KR20070107778A - 다기능재의 제조 방법 - Google Patents

다기능재의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070107778A
KR20070107778A KR1020077021750A KR20077021750A KR20070107778A KR 20070107778 A KR20070107778 A KR 20070107778A KR 1020077021750 A KR1020077021750 A KR 1020077021750A KR 20077021750 A KR20077021750 A KR 20077021750A KR 20070107778 A KR20070107778 A KR 20070107778A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
titanium
oxide
titanium alloy
layer
substrate
Prior art date
Application number
KR1020077021750A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100954176B1 (ko
Inventor
마사히로 후루야
Original Assignee
자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼 filed Critical 자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼
Publication of KR20070107778A publication Critical patent/KR20070107778A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100954176B1 publication Critical patent/KR100954176B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/14—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of germanium, tin or lead
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/847—Vanadium, niobium or tantalum or polonium
    • B01J23/8472—Vanadium
    • B01J35/30—
    • B01J35/39—
    • B01J35/60—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/349—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of flames, plasmas or lasers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/80—After-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y10T428/252—Glass or ceramic [i.e., fired or glazed clay, cement, etc.] [porcelain, quartz, etc.]

Abstract

높은 광촉매 활성을 나타내고, VOC라도 바로 흡수할 수 있고, 높은 코팅 경도를 가지며, 우수한 내열성, 내부식성, 내박리성 및 내마모성을 나타내는 다기능재를 제조하는 방법이 제공되었다. 방법은 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판을 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 연소 불꽃을 기판의 표면에 직접 적용하여 열 처리하거나, 또는 기판의 표면을 산소 함유 기체 분위기에서 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 열처리하여, 표면층의 내부에 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제공하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 표면층과 평행하게 절단하고, 기판 및 기판의 적어도 일부에서 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 및 박막, 그위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출 및 돌출부상에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 수득하고, 여기에서, 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막상에서 노출되는 것을 포함한다.

Description

다기능재의 제조 방법{Process for producing multifunctional material}
본 발명은 다기능재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 휘발성 유기 화합물 (VOC)이더라도 바로 흡수할 수 있는 다기능재를 제조하는 방법에 관한 것이고, 이는 넓은 표면적을 가지며, 따라서 높은 광촉매 활성을 나타내고, 높은 코팅 경도를 가지고, 우수한 내열성, 내부식성, 내박리성, 및 내마모성을 나타낸다.
지금까지, 이산화 티탄 (TiO2) (본 명세서 및 첨부된 청구항에서 간단하게 티탄 산화물로 나타냄)은 광촉매 기능을 나타내는 물질로 알려져 왔다. 1970년대부터, 금속성 티탄 표면에 티탄 산화물 막을 형성하려는 시도가 있었다. 알려져 있는 티탄 산화물 막 형성 방법은 티탄 산화물 막이 양극산화 (anodization)를 통해 금속성 티탄의 표면에 형성되는 방법; 티탄 산화물 막이 산소가 공급되는 전기 로 (furnace)에서 금속성 티탄 시트의 표면에 열적으로 형성되는 방법; 및 금속성 티탄 시트가 도시 가스의 연소 불꽃에서 1,100 - 1,400℃로 가열되고, 그렇게 하여 금속성 티탄 시트의 표면에 티탄 산화물 막을 형성하는 방법 (비특허 문헌 1 참조)을 포함한다.
그의 광촉매 기능에 의해 방취, 항균, 방담, 또는 방오 효과를 나타내는 광촉매 제품을 제조하기 위해, 기판을 분무 코팅, 스핀 코팅, 딥핑 (dipping), 또는 유사한 기술을 통해 티탄 산화물 졸 (sol)로 코팅하고, 그렇게 막을 형성한다 (예를 들어, 특허 문헌 1 - 3 참조). 그러나, 형성된 코팅 막은 박리 또는 마모를 겪기 쉽고, 따라서 이렇게 제조된 제품은 장기간에 걸쳐 사용하기 어렵다. 한편, 스퍼터링 (sputtering)으로 광촉매 코팅을 형성하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허 문헌 4 - 5 참조).
또한 알려져 있듯이, 임의의 방법 (예: CVD 또는 PVD)으로 제조된 결정 핵이 무기 또는 유기 금속 화합물을 함유한 졸에 놓여졌을 때, 그로 인해 결정 핵으로부터 티탄 산화물 결정이 성장하거나, 또는 졸이 결정 핵으로 적용되고, 그 후 고체화 및 열 처리로, 결정 핵으로부터 티탄 산화물 결정이 성장하고, 이렇게 성장한 티탄 산화물 결정은 주상형을 나타내고, 높은 광촉매 활성을 나타낸다 (예를 들어, 특허 문헌 6 - 8 참조). 그러나, 이러한 경우, 주상형 결정은 오로지 종자 결정으로부터 단, 기판상에서 성장하고, 따라서 그렇게 성장한 주상형 결정은 기판에 대해 불충분한 결합력을 나타낸다. 따라서, 그렇게 제조한 광촉매는 내구성 (예: 내마모성)의 관점에서 보면 반드시 만족스럽지는 않다.
특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개 번호 09-241038호
특허 문헌 2: 일본 특허 출원 공개 번호 09-262481호
특허 문헌 3: 일본 특허 출원 공개 번호 10-053437호
특허 문헌 4: 일본 특허 출원 공개 번호 11-012720호
특허 문헌 5: 일본 특허 출원 공개 번호 2001-205105호
특허 문헌 6: 일본 특허 출원 공개 번호 2002-253975호
특허 문헌 7: 일본 특허 출원 공개 번호 2002-370027호
특허 문헌 8: 일본 특허 출원 공개 번호 2002-370034호
비특허 문헌 1: A. Fujishima, et al., J. Electrochem. Soc. Vol. 122, No. 11, pp. 1487-1489, November 1975.
