KR20200060392A - 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재의 제조 방법 및 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재 - Google Patents

광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재의 제조 방법 및 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재 Download PDF

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데루키 다카야스
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Abstract

표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료를 제조하는 것을 목적으로 한다. 이 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 고기능을 발휘하는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료이다. 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법으로서, (1) 티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하고, 조면화 재료를 형성하는 공정, (2) 그 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정, (3) 그 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료에 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정 및, (4) 그 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 재료를, 대기 분위기에서 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 결정성 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.

Description

광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재의 제조 방법 및 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 제조 방법 및 이 제조 방법에 의해 얻어진, 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료에 관한 것이다.
산화티탄은 각종 유해 물질을 분해하는 광촉매 재료나 간편한 방법으로 제작이 가능하기 때문에 차세대 태양 전지로서 주목되고 있는 색소 증감 태양 전지에 응용하는 것이 기대되고 있다. 산화티탄의 결정 구조로서는, 루틸형, 브루카이트형 및 아나타제형의 3종류가 존재한다. 상기 3종류 중에서도, 아나타제형 산화티탄이 광촉매 특성이나 색소 증감 태양 전지의 광전 변환 특성에서 우수해 있는 것이 알려져 있다.
특허문헌 1은 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료에 (ⅰ) 티탄 또는 티탄 합금의 표면에 티탄 질화물을 형성시키고, 이어서, (ⅱ) 금속 티탄에 대하여 에칭 작용을 가지는 산 등을 함유하는 전해액 중에서 불꽃 방전 발생 전압 이상의 전압을 인가하는 것에 의한 양극 산화 처리를 실시함으로써 금속 티탄 또는 티탄 합금 상에 아나타제형 산화티탄을 형성시키는 기술이다. 이 방법으로 형성된 부재는 광촉매 재료 및 광전 변환 소자 재료로서 바람직하게 이용할 수 있다.
특허문헌 1의 기술에서는 내식성이 매우 높은 금속 티탄을 에칭할 때에 황산 등의 강산을 사용한다. 또한, 이 방법에서는 불꽃 방전 발생 전압 이상에서의 전압으로 양극 산화 처리를 실시하는 이유에서, 고전압 및 고전류의 출력이 가능한 고액의 전원을 필요로 했다. 또한, 이 방법에서는 불꽃 방전 발생에 동반하는 전해액의 발열을 억제하기 위해, 고액의 냉각 장치를 필요로 한다.
특허문헌 2는 특허문헌 1의 기술을 이용하여 제작한 부재를 식용유 열화 방지 부재에 이용하는 기술이다.
특허문헌 3은 금속 티탄 또는 티탄 합금에 (ⅰ) 티탄 또는 티탄 합금의 표면에 티탄 질화물을 형성시키고, 이어서, (ⅱ) 금속 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 산 등을 함유하는 전해액 중에서 양극 산화를 실시하여, 티탄 산화 피막을 형성시키고, 또한, (ⅲ) 대기 산화 분위기 등 중에서 가열 처리를 실시함으로써 금속 티탄 또는 티탄 합금 상에 아나타제형 산화티탄을 형성하는 기술이다. 이 방법으로 형성된 부재는 광촉매, 광전 변환 소자용 재료 및 내마모성 부재로서 바람직하게 이용할 수 있다.
특허문헌 3의 기술에서는 티탄에 에칭성을 가지지 않는 전해액을 이용하는 양극 산화 처리를 실시하는 이유에서, 황산 등의 강산을 사용하는 일이 없기 때문에 작업의 위험성이 매우 낮은 기술이다. 또한, 이 방법에서는 불꽃 방전을 발생시키는 양극 산화 처리를 실시하지 않기 때문에 유해한 미스트(mist)나 가스 등의 발생은 없고, 전해액의 발열 자체도 별로 없어서, 양산성에 적합한 기술이다.
특허문헌 3의 기술은 티탄에 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하는 이유에서, 티탄에 대하여 에칭성을 가지는 전해액 중에서 불꽃 방전이 발생하는 가혹한 양극 산화 처리(특허문헌 1)와 비교하면, 얻어지는 부재의 표면은 거칠지 않다.
특허문헌 4는 특허문헌 3의 기술을 이용하여 제작한 부재를 식용유 열화 방지 부재에 이용하는 기술이다.
특허문헌 5는 티탄 화합물의 형성 공정을 거치지 않고 제작한 재료를 개시하고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허 제 3858058호 특허문헌 2: 일본국 특개2011-200406호 공보 특허문헌 3: 일본국 특허 제 5452744호 특허문헌 4: 일본국 특허 제 5490303호 특허문헌 5: 일본국 특개2008-184652호 공보
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료를 제조하는 것을 목적으로 한다.
이 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료는 고기능을 발휘하는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료이다.
금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료에는, 그 표면에 아나타제형 산화티탄의 형성량을 더욱 높이는 기술이 요구되고 있다.
본 발명자들이 예의 검토를 한 바, 표면에 결정성 산화티탄 피막이 보다 많이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료(이하, "티탄 재료"라고도 기재한다)를 제조하는 데 있어서, (1) 티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하는 공정, (2) 그 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정, (3) 그 재료에 양극 산화 처리를 실시하는 공정 및 (4) 그 재료를 대기 분위기 하 등에서 가열 처리를 실시함(표면 처리 기술)으로써 티탄 재료의 표면에 결정성 산화티탄 피막의 형성량을 더욱 높이는 것을 발견했다.
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법이다. 이 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 고기능을 발휘하는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료이다.
항 1.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 제조 방법으로서, (1) 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하고, 조면화 재료를 형성하는 공정, (2) 상기 공정 (1)에서 얻어진 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정, (3) 상기 공정 (2)에서 얻어진, 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료를, 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정 및, (4) 상기 공정 (3)에서 얻어진, 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 재료를, 대기 분위기, 산소 가스와 질소 가스를 혼합시킨 분위기 및 산소 가스 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 분위기에서 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 결정성 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
항 2.
상기 공정 (1)의 조면화 처리가 블래스트 처리인 것을 특징으로 하는 항 1에 기재된 제조 방법.
항 3.
상기 공정 (1)의 조면화 처리 후, 화학적 에칭 처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 항 1 또는 2에 기재된 제조 방법.
항 4.
상기 공정 (2)에서 형성하는 티탄 화합물이 질화티탄, 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 5.
상기 공정 (2)가, 산소 트랩제를 이용하여 질소 가스 분위기 하에서 가열 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 질화티탄을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 6.
상기 공정 (2)가, CVD, 열 CVD, RF 플라즈마 CVD, PVD, 용사 처리, 이온 플레이팅 및 스퍼터링으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 7.
상기 공정 (3)의 양극 산화 처리에서 이용하는 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액이 무기산, 유기산 및 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는 전해액인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 8.
상기 공정 (4)의 가열 처리의 온도가 300~700℃인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 9.
상기 결정성 산화티탄 피막이 아나타제형 산화티탄의 피막인 것을 특징으로 하는 항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 10.
상기 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료가 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 용도에 이용되는 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법.
항 11.
항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는, 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료.
항 12.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료로서, 해당 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)가 1~100㎛인 것을 특징으로 하는 재료.
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료를 제조할 수 있다.
이 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료는 고기능을 발휘하는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료이다.
도 1은 본 발명의 티탄 재료에서의 결정성 산화티탄의 형성량을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 티탄 재료에 의한 광촉매 활성을 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명을 상세히 설명한다.
또한, 본 명세서에서는 금속 티탄 재료 및 티탄 합금 재료를 단순히 "티탄 재료"로 기재하는 일도 있다.
