(57)【要約】【課題】多孔質の窒化金属部材を安価に形成することができる、窒化金属部材の製造方法、および多孔質で安価な窒化金属部材を提供する。【解決手段】準備として粒径が２３０μｍであるチタンの粉末１１を用意する。先ず、そのチタンの粉末（金属の粉末）１１に１７．６ＭＰａの圧力を加えて成型体１３を形成する。次に、その成型体１３をチャンバー内に入れる。次いで、そのチャンバー内に窒素ガスを入れる。次に、そのチャンバー内の温度をおよそ８００℃とする。このようにして、成型体１３を窒素雰囲気中で焼結して、窒化チタン部材（窒化金属部材）１４を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の粉末に圧力を加えて成型体を形成した後、その成型体を焼結して窒化金属部材を形成することを特徴とする、窒化金属部材の製造方法。
【請求項２】
前記成型体を、窒素雰囲気中で焼結することを特徴とする、請求項１に記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項３】
前記金属の粉末の粒径を５００μｍ以下とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項４】
前記金属に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のもの、またはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のものを主成分として用いることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項５】
前記金属の粉末に、電気分解反応を促進する触媒を混合してから圧力を加えて成型体を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項６】
前記触媒に、パラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のもの、またはパラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のものの酸化物を主成分とするものを用いることを特徴とする、請求項５に記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項７】
前記成型体をおよそ８００℃で焼結することを特徴とする、請求項６に記載の窒化金属部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の窒化金属部材の製造方法を用いて窒化金属部材を製造することを特徴とする、窒化金属部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気分解用電極として用いる窒化金属部材に関するものである。および、その窒化金属部材を製造する、窒化金属部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化金属部材の一例である窒化チタン部材は硬度が大きいため、従来、工具などに使用されてきた。そのような窒化チタン部材は、耐腐食性を有するとともに、セラミックスでありながら高い電気導電性を有するので、電気導電材、例えば電気分解用電極として使用するようになってきている。
【０００３】
従来の窒化チタン部材の製造方法の一例を図１１に示す。準備として、チタンの粉末１を用意する。そして、そのチタンの粉末１を窒素雰囲気中において、チタンを窒化して窒化チタン１ａの粉末を形成する。
【０００４】
次に、窒化チタンの粉末１ａを不図示の型に入れ、例えば放電プラズマ焼結方法を用いて、９０ＧＰａの圧力を加えながら１６００℃にし、成型と同時に焼結を行って、板状の窒化チタン部材３を形成していた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
そのようにして形成した窒化チタン部材３は、例えば、水道水を電気分解する際、電気分解用電極として使用する。電気分解用電極として使用するには、例えば板状に２枚形成し、それらの電気分解用電極を、一定量溜めた水道水中にそれぞれ浸す。その後、電気分解用電極の陽極および陰極に電流を流すことによって塩素を発生する。そして、発生した塩素は水と反応して次亜塩素酸となる。その次亜塩素酸によって、水道水などに抗菌力を持たせていた。
【０００６】
【非特許文献１】住友石炭鉱業株式会社、“放電プラズマ焼結システム”、［online］、what's SPS、［平成１６年５月２４日検索］、インターネット＜URL:http://www.scm-sps.com/htm/whatspshtm/whatsps4.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、放電プラズマ焼結方法では、窒化チタンの粉末１を、高圧としながら高温とすることができる高価な装置を必要とするから、窒化チタン部材２を安価に形成することができない問題があった。また、窒化チタン部材を電気分解用電極として使用する場合、電気分解の効率を上げるため、単位体積当たりの実効表面積が広い多孔質のものが好ましいが、放電プラズマ焼結方法を用いて窒化チタン部材２を形成すると、高い圧力を加えながら焼結するので、窒化チタンの粉末１のすきまを埋めてしまい、それにより、多孔質の窒化チタン部材２を得ることができないという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記実情に鑑みて、多孔質の窒化金属部材を安価に形成することができる、窒化金属部材の製造方法、および多孔質で安価な窒化金属部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る窒化金属部材の製造方法では、金属の粉末に圧力を加えて成型体を形成した後、その成型体を焼結して窒化金属部材を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項１において、前記成型体を、窒素雰囲気中で焼結することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項１または２において、前記金属の粉末の粒径を５００μｍ以下とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記金属に