발명의 개시
본 발명에 의해 해결되어야 할 문제점
본 발명의 목적은 높은 광촉매 활성을 나타내는 다기능재를 제조하는 방법을 제공하는 것이고, 이는 VOC라도 바로 흡수할 수 있고, 높은 코팅 경도를 가지며, 우수한 내열성, 내부식성, 내박리성, 및 내마모성을 나타낸다.
문제를 해결하는 수단
상기 언급된 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 광범위한 연구를 수행하였다. 결과적으로 본 발명자들은 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판이 임의의 원하는 연료의 연소 불꽃을 적용하여 특정한 조건하에서 기판의 표면이 열적으로 처리되거나, 또는 기판의 표면이 특정한 조건 하에서 산소 함유 기체 분위기에서 열적으로 처리될 때, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 포레스트 마이크로컬럼 층 (layer with forest microcolums) (이후, 이러한 층은 "포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층"으로 나타냄)은 표면층의 내부에 제공되고; 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 표면층과 평행으로 절단될 때, 기판 및 적어도 기판의 일부가 노출된 티탄 산화물, 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로 컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질, 및 박막, 그 위에 제공된 수많은 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부위에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질이 제조되고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막에서 노출되며; 그렇게 제조된 물질은 다기능재로 유용하다. 본 발명은 이들 발견에 기초하여 수행되었다.
따라서, 본 발명은 다기능재 물질을 제조하는 방법을 제공하고, 그 방법은 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판을 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 증가하도록 연소 불꽃을 직접적으로 기판의 표면에 적용함으로서 열처리하거나, 또는 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 증가하도록 산소 함유 기체 분위기에서 기판의 표면을 열처리하여, 표면층의 내부에서, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제공하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 예를 들어, 열 응력, 전단 응력, 또는 장력의 적용을 통해 표면층과 평행으로 절단되어, 기판 및 적어도 기판의 일부가 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질, 및 박막, 그 위에 제공된 수많은 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부 위에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질 을 수득하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막에서 노출되는 것을 포함하는 것이 특징이다.
본 발명은 또한, 다기능재 물질을 제조하는 방법을 제공하고, 그 방법은 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판을 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 증가하도록 연소 불꽃을 직접적으로 기판의 표면에 적용함으로서 열처리하거나, 또는 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 증가하도록 산소 함유 기체 분위기에서 기판의 표면을 열처리하여, 표면층의 내부에서, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제공하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 기판의 표면과 후면 사이의 온도 차이로 인한 열 응력의 적용을 통해, 표면층과 평행으로 절단되어, 기판 및 적어도 기판의 일부가 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질, 및 박막, 그 위에 제공된 수많은 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부 위에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 수득하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막에서 노출되는 것을 포함하는 것이 특징이다.
발명의 효과
본 발명의 제조 방법은 하기의 다기능재를 제조한다: 기판 및 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 (기판의 적어도 일부에서 노출된 마이크로컬럼); 다수의 연속적인 소폭 돌출부가 그 위에 제공되고, 돌출부상에 포레스트 마이크로컬럼이 형성된, 박막을 포함하는 물질, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막위에서 노출된다. 이들 물질은 각각 높은 광촉매 활성을 나타내고, 심지어 VOC라도 바로 흡수하며, 높은 코팅 경도를 가지고, 우수한 내열성, 내부식성, 내박리성, 및 내마모성을 나타낸다.
[도 1]
도 1은 실시예 1에서 수득한 다기능재의 마이크로그래프이다.
[도 2]
도 2는 포레스트 마이크로컬럼이 노출된 티탄 산화물로 형성된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부를 그 위에 가진 박막 표면의 반대쪽에서 바라본 부서진 물질 3의 박막의 표면 상태를 보여주는 마이크로 그래프이다.
[도 3]
도 3은 박막이 마이크로컬럼이 노출된, 티탄 산화물로 형성된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부를 그 위에 가진 쪽에서 바라본 부서진 물질 3의 표면 상태를 보여주는 마이크로 그래프이다.
[도 4]
도 4는 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 2의 상태를 나타내는 마이크로그래프이다.
[도 5]
도 5는 포레스트 마이크로컬럼이 제거되고 형성된 층 2에서 티탄 시트 표면의 상태를 나타내는 마이크로그래프이다.
[도 6]
도 6은 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (실시예 5에서 수득한 물질로 구성된 층)의 상태를 나타내는 마이크로그래프이고, 여기에서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 티탄 시트 표면의 주요 부분에서 노출된다.
[도 7]
도 7은 시험 실시예 4 (방오 시험)에서 수득된 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 8]
도 8은 시험 실시예 5에서 수득된 결과를 나타내는 그래프이다 (결정 구조 및 결합 특성).
[도 9]
도 9는 실시예 8에서 120 초 동안 가열된 시험 단편 (piece)을 나타내는 SEM 마이크로그래프이다.
[도 10]
도 10은 실시예 8에서 180 초 동안 가열된 시험 단편을 나타내는 SEM 마이크로그래프이다.
[도 11]
도 11은 실시예 8에서 480 초 동안 가열된 시험 단편을 나타내는 SEM 마이크 로그래프이다.
발명을 수행하기 위한 최선의 방식
적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 본 발명의 제조 방법에서 사용된 기판은 전적으로 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성될 수 있다. 택일적으로, 기판은 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 구성된 상부-표면 형성 층 및 이러한 티탄 물질을 제외한 물질로 형성된 베이스를 포함한다. 광촉매 활성을 나타내는 최종 제품을 제공하는 기판의 형태에 부과되는 특별한 제한은 없으며, 기판은 임의의 형태를 가질 수 있다 (예: 평탄 시트 형태, 또는 3차원 형태).