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 제조 방법으로서,
(1) 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하고, 조면화 재료를 형성하는 공정,
(2) 상기 공정 (1)에서 얻어진 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정 및 (3) 상기 공정 (2)에서 얻어진, 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료를, 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정 및,
(4) 상기 공정 (3)에서 얻어진, 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 재료를, 대기 분위기, 산소 가스와 질소 가스를 혼합시킨 분위기 및 산소 가스 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 분위기에서 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 결정성 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
[1] 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법
(1) 조면화 처리를 실시하는 공정
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은, (1) 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료(티탄 재료)의 표면에 조면화 처리를 실시하고, 조면화 재료를 형성하는 공정(조면화하는 공정)을 포함한다.
광촉매 반응이나 식용유 열화 방지 반응은 표면 반응인 이유에서, 광촉매 재료와 광촉매 반응의 대상으로 되는 성분 및 식용유 열화 방지 부재와 식용유의 접촉 기회가 많을수록, 즉, 표면적이 클수록 광촉매 반응 및 식용유 열화 방지 효과의 효율은 향상된다.
그 때문에, 티탄 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성시키기 전에, 블래스트 처리 등의 기계적 조면화 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 그 블래스트 처리를 실시한 후에 화학적인 에칭을 실시하는 것이 바람직하다.
이에 따라 얻어지는 표면 처리를 실시한 티탄 재료는, 그 재료 표면에 아나타제형 산화티탄 피막이 보다 많이 형성되어 있는 이유에서, 차세대 태양 전지로서 주목되고 있는 색소 증감 태양 전지의 광전극 기판 등의 광전 변환 소자용 재료로서 바람직하게 이용할 수도 있다.
금속 티탄 재료란, 금속 티탄 그 자체이다. 또한, 티탄 합금 재료를 사용하는 경우, 그 종류에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 이 티탄 합금으로서는, Ti-6Al-4V, Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo, Ti-0.5Pd 등을 이용하는 것이 바람직하다.
티탄 재료를 조면화 처리하는 방법으로서는, 전해 처리, 방전 가공, 블래스트 처리, 플라즈마 에칭 등의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은 공정 (1)의 조면화 처리가 블래스트 처리인 것이 바람직하다. 블래스트 처리는 기계적 조면화 처리이고, 설비와 공정을 간편하게 할 수 있는 점에서 바람직한 처리 방법이다.
블래스트 처리로서는, 샌드 블래스트, 쇼트 블래스트, 그릿 블래스트, 비드 블래스트의 군으로부터 선택된 적어도 1종의 방법을 선택하는 것이 바람직하다. 블래스트 처리로서는, 직압식 및 흡인식이 있다.
블래스트 처리에서 이용하는 연마재(블래스트 입자)로서는, 알루미나(산화알루미늄), 유리 비드, 탄화규소(SiC), 스틸 그릿, 스틸 쇼트 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 블래스트 처리는 상기 연마재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 연마재를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 연마재를 조합하여 사용해도 좋다.
블래스트 처리에서 이용하는 연마재(블래스트 입자)의 입자 직경은 5㎛~3,000㎛인 것이 바람직하다. 연마재(블래스트 입자)의 입자 직경은 바람직하게는 20㎛~2,000㎛이고, 보다 바람직하게는 30㎛~500㎛이고, 더욱 바람직하게는 50㎛~100㎛이다.
연마재(블래스트 입자)로서, 예를 들면, ＃12(입경 1, 410㎛~1,680㎛), ＃24(입경 590㎛~710㎛), ＃150(입경 63㎛~74㎛) 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 블래스트 처리에서는 니혼 겐사쿠 도류제의 알루미나 입자 ＃150(알루미나 입경 63㎛~74㎛), 알루미나 입자 ＃12(알루미나 입경 1, 410㎛~1, 680㎛), 알루미나 입자 ＃24(알루미나 입경 590㎛~710㎛) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
쇼트 블래스트 처리를 실시하는 경우, 금속 티탄판(티탄 재료)을 블래스트 처리 장치(BA-1: 직압식, 아츠치 철공제)를 사용하여 표면의 조면화를 실시해도 좋다.
우선, 장치 내에 금속 티탄판(티탄 재료) 및 연마재(연소재)를 설치한다. 이어서, 압축기로 공기를 받아들이고, 압력을 0.5MPa 정도로 조정한다. 그리고 직압식으로 연마재(연소재)를 금속 티탄판(티탄 재료)을 향하여 발사시키고, 쇼트 블래스트 처리를 실시한다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은 공정 (1)의 조면화 처리(바람직하게는 블래스트 처리) 후, 화학적 에칭 처리를 더 실시하는 것이 바람직하다. 블래스트 처리를 실시한 후에 티탄 재료의 표면에 화학적 에칭 처리를 실시함으로써 블래스트 처리된 티탄 재료의 표면으로부터 연마제나 티탄 재료의 블래스트 찌꺼기를 제거할 수 있는 점에서 바람직한 처리 방법이다.
화학적 에칭 처리를 실시함으로써 쇼트 블래스트 처리에 의하여 생성된 요철의 에지 부분을 용해시키고, 급준한 요철을 매끄러운 파형을 가지는 표면으로 바꿀 수 있다. 이 화학적 에칭 처리에 의해, 그 후에 실시되는 양극 산화 처리를 재료 표면에 균일하게 실시할 수 있다.
이 화학적 에칭 처리에서는 에칭제로서 산의 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 이 산의 수용액으로서, 불화수소산, 질소불화수소산(불화수소산과 질산의 혼합산), 불화수소암모늄, 황산, 염산 및 옥살산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 산의 수용액을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이 산의 수용액으로서, 티탄 재료에 대해서는, 그 중에서도 불화수소산을 이용하는 것이 더한층 바람직하다.
화학적 에칭에 의한 처리 조건은 산의 수용액의 종류나 농도 등에 따라 조정할 수 있다. 화학적 에칭에 의한 처리로서, 예를 들면, 불화수소산 수용액을 사용하는 경우, 불화수소산의 농도는 통상 0.5중량% 이상이고, 보다 바람직하게는 1중량%~5중량% 정도이다.
화학적 에칭에 의한 처리의 에칭 온도는 산의 종류와 그 수용액 농도 등에 따라 조정할 수 있다. 화학적 에칭에 의한 처리로서, 예를 들면, 불화수소산을 사용하는 경우, 통상 10℃~40℃ 정도이고, 바람직하게는 20℃~30℃ 정도이다.
또한, 화학적 에칭에 의한 처리로서, 약제를 이용하여 에칭하는 것에 한정되는 것은 아니다. 화학적 에칭에 의한 처리로서, 캐소드 분극 하에서 전해 환원하는 방법이어도 좋다.
조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 상기 연마재(블래스트 입자)를 사용하거나, 화학적 에칭 처리를 실시하여 조정할 수 있다.
티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 0.1㎛~100㎛ 정도인 것이 바람직하다. 티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 보다 바람직하게는 1㎛ 정도 이상이고, 더욱 바람직하게 1.5㎛ 정도 이상이고, 특히 바람직하게는 2㎛ 정도 이상이다.
티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 바람직하게는 1㎛~100㎛ 정도의 범위이고, 더욱 바람직하게는 1.5㎛~50㎛ 정도의 범위이고, 특히 바람직하게는 2㎛~20㎛ 정도의 범위이다.
재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법 등으로 측정할 수 있다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프(talysurf)S4C형/H503 등의 표면 거칠기 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
(2) 티탄 화합물을 형성하는 공정
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은 (2) 상기 공정 (1)에서 얻어진 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정을 포함한다.
공정 (2)에서 형성하는 티탄 화합물은 티탄 질화물, 티탄 탄화물, 티탄 탄질화물 및 티탄 붕질화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것이 바람직하다. 공정 (2)에서 형성하는 티탄 화합물은 질화티탄(TiN), 탄화티탄(TiC), 탄질화티탄(TiCN) 및 붕질화티탄(TiBN)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것이 보다 바람직하다.
공정 (2)에서 티탄 질화물을 형성시킬 때에는, 산소 트랩제를 이용하여 질소 가스 분위기 하에서 가열 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 질화티탄을 형성하는 공정인 것이 바람직하다.