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のもの、またはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のものを主成分として用いることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記金属の粉末に、電気分解反応を促進する触媒を混合してから圧力を加えて成型体を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項５において、前記触媒に、パラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のもの、またはパラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のものの酸化物を主成分とするものを用いることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７に係る窒化金属部材の製造方法では、上記請求項６において、前記成型体をおよそ８００℃で焼結することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８に係る窒化金属部材では、請求項１〜７のいずれか一つに記載の窒化金属部材の製造方法を用いて窒化金属部材を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の窒化金属部材の製造方法によれば、金属の粉末に圧力を加えて成型体を形成した後、その成型体を焼結して窒化金属部材を形成するので、従来の製造方法のように、高い圧力を加えながら焼結する高価な装置を必要とすることがないから、窒化金属部材を安価に形成することができる。
【００１８】
また、上記したように、金属の粉末に圧力を加えて成型体を形成した後、その成型体を焼結して窒化金属部材を形成するので、高い圧力を加えながら焼結することをなくして金属の粉末のすきまを埋めることを防止することができるので、多孔質の窒化金属部材を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る窒化金属部材の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１である窒化金属部材の製造方法を示す図である。準備として、金属の粉末を用意する。
【００２１】
金属には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のものを用いる。または、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、スカンジウム、イットリウムもしくは鉄のうちいずれか１種のものを主成分とし、他の物質を添加して用いても良い。この例では、金属にチタンを用い、そのチタンの粉末１１の粒径は２３０μｍであった。
【００２２】
先ず、そのチタンの粉末１１を、タングステンカーバイト製の不図示の型に入れてから、１７．６ＭＰａの圧力を加えて成型体１３を形成する。なお、この例では、圧力を１７．６ＭＰａとしたが、１０ＭＰａ以上であれば、金属の粉末の成型体１３を形成することができる。
【００２３】
次いで、その成型体１３を、不図示のチャンバー内に入れる。次に、そのチャンバー内に例えば窒素ガスを入れる。次いで、そのチャンバー内の温度をおよそ８００℃とする。このようにして、成型体１３を窒素雰囲気中で焼結して窒化チタン部材１４を形成する。
【００２４】
その窒化チタン部材（窒化金属部材）１４の外観を図２に、光学顕微鏡によって撮った表面の拡大図を図３に示す。
【００２５】
図２に示すように、この例では、円柱状に窒化チタン部材１４を形成した。その窒化チタン部材１４は、この部材特有の金色をしている。また、図３に示すように、小さい孔を多数確認することができるので、多孔質の窒化チタン部材１４を形成することができた。その理由は、チタンの粉末１１に圧力を加えて成型体１３を形成した後、その成型体１３を焼結して窒化チタン部材１４を形成したので、圧力を加えながら焼結することをなくしてチタンの粉末１１のすきまを埋めることを防止することができるからである。
【００２６】
また、本発明による製造方法によれば、チタンの粉末１１に圧力を加えて成型体１３を形成した後、その成型体１３を焼結して窒化チタン部材１４を形成したので、従来の製造方法のように、圧力を加えながら焼結する高価な装置を必要とすることがないから、窒化チタン部材１４を安価に形成することができる。
【００２７】
加えて、図１に示した製造方法によれば、窒素雰囲気中で焼結するから、窒化と焼結とを同時に行うことができ、製造工程を簡単とすることができる。
【００２８】
さて、焼結する前の成型体１３、および焼結した後の窒化チタン部材１４に含まれる元素を、蛍光Ｘ線分析法によってそれぞれ計測してみた。その結果を図４に示す。
【００２９】
図示するように、窒化チタン部材１４は、窒素を４４．９％と十分に含んでいる。この例において、チタンの粉末１１の粒径を２３０μｍとしたので、個々の粉末の内部まで窒化することができ、それにより窒素を十分に含む良好な窒化チタン部材１４を形成することができた。なお、この例では、チタンの粉末１１の粒径を２３０μｍとしたもので説明したが、粒径を５００μｍ以下とすれば、良好な窒化チタン部材１４を形成することができる。
【００３０】
なお、図１に示す例では、焼結を窒素雰囲気中で行い、窒化と焼結とを同時に行ったが、この発明はそれに限られず、窒化と焼結とを個別に行っても良い。例えば、図５に示すように、チタンの粉末１１を窒素雰囲気中におき、窒化チタンの粉末１１ａとした後、その窒化チタンの粉末１１ａを型に入れ高圧力を加えて成型体１３を形成してから、その成型体１３を焼結することによって窒化チタン部材１４を形成しても良い。または、図６に示すように、チタンの粉末１１を型に入れ高圧力を加えて成型体１３を形成してから、その成型体１３を窒素雰囲気中において、成型体１３を窒化した後、その成型体１３を焼結することによって窒化チタン部材１４を形成しても良い。
【００３１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２である窒化チタン部材の製造方法を図７に示す。準備として、金属の粉末および触媒１２を用意する。その触媒１２は、窒化金属部材を溶液の電気分解用電極として用いる場合、電気分解反応を促進するためのものである。
