良好」、クラックが発生したものを「不良」とした。
水素化チタン粉末、チタン粉末、チタン多孔体の酸素含有量、炭素含有量は、それぞれ不活性ガス溶融―赤外線吸収法、燃焼―赤外線吸収法で測定した。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉に、ポリビニルブチラール、イソプロピルアルコールを混合し、粘度が1200mPa・Sになるよう調整し、ペースト状組成物を作製した。このペースト状組成物を、スロットダイヘッド式コーティングマシーンでPETシートにコーティングし、成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、成形体厚みが30μmになるように調整した。また、成形体は150℃で乾燥処理を行い、成形体に含まれるイソプロピルアルコールは完全に除去し、乾燥成形体を得た。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉末と、最大粒径18μm、平均粒径12μm、酸素含有量0.28%、炭素含有量0.004%のTi粉末を、質量比で50%/50%の割合で混合し、実施例1と同じ手順で、ペースト状組成物を作製した。このペースト状組成物を用いて、実施例1と同じ設備でPETシートにコーティングし、乾燥成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、乾燥成形体厚みが35μmになるように調整した。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉末と、最大粒径18μm、平均粒径12μm、酸素含有量0.28%、炭素含有量0.004%のTi粉末を、質量比で10%/90%の割合で混合し、実施例1と同じ手順でペースト状組成物を作製した。このスラリー状組成物を用いて、実施例1と同じ設備でPETシートにコーティングし、乾燥成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、乾燥成形体厚みが40μmになるように調整した。
実施例1のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例1と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例2のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例2と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例3のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例3と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例1のBN板に変え、アルミナ板とした以外は、実施例1と全く同じ条件で、多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例1のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例1と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例1のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例1と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例2のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例2と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例2のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例2と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例3のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例3と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例3のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例3と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉に、ポリビニルブチラール、イソプロピルアルコールを混合し、粘度が1200mPa・Sになるよう調整し、ペースト状組成物を作製した。このペースト状組成物を、スロットダイヘッド式コーティングマシーンでPETシートにコーティングし、成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、成形体厚みが30μmになるように調整した。また、成形体は150℃で乾燥処理を行い、成形体に含まれるイソプロピルアルコールは完全に除去し、乾燥成形体を得た。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉末と、最大粒径18μm、平均粒径12μm、酸素含有量0.28%、炭素含有量0.004%のTi粉末を、質量比で50%/50%の割合で混合し、実施例14と同じ手順で、ペースト状組成物を作製した。このペースト状組成物を用いて、実施例14と同じ設備でPETシートにコーティングし、乾燥成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、乾燥成形体厚みが35μmになるように調整した。
最大粒径が8μm、平均粒径が5μm、酸素含有量0.22%、炭素含有量0.004%のTiH2粉末と、最大粒径18μm、平均粒径12μm、酸素含有量0.28%、炭素含有量0.004%のTi粉末を、質量比で10%/90%の割合で混合し、実施例14と同じ手順でペースト状組成物を作製した。このスラリー状組成物を用いて、実施例14と同じ設備でPETシートにコーティングし、乾燥成形体を作製した。このとき、ペーストの吐出量とPETの走行速度を調整して、乾燥成形体厚みが40μmになるように調整した。
実施例14のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例14と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例15のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例15と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例16のPETシートから剥した乾燥成形体の本焼成工程の焼成温度を、700℃、900℃、1000℃、1100℃の各温度とした以外は、実施例16と全く同じ手順で多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例14のBN板に変え、アルミナ板とした以外は、実施例14と全く同じ条件で、多孔質チタン薄膜を製造した。
実施例14のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例14と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例14のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例14と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例15のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例15と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例15のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例15と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例16のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、250℃、4時間とした以外は、実施例16と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
実施例16のPETシートから剥した乾燥成形体の脱バインダー工程の昇温速度、保持温度、保持時間を5℃/min、345℃、1.5時間とした以外は、実施例16と同様に多孔質チタン薄膜を得た。
Claims (9)
- 以下の(a)、(b)、(c)、(d)の工程を含み、焼結後の圧密化工程を含まないプロセスにより、厚さ40μm以下、空隙率1〜65%の多孔質チタン薄膜を製造することを特徴とする多孔質チタン薄膜の製造方法。
(a)基材上に、水素化チタン粉末または脱水素チタン粉末を含むチタン原料、バインダー成分、溶剤成分を含むペースト状組成物を塗工・成膜後、溶剤成分を揮発させる乾燥させ乾燥成形体を得る成形体製造工程
(b)乾燥成形体を基材から剥離する剥離工程
(c)剥離した乾燥成形体を加熱し、バインダー成分を除去する脱バインダー工程
(d)脱バインダー後の乾燥成形体を700℃〜1100℃にて焼結し、多孔質チタン薄膜を得る、一回のみの焼結工程 - 前記脱バインダー工程の加熱温度が、150℃以上450℃未満であることを特徴とする請求項1に記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 前記脱バインダー工程の加熱雰囲気が、酸化性雰囲気とすることを特徴とする請求項1に記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 前記チタン原料が金属チタン粉末及び水素化チタン粉末の混合物であり、水素化チタン粉末の割合が金属チタン粉末及び水素化チタン粉末の混合物に対し質量比で0.1〜100%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 前記金属チタン粉末が、鉄、酸素、等の不可避的に含有される元素を日本工業規格1種、2種、3種、4種の範囲で含有している工業用純チタン粉末であることを特徴とする請求項4に記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 前記基材が、PETであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 前記焼結工程において、真空中で水素化チタンから水素が乖離する温度に加熱し、水素化チタンに含まれる水素を分離する工程を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 水素化チタンに含まれる水素を分離する工程の加熱温度が400〜600℃であることを特徴とする請求項7に記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
- 焼結工程において、乾燥成形体をチタンと反応しない材質のセッターの上に載置することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の多孔質チタン薄膜の製造方法。
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