공정 (2)는 CVD, 열 CVD, RF 플라즈마 CVD, PVD, 용사 처리, 이온 플레이팅 및 스퍼터링으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 형성하는 공정인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 조면화 처리를 실시한 티탄 재료 상에 질화티탄, 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 형성하는 것이 바람직하다.
티탄 재료 상에 티탄 질화물을 형성하는 경우
티탄 재료의 표면에 티탄 질화물(질화티탄)을 형성시키는 방법으로서는, PVD처리, CVD처리, 용사 처리, 암모니아 가스 분위기 하에서의 가열 처리, 질소 가스 분위기 하에서의 가열 처리 등이 바람직하다. 간편성, 안전성 및 경제성의 관점에서, 질소 가스 분위기 하에서 가열 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
그 질소 가스 분위기 하에서의 가열 처리는 산소 트랩제를 이용하여(산소 트랩제의 존재 하에서) 실시되는 것이 바람직하다. 티탄 재료의 가열 처리에서 이용하는 산소 트랩제로서는, 티탄 재료보다도 산소에 대한 친화성이 높은 물질 또는 기체를 이용하는 것이 바람직하다.
산소 트랩제로서, 예를 들면, 카본 재료, 금속 분말, 수소 가스 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 이들의 산소 트랩제는 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다. 간편성, 경제성 및 안전성의 관점에서, 카본 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
카본 재료로서, 특별히 제한되지 않는다. 카본 재료로서, 예를 들면, 흑연질계 카본, 비정질 카본, 이들의 중간적 결정 구조를 가지는 카본 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 카본 재료는 평판상, 박상, 분말상 등, 어떠한 형상의 것이어도 좋다. 취급성이 좋고, 티탄 재료의 가열 처리 중의 열변형을 방지할 수 있는 이유에서, 평판상의 카본 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
질소 가스 분위기 하에서의 가열 처리의 반응 기압으로서는, 0.01MPa~1MPa 정도가 바람직하고, 0.05MPa~0.5MPa 정도가 보다 바람직하다. 질소 가스 분위기 하에서의 가열 처리의 반응 기압으로서는, 경제성, 안전성, 간편성 등의 관점에서, 0.1MPa가 더욱 바람직하다.
질소 가스 분위기 하에서의 가열 처리 온도로서는, 1분~12시간 정도가 바람직하고, 10분~8시간이 보다 바람직하고, 1시간~6시간이 더욱 바람직하다.
티탄 재료를 질소 가스 분위기 하에서 가열 처리하는 방법으로서는, 티탄 재료 표면에 티탄 질화물을 효율 좋게 형성하기 위해, 로터리식 진공 펌프나 필요에 따라서 메커니컬 부스터 펌프, 기름 확산 펌프를 이용하여 로 내를 감압하고, 가열 처리하는 로 내에 잔류하는 산소 농도를 감소시켜 두는 것이 바람직하다. 그들 로 내를 감압하기 위해 이용하는 로터리식 진공 펌프, 메커니컬 부스터 펌프 및 기름 확산 펌프를 1종 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다.
가열 처리하기 전의 로 내의 진공도는 바람직하게는 10Pa 정도 이하, 보다 바람직하게는 1Pa 정도 이하, 더욱 바람직하게는 0.1Pa 정도 이하까지 감압한다. 이 감압 처리에 의해 티탄 재료 표면에 티탄 질화물을 효율 좋게 형성할 수 있다.
또한, 가열 처리하는 로 내에 잔류하는 산소 농도를 감소시키는 감압 처리와, 그 감압 처리한 로에 대하여, 질소 가스를 로 내에 공급하는 복압 처리를 번갈아 반복하는 것이 바람직하다. 이 감압 처리와 복압 처리를 번갈아 반복함으로써 로 내의 산소 농도는 보다 감소시키는 것(산소가 거의 없는 상태)이 얻어진다. 이 처리에 의해 티탄 재료는 산소와 반응할 수 없고, 질소와 반응하기 때문에 티탄 재료 표면에 티탄 질화물을 보다 효율 좋게 형성할 수 있다.
티탄 재료 상에 티탄 탄화물, 티탄 탄질화물, 티탄 붕질화물 등을 형성하는 경우
조면화 재료(티탄 재료)의 표면에 티탄 탄화물(탄화티탄), 티탄 탄질화물(탄질화티탄) 및 티탄 붕질화물(붕질화티탄)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 형성하는 방법(제막 방법)으로서는, 기지(旣知)의 성막 방법을 적용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, CVD, 열CVD, RF 플라즈마 CVD, PVD, 용사 처리, 이온 플레이팅 및 스퍼터링으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
(3) 양극 산화 처리를 실시하는 공정
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은 (3) 상기 공정 (2)에서 얻어진, 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료를, 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함한다. 이 양극 산화 처리를 실시함으로써 비정질 산화티탄 피막을 형성할 수 있다.
이 양극 산화를 실시하는 공정에서는 불꽃 방전을 발생시키지 않는 조건이기 때문에 통상, 아나타제형 산화티탄 등의 결정성 산화티탄의 피막은 형성되지 않는다. 다음 공정의 가열 처리를 실시함으로써 비정질 산화티탄으로부터 결정성 산화티탄의 피막을 형성할 수 있다.
이 결정성 산화티탄의 피막(바람직하게는 아나타제형 산화티탄)은 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료로 된다.
본 발명의 양극 산화 처리는 불꽃 방전 현상에 동반하는 공정은 아닌 것에서 고전류를 필요로 하지 않는다. 또한, 본 발명의 양극 산화 처리는 전해액의 발열도 그다지 올라가지 않기 때문에 고전류를 부여하는 고액의 전원 장치나 고전력을 필요로 하지 않는다. 또한, 전해액의 발열량이 그다지 없기 때문에 고액의 냉각 장치를 필요로 하지 않는 것에서 경제성이 높다.
공정 (3)의 양극 산화 처리에서 이용하는 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액은 무기산, 유기산 및 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는 전해액인 것이 바람직하다.
티탄에 에칭성을 가지지 않는 무기산으로서는, 인산, 탄산 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 티탄에 에칭성을 가지지 않는 유기산으로서는, 아세트산, 락트산 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들의 산의 염화합물로서는, 인산수소나트륨, 인산이수소나트륨, 탄산수소나트륨, 아세트산나트륨, 락트산나트륨 등을 이용하는 것이 바람직하다. 그 밖에, 황산나트륨, 황산칼륨, 질산나트륨, 질산칼륨 등을 함유하는 전해액을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 무기산으로서는, 인산 및/또는 인산염이 가장 바람직하다. 예를 들면, 인산 및/또는 인산염이 포함되는 전해액에서는 0.01중량%~10중량% 정도의 농도가 바람직하다. 상기 전해액은 0.1중량%~10중량% 정도의 농도가 보다 바람직하고, 1중량%~3중량% 정도의 농도가 더욱 바람직하다.
이들의 산이나 염화합물은 1종 단독으로 이용해도 좋고, 이들의 산이나 염화합물을 2종류 이상 조합하여 사용해도 좋다. 이 전해액에서의 상기의 산이나 염화합물은 총량으로 0.01중량%~10중량% 정도의 농도가 바람직하고, 0.1중량%~10중량% 정도의 농도가 보다 바람직하고, 1중량%~3중량% 정도의 농도가 더욱 바람직하다.
본 발명의 양극 산화 처리는 불꽃 방전 현상을 동반하는 양극 산화와 비교하여, 고전류를 필요로 하지 않고, 전해액의 발열도 그다지 올라가지 않기 때문에 고전류를 부여하는 고액의 전원 장치나 고전력을 필요로 하지 않고 완료되는 점에서 바람직한 처리 방법이다. 본 발명의 양극 산화 처리는 또한, 전해액의 발열량이 그다지 크지 않고, 고액의 냉각 장치를 필요로 하지 않고 완료되는 점에서 대면적의 재료의 처리도 가능하고, 경제성, 안전성, 양산성 등에 유리하다.