적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 상부 표면 형성층 및 티탄 물질을 제외한 물질로 형성된 베이스를 포함하는 경우, 상부 표면 형성층의 두께 (양)은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층의 두께와 동일할 수 있거나 (즉, 상부 표면 형성층의 전체는 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층으로 수행됨), 또는 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층의 두께보다 클 수 있다 (즉, 상부 표면 형성층의 일부 (두께 방향에서)는 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층으로 수행하고, 나머지 부분은 어떤 변화도 겪지 않음). 본 발명의 제조 방법에서 열 처리 도중, 물질이 타거나, 녹거나, 또는 변형되지 않는 한, 베이스 물질에 대하여 특별한 제한이 부과되지 않는다. 베이스는 예를 들어, 철, 철 합금, 비철 합금, 유리, 또는 세라믹 물질로 형성될 수 있다. 박막 형성 표면층 및 베이스를 포함하는 이러한 기판은 예를 들어, 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물의 코팅이 스퍼터링, 증착, 분무, 또는 유사한 기술을 통해 베이스의 표면에 형성되는 방법, 또는 상업적으로 입수할 수 있는 티탄 산화물 졸이 분무 코팅, 스핀 코팅, 또는 딥핑을 통해 베이스의 표면에 형성되어 베이스 표면상에 코팅을 형성하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 이렇게 형성된 표면층의 두께는 바람직하게, 0.5μm 이상이고, 더욱 바람직하게는 4μm 이상이다.
본 발명의 제조 방법에서, 사용되는 티탄 합금에 특별한 제한이 부과되지 않고, 다양한 알려져 있는 티탄 합금이 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 티탄 합금의 예는 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, 및 Ti-13V-11Cr-3Al을 포함한다.
본 발명의 제조 방법은 연소 불꽃 또는 고온 산소 함유 기체 분위기를 사용한다. 연소 불꽃은 예를 들어, 고체 연료, 수소, 또는 주로 탄화수소를 함유한 기체로부터 시작될 수 있다. 여기에서 사용된, 용어 "탄화수소를 주로 함유한 기체"는 탄화수소를 50 부피% 이상 함유한 기체; 예를 들어, 50 부피% 이상으로 천연 가스, LPG, 탄화 수소 (예: 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 에틸렌, 프로필렌, 또는 아세틸렌), 또는 그의 적절한 기체 혼합물을 함유하고, 예를 들어 공기, 수소, 또는 산소를 적절한 양으로 함유한 기체이다. 분위기가 산소를 함유하는 한, 산소 함유 기체 분위기의 성분 (산소 제외)에 부과되는 특별한 제한은 없다. 기체 분위기는 예를 들어, 상기 언급한 연료, 상기 언급한 연료의 미연소 기체, 또는 상기 언급한 연료를 함유하지 않은 기체의 연소를 통해 생성되는 배기 (exhaust) 기체일 수 있다. 본 발명의 제조 방법에서, 열 처리된 기판의 표면층이 티탄 또는 티탄 합금으로 형성될 때, 표면층을 산화시키는 산소가 요구되고, 사용되는 연소 불꽃 또는 연소 배기 기체는 표면층을 산화시키기 위해 요구되는 양으로 공기 또는 산소를 함유해야 한다.
본 발명의 제조 방법에서, 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 표면층을 가진 기판은 고온에서 연소 불꽃을 기판 표면에 직접 적용하여 열처리하거나; 또는 기판 표면을 고온에서 산소 함유 기체 분위기중 열처리된다. 열처리는 예를 들어, 가스 버너를 사용하여 수행될 수 있거나, 또는 로에서 수행될 수 있다.
열처리를 위한 온도 및 시간은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼이 형성된 층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 표면층의 내부에 제공되도록 조절되어야 하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 예를 들어, 열 응력, 전단 응력 또는 장력의 적용을 통해 표면층과 평행으로 절단되어, 기판 및 적어도 기판의 일부가 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 및 그 위에 다수의 연속적인 소폭 돌출부가 제공되고, 포레스트 마이크로컬럼이 돌출부위에 형성된 박막을 포함하는 물질을 수득하고, 여기에서, 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막위에 형성된다. 바람직하게, 열 처리는 600 - 1,500℃ 초과의 온도에서 200 초 이상으로 또는 1,500℃ 초과의 온도에서 수행된다. 더욱 바람직하게, 열처리는 600 - 1,500℃ 초과의 온도에서 400 초 이상으로 또는 1,500℃ 초과의 온도에서 수행된다.
상기 언급된 조건하에서의 열처리는 포레스트 마이크로컬럼 (층 높이: 약 1 - 약 20μm, 마이크로컬럼의 평균 직경: 약 0.2 - 약 3μm)으로 형성된 층 및 층에 제공되고, 약 0.1 - 약 10μm의 두께를 갖는 박막을 포함하는 중간체 단편을 형성한다. 그 후, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 예를 들어, 열 응력, 전단 응력, 또는 장력을 적용하여 표면층과 평행하게 절단되어, 기판 및 기판의 적어도 일부가 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 (즉, 기판위에 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제공하는 박막의 전체는 층으로부터 박리될 수 있거나, 또는 박막의 일부가 박리되는데 실패하여 층위에 남을 수 있다) 및 박막 및 그위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출부 및 돌출부위에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 수득하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막상에서 노출된다.