【００３２】
金属には、実施形態１に示した金属と同様のものを用いる。一方、触媒１２には、パラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のものを用いる。または、パラジウム、ルビジウム、ロジウム、イリジウムもしくは白金のうちいずれか１種のものの酸化物を主成分とし、他の物質を添加して用いても良い。
【００３３】
先ず、例えば、チタンの粉末１１に触媒１２を加え、ミルと呼ばれるミキサーを使用して混合し、図８に示すように、チタンの粉末１１中に触媒１２が満遍なく分散するようにする。
【００３４】
次に、チタンの粉末１１に触媒１２を混合したものを、例えばタングステンカーバイト製の不図示の型に入れ、図７に示すように、１７．６ＭＰａの圧力を加えて成型体１３を形成する。
【００３５】
次に、図１に示した条件と同一条件で、成型体１３を窒化するのと同時に焼結して、窒化チタン部材１４を形成する。
【００３６】
図７に示す製造方法では、チタンの粉末１１および触媒１２に圧力を加えて成型体１３を形成した後、その成型体１３を焼結して窒化チタン部材１４を形成するので、図１１に示す、従来の放電プラズマ焼結方法などを用いた製造方法のように、高圧にしながら高温にすることをなくし、焼結温度を低くすることができるから、触媒１２に酸化物のものを用いても、その酸化物の触媒１２が熱分解されることを防止することができる。加えて、窒素雰囲気中で焼結すれば、焼結温度を一層低くすることができ、それにより、酸化物の触媒１２が熱分解されることを確実に防止することができる。特に、焼結温度をおよそ８００℃にすれば、酸化物の触媒１２が熱分解されることを一層確実に防止することができる。
【００３７】
このようにして形成した窒化チタン部材１４である電気分解用電極と、従来の電気分解電極とを比較するため、本発明の発明者らは、以下に示す検証を行った。
【００３８】
この発明による電気分解用電極として、実施形態２による製造方法によって、板状の窒化チタン部材１４である電気分解用電極（以下、「本発明電極」という）Ａを２枚形成する。一方、従来の電気分解用電極として、金属チタン板の表面に、酸化ルテニウム、酸化イリジウムまたは白金などを主成分とするコーティング層を設け、本発明電極Ａと同一形状とした被覆電極（以下、「従来電極」という）Ｂを２枚用意する。
【００３９】
また、図９に示す箱状の容器１５を用意し、その容器１５に水道水１６を一定量溜め、水道水１６を少量ずつ入れ替えるようにする。
【００４０】
次に、上記した２枚の本発明電極Ａを、水道水１６にそれぞれ浸し、一定の間隔を設けて平行に対向するよう配置する。また、本発明電極Ａには、導線を介して電源１８を設け、その電源１８によって、本発明電極Ａに電流を流して塩素を発生するようにし、発生した塩素が水と反応して有効塩素である次亜塩素酸となる。
【００４１】
その塩素を発生する水道水１６の電気分解を連続して行って、本発明電極Ａの寿命を計測する。一方、従来電極Ｂを用いて、同一条件で水道水１６の電気分解を連続して行って、従来電極Ｂの寿命を計測する。
【００４２】
なお、この実験において、電解電流密度をそれぞれ４Ａ／ｄｍ2とし、例えば炭酸カルシウムなどのスケールが陰極に発生することを防止するため、一定時間毎に電極の極性をそれぞれ切り替え、かつ所定時間毎に有効塩素（次亜塩素酸）濃度を濃度計でそれぞれ測定した。
【００４３】
それらの測定結果を図１０に示す。なお、図中、横軸は電解時間（Ｈｒ）であり、縦軸は電解効率（％）である。
【００４４】
この実験結果から明らかなように、従来電極Ｂは、３０００時間を経過すると有効塩素濃度が著しく低下した。一方、本発明電極Ａは、倍の６０００時間を経過しても有効塩素濃度に変化がなかった。
【００４５】
その理由は、従来電極Ｂでは、電解時間の経過とともにコーティング層が溶出してしまうこと、および極性の切り替えを行うことで金属チタン板からコーティング層が剥離してしまうことによって、塩素を発生できなくなってしまうのに対して、本発明電極Ａでは、全体が電極となるから、表面が溶出しても影響が小さいこと、および極性の切り替えを行っても表面が剥離することがないためである。
【００４６】
なお、本発明に係る窒化金属部材、およびその製造方法は、これらの実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、本発明に係る窒化金属部材は、例えばめっき、有機物電解合成、陰極防食などの電極として用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る、窒化金属部材は、電気分解用電極として用いることに適している。また、本発明に係る、窒化金属部材の製造方法は、窒化金属部材を形成することに有用であり、特に、電気分解用電極として用いる窒化金属部材を形成することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による窒化金属部材の製造方法の実施形態１を示す図である。
【図２】その製造方法によって形成した窒化チタン部材の外観を示す図である。
【図３】その製造方法によって形成した窒化チタン部材の表面を示す図である。
【図４】焼結する前の成型体、および焼結した後の窒化チタン部材のそれぞれに含まれる元素を示す図である。
【図５】本発明による窒化金属部材の製造方法の別の例を示す図である。
【図６】本発明による窒化金属部材の製造方法のさらに別の例を示す図である。
【図７】本発明による窒化金属部材の製造方法の実施形態２を示す図である。
【図８】図７に示す製造方法の途中において、チタンの粉末に触媒を加えた状態を示す部分拡大図である。
【図９】水道水を電気分解する場合を示す概略平面図である。
【図１０】電気分解を行う場合において、本発明による窒化金属部材の製造方法によって形成した本発明電極、および従来電極について、電解効率と電解時間との関係を示す図である。
【図１１】従来の窒化金属部材の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１    チタンの粉末（金属の粉末）
１２    触媒
１３    成型体
１４    窒化チタン部材（窒化金属部材）
Ａ      本発明電極（窒化金属部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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