티탄에 대하여 에칭 작용을 가지지 않는 전해액 중에서 상기 티탄 화합물이 형성된 티탄 재료를 침지함으로써 양극 산화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
양극 산화 처리의 처리 온도는 10℃~50℃ 정도에서 실시하는 것이 바람직하고, 20℃~30℃ 정도의 온도에서 양극 산화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 양극 산화 처리의 처리 시간은 1분~30분 정도의 시간으로 실시하는 것이 바람직하고, 5분~20분 정도로 양극 산화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
(4) 가열 처리를 실시하는 공정
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법은 (4) 상기 공정 (3)에서 얻어진, 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 재료를, 대기 분위기, 산소 가스와 질소 가스를 혼합시킨 분위기 및 산소 가스 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 분위기에서 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 결정성 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명은 티탄 화합물이 형성된 티탄 재료에 대하여 양극 산화 처리를 실시하는 것을 포함한다. 티탄 화합물이 형성된 티탄 재료에 대하여 양극 산화 처리를 실시함으로써 티탄 재료의 표면에 비정질 산화티탄 피막을 형성할 수 있다. 이어서, 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료를, 산화성 분위기 중에서 가열 처리를 더 실시함으로써, 그 티탄 재료의 표면에 결정성 산화티탄을 형성할 수 있다.
티탄 재료를 단순히 산화성 분위기 하에서 가열 처리하는 것만으로는 루틸형 산화티탄은 형성되지만, 아나타제형 산화티탄은 형성되지 않는다.
가열 처리를 실시하는 분위기는 산화성 분위기이다. 가열 처리를 실시하는 분위기로서는, 대기 산화 분위기, 산소 가스와 질소 가스를 혼합시킨 임의의 산소 가스 분위기, 산소 가스 분위기 등으로부터 선택된 것이면 좋다. 이들 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 분위기에서 실시하는 것이 좋다. 가열 처리를 실시하는 산화성 분위기로서, 간편성, 경제성, 안전성 등의 관점에서 대기 산화 분위기 하에서의 가열 처리가 바람직하다.
산화성 분위기 하에서의 가열 처리 온도로서는, 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시한다. 이 가열 처리에 의해 비정질 산화티탄 피막으로부터 결정성 산화티탄 피막을 형성할 수 있다. 산화성 분위기 하에서의 가열 처리 온도로서는, 루틸형 산화티탄을 보다 형성시키지 않는다는 관점에서 300℃~800℃ 정도로 처리하는 것이 바람직하고, 400℃~700℃ 정도로 처리하는 것이 보다 바람직하다.
가열 처리를 실시하는 반응 기압으로서는, 0.01MPa~10MPa 정도가 바람직하고, 0.1MPa~1MPa 정도가 보다 바람직하다. 간편성, 경제성, 안전성 등의 관점에서, 가열 처리를 실시하는 반응 기압으로서는, 0.1MPa 정도가 더욱 바람직하다. 가열 처리를 실시하는 시간으로서는, 10분~8시간 정도가 바람직하고, 30분~6시간 정도가 보다 바람직하다. 간편성, 경제성, 안전성 등의 관점에서, 가열 처리를 실시하는 시간은 1시간 정도가 더욱 바람직하다.
결정성 산화티탄 피막은 아나타제형 산화티탄의 피막인 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에 의해 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료를 제조할 수 있다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 상기 연마재(블래스트 입자)를 사용하거나, 화학적 에칭 처리를 실시하여 조정할 수 있다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 0.1~100㎛인 것이 바람직하다. 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 1㎛ 정도 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.5㎛ 정도 이상이고, 특히 바람직하게는 2㎛ 정도 이상이다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 바람직하게는 1㎛~100㎛ 정도의 범위이고, 더욱 바람직하게는 1.5㎛~50㎛ 정도의 범위이고, 특히 바람직하게는 2㎛~20㎛ 정도의 범위이다.
재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법 등으로 측정할 수 있다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프S4C형/H503 등의 표면 거칠기 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
[2] 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료
본 발명의 제조 방법에 의해 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료를 제조할 수 있다.
본 발명은 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료로서, 해당 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)가 0.1~100㎛인 것을 특징으로 하는 재료이다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 용도에 이용하는 재료인 것이 바람직하다.
결정성 산화티탄 피막은 아나타제형 산화티탄의 피막인 것이 바람직하다.
(1) 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 상기 연마재(블래스트 입자)를 사용하거나, 화학적 에칭 처리를 실시하여 조정할 수 있다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 0.1~100㎛인 것이 바람직하다. 티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 바람직하게는 1㎛ 정도 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.5㎛ 정도 이상이고, 특히 바람직하게는 2㎛ 정도 이상이다.
티탄 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하여 형성한 조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 보다 바람직하게는 1㎛~100㎛ 정도의 범위이고, 더욱 바람직하게는 1.5㎛~50㎛ 정도의 범위이고, 특히 바람직하게는 2㎛~20㎛ 정도의 범위이다.
재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법 등으로 측정할 수 있다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프S4C형/H503 등의 표면 거칠기 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법으로 측정할 수 있다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프S4C형/H503 등의 표면 거칠기 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다.
(2) 광촉매 재료 및 광전 변환 소자용 재료
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료 등의 용도에 이용하는 것이 바람직하다. 고기능을 발휘하는 광촉매 재료에 적용할 수 있다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 활성이 높기 때문에 살균 효과를 가진다. 본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 기상 중이나 액상 중의 유해 물질을 분해시키기 위한 재료에 이용하는 것이 가능하다. 본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 친수성을 부여시키는 것도 가능하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 재료로서 이용하는 것이 가능하다.
본 발명의 광촉매 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 우수한 살균 효과를 가지고 있고, 그 때문에 온천의 수질 정화, 밸러스트 탱크 내의 미생물의 살균뿐만 아니라, 의료 분야로의 응용도 가능하다.
수영장, 목욕탕, 온천 등의 수질을 정화하는 방법에서는 차아염소산이나 차아염소산나트륨 등이 사용되고 있다. 차아염소산나트륨을 사용하는 경우, 충분한 효과가 기대되지 않는 경우도 있을 뿐만 아니라, 염소 냄새가 나는 것이 문제로 되어 있다.
본 발명의 광촉매 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 우수한 살균 효과를 가지는 이유에서, 수영장, 목욕탕, 온천 등에 존재하는 미생물, 세균 등을 제거함으로써 그들의 수질 정화가 가능하다. 또한, 본 발명의 광촉매 재료를 사용함으로써 염소 냄새도 발생하는 일이 없다.
선박, 특히, 화물선은 적재 화물 등의 중량을 포함시켜서 설계되어 있기 때문에, 짐을 싣지 않은 경우, 배의 중심(重心)이 올라가서 복원성이 저하하고, 전복되기 쉬위지는 등의 여러 가지 지장이 발생한다. 그래서 선 내에 설치한 밸러스트 탱크에 해수 등을 쌓고, 추(weight) 대신으로 하여 선체를 안정시키는 대책이 취해지고 있다.
이때, 적재하는 항구와 배출하는 항구가 다르기 때문에 밸러스트수에 포함되는 수생 생물이 다국 간을 왕래하여, 지구 규모에서 생태계가 교란되는 등의 문제가 발생하고 있다. 그래서 선박 밸러스트수 등에 포함되는 미생물의 살멸이나 살균에도 차아염소산나트륨이 사용되고 있다. 차아염소산나트륨을 사용하면, 밸러스트 탱크를 구성하는 재료가 부식되는 것이 문제로 되어 있다.
본 발명의 광촉매 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 우수한 살균 효과를 가지고 있고, 그 때문에 선박 밸러스트수 등에 포함되는 미생물의 살멸이나 살균이 가능하다. 또한, 본 발명의 광촉매 재료는 해수에 대하여 완전 내식성을 가지는 티탄 재료가 사용되고 있기 때문에 반영구적인 사용도 가능하고, 밸러스트 탱크를 부식시키는 일도 없다.