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 열 응력의 적용을 통해 표면층과 평행하게 절단될 때, 예를 들어 기판의 표면 및 후면이 냉각되거나 또는 가열되어 이들 기판 사이에서 온도 차이를 제공한다. 이러한 경우, 냉각은 예를 들어, 상기 언급된 뜨거운 중간체 단편의 표면 또는 후면을 냉각 물체 (예: 스테인레스 스틸 블록)와 접촉시키거나, 또는 냉각 공기 (주변 온도의 공기)를 상기 언급된 뜨거운 중간체 단편의 표면 또는 후면에 불어넣어 수행된다. 뜨거운 중간체 단편을 냉각되도록 두었을 때, 열 응력이 발생하지만, 응력은 작다.
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 전단 응력의 적용으로 표면층과 평행하게 절단될 때, 예를 들어, 마찰력이 상기 언급된 중간체 단편의 표면 및 후면에 상대적으로 반대 방향으로 적용된다. 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 장력의 적용으로 표면층과 평행하게 절단될 때, 예를 들어, 장력이 표면에 수직인 반대 방향으로, 예를 들어, 진공 흡입 패드로 상기 언급된 중간체 단편의 표면 및 후면에 적용된다. 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층인 유일한 물질이 전체에서 분리된 기판의 적어도 일부에서 노출된 경우, 그라인딩 (grinding), 스퍼터링, 또는 유사한 기술로 상기 언급된 중간체 단편의 일부, 박막을 포함하는 물질에 상응하는 부분, 그 위에 제공되고, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 다수의 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부상에서 노출된 포레스트 마이크로컬럼이 제거될 수 있다.
티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 기판의 적어도 일부에서 노출된 이렇게 수득한 물질에서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층의 높이는 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 표면층과 평행으로 절단된 곳에서 포레스트 마이크로컬럼의 레벨에 따라 변화한다. 그러나, 일반적으로, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층의 높이는 약 1 - 약 20μm이고, 마이크로컬럼의 평균 직경은 약 0.5 - 약 3μm이다. 이 물질은 다기능재로 VOC를 바로 흡수할 수 있으며, 넓은 표면적을 가지므로 높은 광촉매 활성을 나타내고, 높은 코팅 경도를 가지며, 우수한 내열성, 내부식성, 내박리성 및 내마모성을 나타낸다.
한편, 박막, 그 위에 제공되었고, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 다수의 연속적인 소폭 돌출부 및 돌출부상에서 노출된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 상기 수득한 물질은 작은 파편의 형태이고, 각각의 파편의 돌출부는 약 2 - 약 12μm의 높이를 갖는다. 마이크로컬럼의 높이는 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 표면층과 평행으로 절단된 곳에서 포레스트 마이크로컬럼의 레벨에 따라 변화하지만, 일반적으로, 마이크로컬럼의 높이는 약 1 - 약 5μm이며, 마이크로컬럼의 평균 직경은 약 0.2 - 약 0.5μm이다. 그러나, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 표면층과 평행하게 절단하기 위한 어떤 조건하에서, 실질적으로 마이크로컬럼은 다수의 연속적인 소폭 돌출부상에서 존재하지 않을 수 있고, 돌출부는 노출될 수 있다. 또한, 이 물질은 VOC를 흡수할 수 있고, 넓은 표면적을 가지며, 높은 광촉매 활성을 나타낸다. 이 물질은 그대로 사용될 수 있고, 또는 사용전 분쇄될 수 있다. 이렇게 분쇄된 제품은 또한 VOC를 바로 흡수할 수 있고, 넓은 표면적을 가지며, 높은 광촉매 활성을 나타낸다.
본 발명의 제조 방법에서, 열처리 조건 (온도 및 처리 시간)의 조절을 통해 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 마이크로컬럼, 다수의 연속적인 소폭 돌출부, 또는 돌출부상에 제공된 포레스트 마이크로컬럼은 탄소로 도핑될 수 있고 (doped), 탄소 도핑 (doping) 양은 조절될 수 있다. 탄소 도핑의 경우, 예를 들어, 탄화수소를 우세하게 함유한 기체는 연소 불꽃 또는 연소 배기 기체를 생성하기 위한 연료로 사용된다. 탄화수소 함유 기체는 바람직하게 불포화 탄화수소를 30 부피% 이상을 함유한다. 더욱 바람직하게, 탄화수소 함유 기체는 아세틸렌을 50 부피% 이상으로 함유한다. 가장 바람직하게, 탄화수소 함유 기체는 100% 아세틸렌을 함유한다. 불포화 탄화수소 (특히, 탄소-탄소 삼중 결합을 가진 아세틸렌)가 사용될 때, 탄화수소의 연소 도중 중간체 탄소 라디칼이 이러한 불포화 결합의 분해를 통해, 특히 환원 불꽃에서 형성된다. 강한 활성을 나타내는 이렇게 형성된 탄소 라디칼은 탄소 도핑을 유발하는 것 같고, 이렇게 도핑된 탄소는 Ti-C 결합의 형태로 함유된다. 따라서, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 마이크로컬럼, 다수의 연속적인 소폭 돌출부, 또는 돌출부상에 제공된 마이크로컬럼이 탄소로 도핑될 때, 이들 마이크로컬럼 또는 돌출부는 증강된 경도를 나타내고, 따라서, 결과적으로 생기는 다기능재는 향상된 기계적 특성 (예: 코팅 경도 및 내마모성), 및 향상된 내열성 및 내부식성을 나타낸다.
티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층, 다수의 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부상에 제공된 마이크로컬럼을 탄소로 도핑할 때, 결과적으로 생기는 물질은 400nm 이상의 파장을 갖는 (UV광선은 물론) 가시광선에 반응하고, 특히 광촉매로 효과적이다. 즉, 물질은 가시광선 반응성 광촉매로 사용될 수 있고, 심지어 실내에서 광촉매 기능을 나타낸다 (외부는 물론).