주택, 사무소의 합판, 화장판, 접착제, 도료 등의 구조재 등으로부터 발생하는 포름알데히드나 담배의 악취 물질인 아세트알데히드 등의 유기 화합물이 건강 피해를 일으키는 일이 있다.
본 발명의 광촉매 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 이들 휘발성 유기 화합물(VOC) 등을 분해 제거하는 것이 가능하다.
또한, 기상 중의 유해 물질로서, 산성우(酸性雨)의 원인으로 되는 유황 산화물(SOx) 등은 석탄 화력 발전소 등의 화석 연료를 연소하는 공정이나 선박의 연료로 되는 중유에 포함되는 유황분이 연소하는 공정(보일러 등)에서 다량으로 발생하는 것이 문제로 되어 있다.
본 발명의 광촉매 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 이들의 유황 산화물(SOx) 등의 유해 물질 등의 분해 장치에 사용하는 것이 가능하다.
또한, 근래, 공업용의 세정에 이용하고 있는 트리클로로에틸렌 등의 휘발성 유기 화합물(VOC) 등이나 공장 배수의 유해 금속이 토양에 침입하여 심각한 토양 오염을 초래하고 있다.
본 발명의 광촉매 재료는 토양 오염을 초래하고 있는 휘발성 유기 화합물(VOC) 등의 유해 물질의 분해 장치에 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 광촉매 재료는 PM2.5에 부착하는 유해 물질의 분해에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 실내의 벽재, 빌딩 외벽, 지붕재 등의 건조물로의 응용이 가능하다.
금속 티탄 또는 티탄 합금을, 에칭 작용을 가지지 않는 산의 희박 용액 중에서 양극 산화 처리하는 방법이 알려져 있다. 그러나 이들의 방법에서는 결정 구조를 나타내지 않는 비정질의 산화티탄이 형성될 뿐으로, 그 비정질의 산화티탄은 광촉매 특성이나 색소 증감 태양 전지의 광전 변환 특성을 전혀 나타내지 않는다.
결정성의 산화티탄 피막은 아나타제형의 산화티탄 피막인 것이 바람직하다. 아나타제형 산화티탄은 전도대의 에너지 레벨이 루틸형 산화티탄보다 높은 위치에 존재한다. 그 때문에, 아나타제형 산화티탄은 전도대에 여기된 전자가 효율 좋게 반응에 기여하고, 루틸형 산화티탄에 비하여 광촉매 활성이 높다. 또한, 아나타제형 산화티탄은 루틸형 산화티탄을 색소 증감 태양 전지의 광전극에 이용하는 것보다 개방 전압값이 향상되기 때문에 광전 변환 특성도 높다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 활성이나 색소 증감 태양 전지의 특성이 높은 아나타제형 산화티탄의 양이 많은 피막이 형성되어 있다. 본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 광촉매 재료로서 이용하면, 산화티탄 미립자를 기재에 피복하고 있는 종래의 광촉매 재료와 비교하여 매우 고성능의 광촉매 기능을 발휘하는 것이 가능하다.
아나타제형 산화티탄은, 그 밴드갭에 상당하는 근자외선의 광조사가 이루어지면, 가전자대에 정공이, 전도대에 전자가 생성되어, 산화 반응을 일으키는 광촉매이다. 이 산화 반응으로 OH래디컬 등의 활성 산소가 생성되고, 이 활성 산소가 기상 중이나 액상 중의 유해 물질을 산화 분해한다.
광촉매 반응은 표면 반응이기 때문에 광촉매 재료와 광촉매 반응의 대상으로 되는 성분의 접촉 기회가 많을수록 광촉매 반응의 효율은 향상되고, 그 때문에, 티탄 화합물을 형성시키기 전에 블래스트 처리 등의 기계적인 조면화 처리를 하는 것이 바람직하다. 또한, 블래스트 처리를 실시한 후에 화학적인 에칭을 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 그들의 재료 표면에 아나타제형 산화티탄 피막이 형성되어 있기 때문에 차세대 태양 전지로서 주목되고 있는 색소 증감 태양 전지의 광전극 기판 등의 광전 변환 소자용 재료로서 이용할 수도 있다.
(3) 식용유 열화 방지 부재
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 식용유 열화 방지 부재의 용도에 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 식용유 열화 방지 부재에 적용할 수 있다. 구체적으로는, 가열 조리 용기의 종류, 형상, 크기나 식용유의 종류에 관계 없이, 본 발명의 식용유 열화 방지 부재를 조리 중의 식용유와 접촉시킴으로써 식용유의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 식용유의 열화를 초래하는 것에 의한 풍미 및 영양가의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 식용유의 수명을 향상시킬 수도 있다.
또한, 식용유의 점도의 증가를 방지하여 기름 소비도 좋아지는 이유에서, 담백한 감각의 튀김을 조리할 수 있기 때문에 조리품의 식감도 개선된다.
식용유는 조리 중, 공기 중의 산소 분자나 열에 동반하는 산화 반응, 또는 식품 중의 수분자와 반응하여 열화한다. 식용유의 열화를 판단하는 산가(AV)가 상승할 때까지는 이하의 단계가 있다. 가열된 식용유는 산소와 결합하고, 과산화물가(POV)가 상승한다. 다음으로, 카르보닐가(CV)가 증가한다. 이 카르보닐 화합물인 알데히드는 화학적으로 매우 불안정한 상태에서 미각이나 컨디션에 영향을 준다. 다음으로, 수분자와 식용유는 화학 반응하여, 카르복시산으로 변화한다. 이 산이 AV로 되어 나타난다.
일반적인 산화티탄은 티탄 1개와 산소 2개가 화학 결합되어 생기고 있다.
이에 대하여, 아나타제형 산화티탄은 산소가 일부 존재하지 않는 격자 결함이라 불리는 장소가 존재한다. 이 산소가 존재하지 않는 격자 결함부에는 산소 분자가 받아들여지기 쉽다. 조리 중의 공기 중의 산소 분자는 식용유 열화 방지 부재 표면의 아나타제형 산화티탄의 격자 결함 부위에 화학 흡착된다. 이 작용에 의하여 식용유가 산소 분자와 접촉하는 기회가 감소하고, 식용유 열화 반응의 초기 반응인 과산화물의 형성을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 식용유 열화 방지 부재 표면의 아나타제형 산화티탄의 격자 결함 부위에 수분자도 화학 흡착된다. 이 작용에 의하여 식용유가 수분자와 접촉하는 기회가 감소하고, 식용유 열화 반응인 가수 분해 반응을 효과적으로 억제할 수 있기 때문에 산가(AV)의 상승도 억제할 수 있다.
본 발명에서는 (1) 티탄 재료의 표면에 대하여 조면화 처리를 실시하고, 필요에 따라서 화학적 에칭 처리를 실시하고, 이어서, (2) 티탄 화합물을 형성하는 공정을 실시하고, 이어서, (3) 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화를 실시하고, 비정질의 산화티탄 피막을 형성하고, 이어서, (4) 산화성 분위기 하에서 가열 처리를 실시한다는 일련의 표면 처리 기술을 실시하는 처리에 의해 아나타제형 산화티탄의 산소 격자 결함부를 증대시키는 것이 가능하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 식용유 열화 방지 부재로서 이용하면, 식용유의 열화를 효율 좋게 억제할 수 있다. 또한, 식용유 열화 방지 반응은 표면 반응이다. 본 발명의 식용유 열화 방지 부재와 식용유의 접촉 기회가 많을수록 식용유의 열화를 효율적으로 억제하는 것이 가능하기 때문에 티탄 화합물을 형성시키기 전에 블래스트 처리 등의 기계적 조면화 처리를 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 대상으로 되는 식용유로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 대두유, 채종유, 팜유, 올리브유, 샐러드유, 면실유, 카카오유, 해바라기유, 콘유, 미강유, 돼지 기름, 정어리 기름, 고래 기름 등을 들 수 있다.
(4) 내마모성 부재
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 내마모성 부재의 용도에 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 비커스 경도가 매우 높고, 내마모성 특성이 우수해 있기 때문에 내마모성 부재에 이용할 수 있다. 구체적으로는, 금속 티탄의 비커스 경도는 170 정도이다. 본 발명의 표면 처리를 실시한 경우, 티탄 화합물의 종류에 따라 비커스 경도는 변화하지만, 1,000~4,000 정도로 매우 높은 것으로 된다.
내마모성 부재란, 금형, 롤 부재, 공구 등에 적용되는 것이고, 내마모성이 향상되는 것으로 금형, 롤 부재, 공구의 수명을 연장시키는 것이 가능하다. 또한, 양호한 내마모성을 나타내는 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료 및 식용유 열화 방지 부재를 제조할 수 있다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 예를 들면, 광촉매 재료, 광전 변환 소자 재료 및 식용유 열화 방지 부재로서 이용하면, 양호한 내마모성을 나타낸다. 본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료는 가혹한 환경 하에서도 장시간 안정되게 사용할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 광촉매 재료, 광전 변환 소자 재료나 식용유 열화 방지 부재의 내마모성을 양호하게 유지하면서 티탄 재료 고유의 높은 내식성이 우수한 재료를 제조할 수 있다.
(실시예)
본 발명의 양태는 금속 티탄 재료를 (1) 조면화 처리하고, 이어서, (2) 티탄 화합물을 형성하고, 이어서, (3) 금속 티탄에 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리하고, 마지막으로 (4) 가열 처리하여 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료이다.
종래 기술의 하나의 양태는 금속 티탄 재료를 (1) 조면화 처리하고, 이어서, (3) 금속 티탄에 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리, 마지막으로 (4) 가열 처리하여 재료를 제작했다. 종래 기술의 또 하나의 양태는 금속 티탄 재료를 (2) 티탄 화합물을 형성하고, 이어서, (3) 금속 티탄에 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리하고, 마지막으로 (4) 가열 처리하여 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료를 제작했다. 이들 종래 기술은 본 발명의 재료와 달리, 공정 (1)의 "조면화 처리"를 거치지 않고 제작한 재료, 또는 공정 (2)의 "티탄 화합물 형성"을 거치지 않고 제작한 재료이다.
<실시예 1>
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
(1-1) 공정 1: 조면화 처리한 티탄 재료의 제작
아나타제형 산화티탄의 형성량을 비교하기 위해, 쇼트 블래스트 처리하는 경우와 하지 않는 경우의 2가지의 조건으로 재료를 제작했다.
쇼트 블래스트 처리를 실시하는 재료의 경우, 금속 티탄판(티탄 재료, 광전극 기판)을, 블래스트 처리 장치(BA-1: 직압식, 아츠치 철공제)를 사용하여 기판 표면의 조면화를 실시했다.
우선, 장치 내에 금속 티탄판 및 연소재(니혼 겐사쿠 도류제의 알루미나 ＃150, 알루미나 입경 63㎛~74㎛)를 설치했다. 이어서, 압축기로 공기를 받아들이고, 압력을 0.5MPa로 조정했다.
마찬가지로, 니혼 겐사쿠 도류제의 알루미나 입자 ＃12(알루미나 입경 1,410㎛~1,680㎛) 및 알루미나 입자 ＃24(알루미나 입경 590㎛~710㎛)를 이용하여 블래스트 처리를 실시했다.
연소재를 기판을 향하여 직압식으로 발사시키고, 일면에 대해 30초간 쇼트 블래스트 처리를 실시했다. 쇼트 블래스트 처리는 기판 양면에 대하여 실시했다.
블래스트 처리한 재료(검체)의 평균 표면 거칠기(Ra)를 측정했다. 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법으로 측정했다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)는 예를 들면, 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프S4C형/H503을 이용하여 측정했다.
표 1에 조면화 처리 후의 평균 표면 거칠기(Ra)를 나타냈다.
조면화 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
표 1
블래스트 처리 블래스트 입자 Ra(㎛)


직압식		 ＃12
(입경 1,410㎛~1,680㎛)		 9.88
＃24
(입경 590㎛~710㎛)		 6.29
＃150
(입경 63㎛~74㎛)		 2.14
본 발명의 양태로서, 티탄 재료에 조면화 처리를 실시했다. 한편, 종래 기술의 양태로서, 티탄 재료에 조면화 처리를 실시하지 않았다.
(1-2) 양극 산화 처리한 티탄 재료의 제작
공정 2: 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물 형성
금속 티탄판 및 쇼트 블래스트 처리를 한 금속 티탄판을 트리클로로에틸렌으로 탈지 처리한 후, 질화로(NVF-600-PC, 나카니혼로 공업제)를 사용하여 탈지 처리한 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
구체적으로는 우선, 질화로 내에 설치한 평판상의 카본재에 의해 각 금속 티탄판을 끼웠다. 이어서, 산소를 제거하기 위해 질화로를 1Pa 이하까지 감압 처리한 후, 질화로에 99.99% 이상의 고순도의 질소 가스를 도입하여 0.1MPa까지 복압시켰다.
이어서, 질화로를 2시간에 걸쳐서 950℃까지 승온했다. 이어서, 이 950℃의 질화로에서 1시간 가열 처리를 실시하고, 각 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
본 발명의 양태로서, 조면화 처리 후 재료에 대하여 티탄 화합물 형성을 실시했다. 한편, 종래 기술의 양태로서, 조면화 처리 후 재료에 대하여 티탄 화합물 형성을 실시하지 않았다.
공정 3: 양극 산화 처리
표면에 티탄 질화물을 형성시킨 금속 티탄판(본 발명)을 직류 안정화 전원 PU300-5(TEXIO제)를 이용하여 1중량% 인산 수용액(와코 준야쿠 공업(주)제) 중, 전류 밀도 0.5A/d㎡로 10분간 양극 산화 처리를 실시했다. 이 양극 산화 처리에 의해 티탄 재료 표면에 비정질의 산화티탄의 피막을 형성시켰다.
종래 기술의 양태로서, 조면화 처리를 실시하지 않은 티탄 재료 또는 티탄 화합물 형성을 실시하지 않은 티탄 재료에 대해서도 양극 산화 처리를 실시했다.
공정 4: 가열 처리
표면에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판(본 발명)을 전기로(MB-242020, 고요 서모 시스템제)를 사용하여 대기 분위기 하에서 가열 처리를 실시했다.
우선, 전기로 내에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판을 설치하고, 전기로의 문을 닫아서 밀폐한 후, 670℃까지 1시간에 걸쳐서 승온했다. 이어서, 700℃까지 30분간에 걸쳐서 승온하고, 700℃까지 도달한 후, 계속해서 1시간에 걸쳐서 유지함으로써 티탄 재료 표면에 아나타제형의 산화티탄 피막(결정성 산화티탄 피막)을 형성시켰다.
종래 기술의 양태로서, 조면화 처리를 실시하지 않은 티탄 재료 또는 티탄 화합물 형성을 실시하지 않은 티탄 재료에 대해서도 가열 처리를 실시했다.
상기 재료(검체)의 평균 표면 거칠기(Ra)를 측정했다. 평균 표면 거칠기(Ra)는 ISO4287 준거로 하는 방법으로 측정했다. 그 평균 표면 거칠기(Ra)를 테일러 홉슨(주)제의 탈리서프S4C형/H503을 이용하여 측정했다.
표 2에 본 발명 및 종래 기술의 가열 처리 후의 평균 표면 거칠기(Ra)를 나타냈다. 종래 기술의 재료는 본 발명의 재료와 달리, 공정 (2)의 티탄 화합물 형성을 거치지 않고 제작한 재료이다.