기판상에서 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층에서, 어느 층은 본 발명의 제조 방법을 통해 형성되고, 도 1, 4, 및 6의 마이크로그래프에 나타내었으며, 각각의 마이크로컬럼은 예를 들어, 사방정계형 (prismatic), 원통형, 피라미드형, 원뿔형, 역피라미드형, 또는 역원뿔형을 갖는다. 예를 들어, 각각의 마이크로컬럼은 수직 방향으로 똑바로, 또는 기판의 표면에 비스듬하게 연장하거나, 커브되거나 또는 벤딩되어 확장하거나, 분지된 형태로 연장하거나, 이들의 배합 형태로 연장한다. 마이크로컬럼의 전체 형태는 다양한 표현으로 나타낼 수 있고, 상주 (frost crystal) 형태, 양각 카펫 (raised carpet) 형태, 산호 형태, 주랑 형태 및 빌딩 블록으로 지어진 컬럼의 형태를 포함한다. 마이크로컬럼의 폭, 높이, 바닥 크기 등은 예를 들어 열 처리 조건에 따라 변화한다.
박막, 그 위에 제공된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 다수의 연속적인 소폭 돌출부 및 돌출부상에서 노출된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질에서, 이 물질은 도 3의 마이크로그램으로 나타내었듯이 본 발명의 제조 방법을 통해 형성되고, 다수의 연속적인 소폭 돌출부는 호두 껍질의 외부 모양 또는 속돌의 외양을 가지고, 각 연속적인 소폭 돌출부는 굽은 주름같거나, 또는 구김같은 형태의 외양을 갖는다. 돌출부상에서 노출된 마이크로컬럼의 형태는 기판에 제공된 층을 구성하는 마이크로컬럼의 그것과 유사하다. 그러나, 대부분의 마이크로컬럼은 마이크로컬럼과 박막 사이의 결합 부분에서 절단되기 때문에, 일반적으로 돌출부상에서 노출된 마이크로컬럼의 밀도는 기판상에 제공된 층을 구성하는 마이크로컬럼의 그것보다 더 작다.
본 발명은 이후 실시예 및 비교 실시예에 관하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.
실시예 1 - 5
티탄 시트 (두께: 0.3mm)의 표면을 표 1에서 나타낸 연료의 연소 불꽃으로 표 1에 나타낸 표면층 온도에서 표 1에 나타낸 시간 동안 열처리하였다. 그 후, 연소 불꽃에 쬐인 표면을 시트 냉각을 위해 스테인레스 스틸 블록 (두께: 30mm)의 평평한 표면과 접촉시켰을 때, 결과적으로 생기는 생성물을 티탄 시트, 및 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층, 티탄 시트 표면의 주요 부분에서 노출된 층을 함유하는 물질 및 분해된 물질로 분리되고, 각각은 박막, 그 위에 제공된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부 및 돌출부상에서 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물로 형성되며, 박막상에서 노출된다. 특히, 열처리를 통해 티탄 시트의 표면층의 내부에 형성된 티탄 산화물 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 열처리 후 냉각을 통해 표면층과 평행으로 절단하였다. 이렇게 실시예 1 - 5의 다기능재를 수득하였다.
도 1은 실시예 1에서 수득한 다기능재의 마이크로그래프이다. 도 1은 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (2)가 티탄 시트 표면 (1)에서 노출된 상태를 나타내고; 분해된 물질 (3)은 층 (2)의 일부에 남아있고, 분해된 물질 (3)은 박막, 그 위에 제공된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부, 및 돌출부상에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물로 형성되고, 박막상에서 노출된다. 이러한 티탄 시트 표면은 다기능재가 본 발명의 제조 방법을 통해 제조되는 경우, 일반적으로 노출되지 않고, 즉, 도 1의 마이크로그래프가 나타내는 상태인 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (2)의 일부가 티탄 시트 표면 (1)로부터 제거된 것을 나타낸다. 도 2는 그 위에 티탄 산화물 (그 위에서 마이크로컬럼이 노출됨)로 형성된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부를 가진 박막 표면의 반대쪽에서 관찰한 분해된 물질 (3)의 박막의 표면 상태를 나타내는 마이크로그래프이다. 도 3은 박막이 그 위에 티탄 산화물 (그 위에서 마이크로컬럼이 노출됨)로 형성된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부를 가진 측면에서 관찰한 분해된 물질 (3)의 표면의 상태를 나타내는 마이크로그래프이다. 도 4는 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (2)의 상태를 나타내는 마이크로그래프이다. 도 5는 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (2)가 제거된 티탄 시트 표면 (1)의 상태를 나타내는 마이크로그래프이다. 도 6은 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층 (층은 실시예 5에서 수득한 물질로 구성됨)의 상태를 나타내는 마이크로그래프이고, 여기에서 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 티탄 시트 표면의 주요 부분에서 노출된다.
실시예 6
Ti-6Al-4V 합금 시트 (두께: 0.3mm)의 표면을 표 1에 나타낸 연료의 연소 불 꽃으로 표 1에 나타낸 표면층 온도에서 표 1에 나타낸 시간 동안 열처리하였다. 그 후, 연소 불꽃에 쬐인 표면을 시트 냉각을 위해 스테인레스 스틸 블록 (두께: 30mm)의 평평한 표면과 접촉시켰을 때, 결과적으로 생기는 생성물을 티탄 합금 시트, 및 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층, 티탄 합금 시트 표면의 주요 부분에서 노출된 층을 함유하는 물질 및 분해된 물질로 분리되고, 각각은 박막, 그 위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출부 및 돌출부상에서 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 합금 산화물로 형성되며, 박막상에서 노출된다.