티탄 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성시키기 전에 플라즈마 처리를 실시함으로써 티탄 재료의 표면 거칠기를 거칠게 할 수 있고, 티탄 재료의 표면적을 크게 할 수 있었다.
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 평균 표면 거칠기(Ra)
표 2
블래스트 처리 블래스트 입자 Ra(㎛)


직압식		 ＃12
(입경 1,410㎛~1,680㎛)		 9.64
＃24
(입경 590㎛~710㎛)		 6.02
＃150
(입경 63㎛~74㎛)		 2.21
종래 기술
질화 처리 없음		 ＃150
(입경 63㎛~74㎛)		 2.04
블래스트 입자 ＃150의 검체에 대하여, 실시예 2에서는 XRD아나타제 형성량을 측정하고, 실시예 3에서는 광촉매 활성을 측정했다.
<실시예 2>
티탄 재료의 표면에 형성된 결정성 산화티탄 피막의 형성량
(2-1) 양극 산화 처리한 티탄 재료의 제작
아나타제형 산화티탄(결정성 산화티탄 피막)의 형성량을 비교하기 위해, 쇼트 블래스트 처리하는 경우와 하지 않는 경우의 2가지의 조건으로 재료를 제작했다.
쇼트 블래스트 처리를 실시하는 재료의 경우, 금속 티탄판(티탄 재료, 광전극 기판)을 블래스트 처리 장치(BA-1: 직압식, 아츠치 철공제)를 사용하여 기판 표면의 조면화를 실시했다.
우선, 장치 내에 금속 티탄판 및 연소재(니혼 겐사쿠 도류제의 알루미나 ＃150, 알루미나 입경 63㎛~74㎛)를 설치했다. 이어서, 압축기로 공기를 받아들이고, 압력을 0.5MPa로 조정했다.
연소재를 기판을 향하여 직압식으로 발사시키고, 일면에 대해 30초간 쇼트 블래스트 처리를 실시했다. 쇼트 블래스트 처리는 기판 양면에 대하여 실시했다.
금속 티탄판 및 쇼트 블래스트 처리를 한 금속 티탄판을 트리클로로에틸렌으로 탈지 처리한 후, 질화로(NVF-600-PC, 나카니혼로 공업제)를 사용하여 탈지 처리한 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
구체적으로는 우선, 질화로 내에 설치한 평판상의 카본재에 의해 각 금속 티탄판을 끼웠다. 이어서, 산소를 제거하기 위해 질화로를 1Pa 이하까지 감압 처리한 후, 질화로에 99.99% 이상의 고순도의 질소 가스를 도입하여 0.1MPa까지 복압시켰다.
이어서, 질화로를 2시간에 걸쳐서 950℃까지 승온했다. 이어서, 이 950℃의 질화로에서 1시간 가열 처리를 실시하고, 각 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
표면에 티탄 질화물을 형성시킨 금속 티탄판을 직류 안정화 전원 PU300-5(TEXIO제)를 이용하여 1중량% 인산 수용액(와코 준야쿠 공업(주)제) 중, 전류 밀도 0.5A/d㎡로 10분간 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질의 산화티탄의 피막을 형성시켰다.
표면에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판을 전기로(MB-242020, 고요 서모 시스템제)를 사용하여 대기 분위기 하에서 가열 처리를 실시했다.
우선, 전기로 내에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판을 설치하고, 전기로의 문을 닫아서 밀폐한 후, 670℃까지 1시간에 걸쳐서 승온했다. 이어서, 700℃까지 30분간에 걸쳐서 승온하고, 700℃까지 도달한 후, 1시간에 걸쳐서 유지함으로써 티탄 재료 표면에 아나타제형의 산화티탄 피막을 형성시켰다.
(2-2) X선 회절의 결과
쇼트 블래스트 처리한 기판에 양극 산화한 금속 티탄판의 아나타제형 산화티탄(결정성 산화티탄 피막)의 형성량을 X선 회절 장치(MiniFlexⅡ, 리가쿠제)를 이용하여 가속 전압 30㎸로 XRD측정했다.
본 발명의 재료를 쇼트 블래스트 처리를 하지 않고 양극 산화한 금속 티탄판(종래 기술)과 비교했다. 또한, 본 발명의 재료를 티탄 화합물 형성을 하지 않고 양극 산화한 금속 티탄판(종래 기술)과 비교했다. 이들 종래 기술의 재료는 본 발명의 재료와 달리, 공정 (1)의 조면화 처리를 거치지 않고 제작한 재료 또는 공정 (2)의 티탄 화합물 형성을 거치지 않고 제작한 재료이다.
표 3에 본 발명 및 종래 기술의 아나타제형 산화티탄의 형성량을 나타냈다. 본 발명의 쇼트 블래스트 처리한 재료는 블래스트 처리를 실시하지 않은 재료에 비하여 아나타제형 산화티탄(결정성 산화티탄 피막)량이 약 2배로 증대했다.
본 발명의 티탄 화합물을 형성한 재료는 질화 처리를 실시하지 않은 재료에 비하여 아나타제 산화 티탄량이 약 3배 형성되었다.
아나타제형 산화티탄(결정성 산화티탄 피막)의 형성량
표 3
재료의 종류 XRD 적분 강도
아나타제 101면
본 발명
블래스트 처리 있음
질화 처리 있음		 411.41
종래 기술
블래스트 처리 없음		 237.59
종래 기술
질화 처리 없음		 136.96
도 1: 결정성 산화티탄의 형성량의 그래프
본 발명의 티탄 재료의 제조 방법에 의해 제조된 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료는 종래 기술과 비교하여, 그 표면에 결정성 산화티탄 피막이 많이 형성되었다.
<실시예 3>
표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 광촉매 활성
(3-1) 양극 산화 처리한 티탄 재료의 제작
금속 티탄판(티탄 재료, 광전극 기판)을 블래스트 처리 장치(BA-1, 직압식, 아츠치 철공제)를 사용하여 기판 표면의 조면화를 실시했다.
우선, 장치 내에 금속 티탄판 및 연소재(니혼 겐사쿠 도류제의 알루미나 ＃150, 알루미나 입경 63㎛~74㎛)를 설치했다. 이어서, 압축기로 공기를 받아들이고, 압력을 0.5MPa로 조정했다.
연소재를 기판을 향하여 직압식으로 발사시키고, 일면에 대해 30초간 쇼트 블래스트 처리를 실시했다. 쇼트 블래스트 처리는 기판 양면에 대하여 실시했다.
다음으로, 쇼트 블래스트 처리한 금속 티탄판을 트리클로로에틸렌을 이용하여 탈지 처리한 후, 질화로(NVF-600-PC, 나카니혼로 공업제)를 사용하여 탈지처리한 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
구체적으로는 우선, 질화로 내에 설치한 평판상의 카본재에 의해 금속 티탄판을 끼웠다. 이어서, 산소를 제거하기 위해 질화로를 1Pa 이하까지 감압 처리한 후, 질화로에 99.99% 이상의 고순도의 질소 가스를 도입하여 0.1MPa까지 복압시켰다.
이어서, 질화로를 2시간에 걸쳐서 950℃까지 승온했다. 이어서, 이 950℃의 질화로에서 1시간 가열 처리를 실시하고, 금속 티탄판의 표면에 티탄 질화물을 형성시켰다.
표면에 티탄 질화물을 형성시킨 금속 티탄판을 직류 안정화 전원 PU300-5(TEXIO제)를 이용하여 1중량% 인산 수용액(와코 준야쿠 공업(주)제) 중, 전류 밀도 0.5A/d㎡로 10분간 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질의 산화티탄의 피막을 형성시켰다.
표면에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판을 전기로(MB-242020, 고요 서모 시스템제)를 사용하여 대기 분위기 하에서 가열 처리를 실시했다.