실시예 7
티탄 박막 (두께: 약 3μm)을 스테인레스 스틸 시트 (SUS316)(두께: 0.3mm)상에서 전자선증착으로 형성하였다. 박막의 표면을 표 1에 나타낸 연료의 연소 불꽃으로 표 1에 나타낸 표면층 온도에서 표 1에 나타낸 시간 동안 열처리하였다. 그 후, 연소 불꽃에 쬐인 표면을 시트 냉각을 위해 스테인레스 스틸 블록 (두께: 30mm)의 평평한 표면과 접촉시켰을 때, 결과적으로 생기는 생성물을 스테인레스 스틸 시트, 및 티탄 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층, 스테인레스 스틸 시트 표면의 주요 부분에서 노출된 층을 포함하는 물질 및 분해된 물질로 분리되고, 각각은 박막, 그 위에 제공된 다수의 연속적인 백색 소폭 돌출부 및 돌출부상에서 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하고, 여기에서 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 합금 산화물로 형성되며, 박막상에서 노출된다.
비교 실시예 1
상업적으로 구입할 수 있는 티탄 산화물 졸 (STS-01, Ishihara Sangyo Kaisha, LTD.사 제품)을 티탄 시트 (두께: 0.3mm)에 스핀 코팅하여 적용하고, 그 후, 가열하고, 티탄 시트상에 증강된 점착력을 나타내는 티탄 산화물 코팅을 형성하였다.
시험 실시예 1 (긁기 경도 시험: 연필 방법)
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 1 - 7에서 수득한 각각의 물질을 (시험 단편) JIS K 5600-5-4 (1999)에 따라 연필 (Uni 1H - 9H, Mitsubishi Pencil Co., Ltd.사 제품)을 사용하여 연필 긁기 경도 시험을 받게 하였다. 시험은 마이크로컬럼의 측면상에서 물질의 표면에서 수행하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타내었듯이, 9H 연필을 사용하였을 때라도 모든 시험 단편에서 손상이 관찰되지 않았다.
시험 실시예 2 (내약품성 시험)
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 1 - 7에서 수득한 각각의 물질을 (시험 단편) 1M 황산 수용액 또는 1M 수산화나트륨 수용액에 실온에서 1주일 동안 담그고, 그 후, 물로 세척하고 건조시켰다. 그 후, 그렇게 처리한 물질로 상술한 것과 유사한 방식으로 연필 긁기 경도 시험을 하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타내었듯이, 9H 연필을 사용하였을 때라도 모든 시험 단편에서 손상이 관찰되지 않았고, 즉, 실시예 1 - 7의 물질은 높은 내약품성을 나타내었다.
시험 실시예 3 (내열성 시험)
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층은 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 1 - 7에서 수득한 각각의 물질을 (시험 단편) 관 로 (tubular furnace)에 두고; 물질을 공기 분위기중 실온에서 500℃로 1시간에 걸쳐 가열하고; 물질을 500℃에서 2시간 동안 유지하여; 물질을 1시간에 걸쳐 실온으로 냉각시켰다. 그 후, 그렇게 처리한 물질로 상술한 것과 유사한 방식으로 연필 긁기 경도 시험을 하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타내었듯이, 9H 연필을 사용하였을 때라도 모든 시험 단편에서 손상이 관찰되지 않았고, 즉, 실시예 1 - 7의 물질은 높은 내열성을 나타내었다.
표 1
연료 표면층 온도 가열 시간 긁기 경도 내약품성 내열성
실시예 1 아세틸렌 1100℃ 10분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 2 아세틸렌 1200℃ 7분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 3 아세틸렌 1220℃ 8분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 4 아세틸렌 1250℃ 10분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 5 메탄 1100℃ 10분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 6 아세틸렌 1100℃ 10분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
실시예 7 아세틸렌 1100℃ 8분 9H 이상 9H 이상 9H 이상
시험 실시예 4 ( 방오 시험)
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 4에서 수득한 물질 (표면적: 8cm2), 및 비교 실시예 1에서 수득한 티탄 산화물 코팅 티탄 시트 (표면적: 8cm2)를 시료로 사용하였다. 각각의 시료로 방취 시험을 하였다. 특히, 각각의 시료를 메틸렌 블루 수용액 (80mL, 메틸렌 블루 농도: 약 12μmol/L)에 담궜다. 메틸렌 블루에서 감소하는 초기 흡수 효과가 대수롭지 않게 된 후, UV 차단 필터를 갖춘 형광 램프 (Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.사 제품)로 가시 광선을 수용액에 조사하였고, 660nm에서 메틸렌 블루 수용액의 흡광도를 수질 검사 장치 (DR/2400, HACH사 제품)로 조사 시간의 미리 결정된 간격에서 측정하였다. 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 분명하듯이, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 4에서 수득한 물질은 비교 실시예 1에서 수득한 티탄 산화물 코팅 티탄 시트의 경우에 비해 메틸렌 블루를 고속으로 분해시키며; 즉, 실시예 4의 물질이 높은 방오 효과를 나타낸다.
시험 실시예 5 (결정 구조 및 결합 특성)
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 3에서 수득한 물질의 마이크로컬럼으로부터 수집한 시료를 X-선 회절계 (XRD)로 처리하고, 결과적으로 시료가 루틸 (rutile) 결정 구조를 갖는다는 것을 발견하 였다.
포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 베이스 시트의 표면에서 노출된 실시예 3에서 수득한 물질의 마이크로컬럼을 X-선 광전자 분광계 (XPS)로 하기 조건하에서 분석하였다: 가속 전압: 10kV, 표적: Al, Ar 이온 스퍼터링: 2,700초. 스퍼터링 속도가 0.64Å/s일 때, 이는 SiO2 막의 그것에 상응하고, 깊이는 약 173nm이다. XPS 분석 결과는 도 8에 나타내었다. 가장 높은 피크를 결합 에너지 284.6eV에서 관찰하였다. 이 피크는 C-H(C) 결합에 상응하는 것으로 간주되고, 이는 일반적으로 Cls 분석을 통해 관찰된다. Ti-C 결합의 결합 에너지는 281.6eV이고, 따라서 실시예 3의 물질의 마이크로컬럼은 Ti-C 결합의 형태로 C로 도핑된 것으로 간주된다. XPS 분석을 마이크로컬럼의 다른 높이 레벨에서 14 지점에서 수행하였고, 결과적으로, 상술한 것과 유사한 피크를 281.6eV 또는 그 부근에서 각각의 지점에 상응하는 XPS 스펙트럼중 관찰하였다.
실시예 8
각각 32mm의 직경 및 0.3mm의 두께를 가진 티탄 원형 시트를 시험 단편으로 사용하였다. 표면 온도가 약 1,150℃에서 유지되도록 시험 단편의 표면을 아세틸렌의 연소 불꽃으로 가열하였다. 첫번째 시험 단편을 120초 가열한 후 냉각시켰다. 두번째 시험 단편을 180초 가열한 후 냉각시켰다. 세번째 시험 단편을 480초 가열하고, 그 후 즉각, 연소 불꽃을 쬔 표면을 시험 단편을 냉각시키기 위해 스테인레 스 스틸 블록 (두께: 30mm)의 평평한 표면과 접촉시켰다. 이러한 냉각을 통해, 박막을 티탄 시트의 표면으로부터 박리시켜, 티탄 산화물의 백색 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층이 티탄 시트 표면에서 노출된 물질을 수득하였다. 각각 3μm×12μm 크기 및 10μm의 깊이를 갖는 홀 (hole)을 이들 3개의 시험 단편의 각각의 표면에 FIB-SEM 장치 (SMI8400SE, Seiko Instruments, Inc.사 제품)로 만들고, 각 홀의 측면 표면 및 바닥 표면을 SEM 장치 (VE7800, Keyence Corporation사 제품)로 관찰하였다. 도 9는 120초간 가열한 시험 단편을 나타내는 SEM 마이크로그래프이고; 도 10은 180초간 가열한 시험 단편을 나타내는 SEM 마이크로그래프이며; 도 11은 480초간 가열한 시험 단편을 나타내는 SEM 마이크로그래프이다. 180초간 가열한 시험 단편인 도 10에 나타내었듯이, 마이크로컬럼형 구조는 코팅의 낮은 부분에서 형성되기 시작한다. 따라서, 생각할 수 있는 바로는 불꽃으로 추가적인 연속 처리는 마이크로컬럼을 연장시켜, 본 발명에서 의도한 마이크로컬럼형 구조를 형성한다.

Claims (8)

  1. 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판을 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 연소 불꽃을 기판의 표면에 직접 적용하여 열 처리하거나, 또는 기판의 표면을 산소 함유 기체 분위기에서 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 열처리하여, 표면층의 내부에 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 (forest) 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제공하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 표면층과 평행하게 절단하고, 기판 및 기판의 적어도 일부에서 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 및 박막, 그위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출 및 돌출부상에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 수득하는 것을 포함하고, 여기에서, 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막상에서 노출되는 것인 다기능재 제조 방법.
  2. 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판을 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 연소 불꽃을 기판의 표면에 직접 적용하여 열 처리하거나, 또는 기판의 표면을 산소 함유 기체 분위기에서 표면층의 온도가 600℃ 이상으로 올라가도록 열처리하여, 표면층의 내부에 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 제 공하고; 이어서, 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 기판의 표면 및 후면 사이의 온도 차이로 인한 열적 응력의 적용으로 표면층과 평행하게 절단하여, 기판 및 기판의 적어도 일부에서 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질 및 박막, 그위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출 및 돌출부상에 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 수득하는 것을 포함하고, 여기에서, 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성되고, 박막상에서 노출되는 것인 다기능재 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판이 전적으로 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성되는 다기능재 제조 방법.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 적어도 그의 표면층이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 기판이 티탄, 티탄 산화물, 티탄 합금, 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 상부 표면 형성 층 및 이러한 티탄 물질을 제외한 물질로 형성된 베이스를 포함하는 다기능재 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 4항중 어느 한항에 있어서, 티탄 합금이 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, 또는 Ti-13V-11Cr-3Al인 다기능재 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 5항중 어느 한항에 있어서, 열처리를 600 - 1500℃에서 400초 이상 동안, 또는 1500℃ 초과의 온도에서 수행하는 다기능재 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 6항중 어느 한항에 있어서, 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물의 마이크로컬럼이 탄소로 도핑된 다기능재 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 7항중 어느 한항에 있어서, 기판 및 기판의 적어도 일부에서 노출된 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물 형성 포레스트 마이크로컬럼으로 형성된 층을 포함하는 물질, 및 박막, 그 위에 제공된 다수의 연속적인 소폭 돌출부, 및 돌출부로 형성된 포레스트 마이크로컬럼을 포함하는 물질을 분리하고, 수집하는 것을 포함하며, 여기에서, 돌출부 및 마이크로컬럼은 티탄 산화물 또는 티탄 합금 산화물로 형성된 것인 다기능재 제조 방법.