우선, 전기로 내에 티탄의 산화 피막을 형성시킨 금속 티탄판을 설치하고, 전기로의 문을 닫아서 밀폐한 후, 670℃까지 1시간에 걸쳐서 승온했다. 이어서, 700℃까지 30분간에 걸쳐서 승온하고, 700℃까지 도달한 후, 1시간에 걸쳐서 유지함으로써 티탄 재료 표면에 아나타제형의 산화티탄 피막(결정성 산화티탄 피막)을 형성시켰다.
(3-2) 광촉매 활성의 평가 결과
상기 표면 처리한 금속 티탄판의 광촉매 활성을 아세트알데히드의 광분해에 의해 평가했다.
우선, 광촉매 기판을 100㎜×100㎜×1㎜ 두께의 크기로 조정했다. 이어서, 본 금속 티탄판 및 아세트알데히드 가스(100ppmv, 3L)를 테들러백(tedlar bag)(아스완제)에 넣었다.
아나타제형 산화티탄이 광여기하는 근자외선을 방사하는 블랙 라이트(도시바 라이텍제)를 이용하여 광강도를 2.2mW/㎠로 조절한 근자외선을 상부로부터 조사했다.
아세트알데히드 농도를 15분마다 측정했다(표 4).
본 발명 및 종래 기술의 재료에 의한 광촉매 활성을 아세트알데히드의 광분해에 의해 평가하고, 비교했다. 본 발명의 재료를, 티탄 화합물 형성을 하지 않고 양극 산화한 금속 티탄판(종래 기술)과 비교했다. 이 종래 기술의 재료는 본 발명의 재료와 달리, 공정 (2)의 티탄 화합물 형성을 거치지 않고 제작한 재료이다.
표 4에 나타내는 대로, 본 발명의 재료는 UV조사 후, 아세트알데히드 농도가 충분히 감소해 있고, 티탄 화합물 형성을 거치지 않고 제작한 종래 기술의 재료에 비하여 높은 광촉매 활성을 나타냈다.
광촉매 활성
표 4


UV 조사
시간		 광촉매 활성
아세트알데히드 농도
본 발명
블래스트 처리 있음
질화 처리 있음		 종래 기술
질화 처리 없음
0min
15min
30min
45min
60min		 101.5ppmv
54.3ppmv
38.3ppmv
19.3ppmv
11.2ppmv		 98ppmv
90ppmv
78ppmv
75ppmv
70ppmv
도 2: 광촉매 활성의 그래프
본 발명의 티탄 재료의 제조 방법에 의해 제조된 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료는 표면에 결정성 산화티탄 피막이 양호하게 형성되어 있기 때문에 종래 기술과 비교하여, 그 표면에 결정성 산화티탄 피막이 많이 형성되어 있고, 높은 광촉매 활성을 나타냈다.
<본 발명과 종래 기술의 비교>
본 발명: (1) 조면화 처리→(2) 티탄 화합물 처리인 질화 처리→(3) 양극 산화 처리→(4) 가열 처리
종래 기술 1: (2) 티탄 화합물 처리인 질화 처리→(3) 양극 산화 처리→(4) 가열 처리
종래 기술 2: (1) 조면화 처리→(3) 양극 산화 처리→(4) 가열 처리
표 5
본 발명의 특징 종래 기술 1 종래 기술 2
티탄 재료의 제조 방법
(1) 티탄 재료의 조면화 처리
(조면화 재료의 형성 공정)
없음
있음
(2) 티탄 화합물의 형성 공정 있음 없음
(3) 양극 산화 처리
(비정질 산화티탄 피막 형성)		 있음 있음
(4) 산화성 분위기에서 가열 처리
(결정성 산화티탄 피막 형성)		 있음 있음
본 발명의 효과

결정성 산화
티탄 피막의
형성량이 많다.
광촉매 활성 등이
양호하다.
유용한 재료
로 된다.

조면화 처리를
실시하지 않으면,
결정성 산화
티탄 피막의
형성량이 적다.		 티탄 화합물을
형성하지 않으면,
결정성 산화
티탄 피막의
형성량이 적다.
광촉매 활성 등이
양호하지 않다.
유용한 재료로
되지 않는다.
본 발명의 티탄 재료의 제조 방법에서는 공정 (1)~(4)까지의 일련의 처리를 모두 거침으로써 표면에 결정성 산화티탄 피막이 양호하게 형성된 금속 티탄 재료를 제조할 수 있다. 본 발명은, 그 기술 특징에 의하여 다음의 유리한 효과를 발휘한다.
광촉매 반응이나 식용유 열화 방지 반응은 표면 반응인 이유에서, 광촉매 재료와 광촉매 반응의 대상으로 되는 성분 및 식용유 열화 방지 부재와 식용유의 접촉 기회가 많을수록, 즉, 표면적이 클수록 광촉매 반응 및 식용유 열화 방지 효과의 효율은 향상된다. 또한, 색소 증감 태양 전지도 표면적이 클수록 광전 변환 효율이 향상된다.
본 발명의 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 티탄 재료의 제조 방법에서는 티탄 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성시키기 전에 조면화 처리(블래스트 처리)를 실시함으로써(공정 (1)) 티탄 재료의 표면 거칠기를 거칠게 할 수 있고, 티탄 재료의 표면적을 크게 할 수 있다.
본 발명은 이어서, 공정 (2)에서 얻어진, 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료를, 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정 (3)을 포함한다. 이 양극 산화 처리를 실시함으로써 비정질 산화티탄 피막을 형성할 수 있다.
본 발명은, 이 양극 산화를 실시하는 공정의 다음에 공정 (4)의 가열 처리를 실시함으로써, 그 비정질 산화티탄으로부터 결정성 산화티탄의 피막을 양호하게 형성할 수 있다.
이 결정성 산화티탄의 피막은 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재, 식용유 열화 방지 부재 등으로서 유용한 재료로 된다.

Claims (10)

  1. 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 제조 방법으로서,
    (1) 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료의 표면에 조면화 처리를 실시하고, 조면화 재료를 형성하는 공정,
    (2) 상기 공정 (1)에서 얻어진 조면화 재료의 표면에 티탄 화합물을 형성하는 공정,
    (3) 상기 공정 (2)에서 얻어진, 표면에 티탄 화합물이 형성된 재료를, 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액 중에서 양극 산화 처리를 실시하고, 비정질 산화티탄 피막을 형성하는 공정 및,
    (4) 상기 공정 (3)에서 얻어진, 표면에 비정질 산화티탄 피막이 형성된 재료를, 대기 분위기, 산소 가스와 질소 가스를 혼합시킨 분위기 및 산소 가스 분위기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 분위기에서 300℃ 이상의 온도로 가열 처리를 실시하고, 결정성 산화티탄 피막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공정 (1)의 조면화 처리가 블래스트 처리인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공정 (1)의 조면화 처리 후, 화학적 에칭 처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (2)에서 형성하는 티탄 화합물이 질화티탄, 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (2)가, 산소 트랩제를 이용하여 질소 가스 분위기 하에서 가열 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 질화티탄을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (2)가, CVD, 열 CVD, RF 플라즈마 CVD, PVD, 용사 처리, 이온 플레이팅 및 스퍼터링으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 처리를 실시함으로써 조면화 재료의 표면에 탄화티탄, 탄질화티탄 및 붕질화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (3)의 양극 산화 처리에서 이용하는 티탄에 대하여 에칭성을 가지지 않는 전해액이, 무기산, 유기산 및 이들의 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는 전해액인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 (4)의 가열 처리의 온도가 300~700℃인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정성 산화티탄 피막이 아나타제형 산화티탄의 피막인 것을 특징으로 하는
    제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면에 결정성 산화티탄 피막이 형성된 금속 티탄 재료 또는 티탄 합금 재료가 광촉매 재료, 광전 변환 소자용 재료, 내마모성 부재 및 식용유 열화 방지 부재로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 용도에 이용되는
    제조 방법.
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