KR1020077021750A 2005-02-24 2006-02-16 다기능재의 제조 방법 KR100954176B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2005-00049784 2005-02-24
JP2005049784 2005-02-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070107778A true KR20070107778A (ko) 2007-11-07
KR100954176B1 KR100954176B1 (ko) 2010-04-20

Family

ID=36927272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077021750A KR100954176B1 (ko) 2005-02-24 2006-02-16 다기능재의 제조 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7722923B2 (ko)
EP (1) EP1852518B1 (ko)
JP (1) JP3980050B2 (ko)
KR (1) KR100954176B1 (ko)
CN (1) CN101171357B (ko)
DE (1) DE602006005795D1 (ko)
ES (1) ES2320485T3 (ko)
TW (1) TWI301855B (ko)
WO (1) WO2006090630A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060128563A1 (en) * 2004-12-09 2006-06-15 Flabeg Gmbh & Co., Kg Method for manufacturing a non-fogging element and device for activating such an element
WO2006090631A1 (ja) * 2005-02-24 2006-08-31 Central Research Institute Of Electric Power Industry 多機能材
IT1396429B1 (it) * 2009-10-14 2012-11-23 Italcementi Spa Prodotti e manufatti cementizi contenenti biossido di titanio dopato con carbonio.
JP6887593B2 (ja) * 2016-12-15 2021-06-16 サンスター技研株式会社 光触媒シート、空気清浄機及び光触媒シートの製造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09231821A (ja) 1995-12-22 1997-09-05 Toto Ltd 照明器具及び照度維持方法
JP3690864B2 (ja) 1996-03-29 2005-08-31 株式会社ティオテクノ 光触媒体の製造法
JP3863599B2 (ja) 1996-08-06 2006-12-27 株式会社ティオテクノ アモルファス型過酸化チタンのコーティング方法
JPH1112720A (ja) 1997-06-25 1999-01-19 Asahi Glass Co Ltd チタン酸化物の成膜方法
JP4109809B2 (ja) * 1998-11-10 2008-07-02 キヤノン株式会社 酸化チタンを含む細線の製造方法
JP2000279805A (ja) 1999-03-29 2000-10-10 Nisshin Steel Co Ltd 光触媒被覆金属板とその製造方法
JP2001205105A (ja) 2000-01-28 2001-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光触媒薄膜
US6585151B1 (en) * 2000-05-23 2003-07-01 The Regents Of The University Of Michigan Method for producing microporous objects with fiber, wire or foil core and microporous cellular objects
JP2002253964A (ja) 2001-03-02 2002-09-10 Andes Denki Kk 有機金属化合物を用いた酸化物光触媒材料およびその応用品
JP5002864B2 (ja) * 2001-03-02 2012-08-15 独立行政法人国立高等専門学校機構 有機金属化合物を用いた酸化物光触媒材料およびその応用品
JP2002370027A (ja) 2001-06-15 2002-12-24 Andes Denki Kk 柱状酸化チタン結晶光触媒材料およびその応用品
US7763113B2 (en) 2001-06-15 2010-07-27 Andre Andes Electric Co., Ltd. Photocatalyst material and method for preparation thereof
JP2002370034A (ja) 2001-06-15 2002-12-24 Andes Denki Kk 無機金属化合物を用いた酸化物光触媒材料およびその応用品
JP2003335520A (ja) 2002-05-21 2003-11-25 Japan Science & Technology Corp Ｔｉ−Ｖ合金被膜またはＴｉ−Ｍｏ合金被膜の酸化処理による酸化チタンウイスカーの製造方法
EP1400491A3 (en) * 2002-09-18 2005-01-19 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Titanium dioxide fine particles and method for producing the same, and method for producing visible light activatable photocatalyst
JP2005261988A (ja) 2002-09-20 2005-09-29 Andes Denki Kk 光触媒材料とその製造方法
EP1546431B1 (de) * 2002-09-30 2010-02-10 Incoat GmbH Verbundwerkstoff
JP2004167370A (ja) 2002-11-20 2004-06-17 Japan Atom Energy Res Inst 高活性光触媒炭素ドープ二酸化チタンとその作製方法
JP2004195435A (ja) 2002-12-20 2004-07-15 Shinei:Kk 浄水化処理剤とそれを用いた浄水化処理方法
JP2004232076A (ja) 2003-01-30 2004-08-19 Susumu Yasuda 機能性金属板及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW200641179A (en) 2006-12-01
EP1852518A4 (en) 2008-05-07
WO2006090630A1 (ja) 2006-08-31
CN101171357B (zh) 2010-05-19
DE602006005795D1 (de) 2009-04-30
US20080138516A1 (en) 2008-06-12
TWI301855B (en) 2008-10-11
KR100954176B1 (ko) 2010-04-20
JPWO2006090630A1 (ja) 2008-07-24
EP1852518A1 (en) 2007-11-07
ES2320485T3 (es) 2009-05-22
US7722923B2 (en) 2010-05-25
CN101171357A (zh) 2008-04-30
EP1852518B1 (en) 2009-03-18
JP3980050B2 (ja) 2007-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3948738B2 (ja) 炭素ドープ酸化チタン層を有する基体の製造方法
KR100954176B1 (ko) 다기능재의 제조 방법
KR100948056B1 (ko) 광촉매성, 내박리성, 내마모성, 내약품성, 내열성 및 경성 기재
JP4902125B2 (ja) 鏡面を有する多機能材
JP4623502B2 (ja) 耐放射線部材及びそれを用いた原子力発電システム
JP4822245B2 (ja) 電力供給機器
JP5126855B2 (ja) 多機能性皮膜を有するガラス製品及びその製造方法
JP4623503B2 (ja) 多機能性皮膜形成用コーティング組成物
JP4555704B2 (ja) 多機能性皮膜を有するガラス製品及びその製造方法
JP4480014B2 (ja) ロケット部品
JP4807723B2 (ja) 耐熱部材の製造方法
JP4915635B2 (ja) パネル
JP2006242401A (ja) 冷風生成装置
JP2006245695A (ja) 超音波ホーン
JP2006245684A (ja) 通信用機器乃至設備
JP2006230926A (ja) 宗教用品
JP2006241697A (ja) フェンス
JP2006239906A (ja) パネル

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130226

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee