(57)【要約】【課題】新規な構造を有する糸状体、この糸状体をその表面に有する金属体及びその製造方法を提供すること。【解決手段】糸状体１は、球状頭部１０と茎部２０とが連結した構造を有し、茎部２０の基端部と金属基体４０とが茎支持部３０を介して連結し、金属体５を構成する。茎部２０は円柱状ないしワイヤ状をなす。茎部２０は可撓性を有し、湾曲していてもよい。球状頭部１０の最短径は、茎部２０の最長径よりも大きく、糸状体１は、いわゆる頭でっかちの形状をなす。金属体の製造方法では、金属基体を、微量酸素の存在下に加熱して、気化成分を気化させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状頭部と可撓性を有する茎部が連結した形状をなし、溶融成分と、この溶融成分の融点で気化している気化成分を含有して成る糸状体であって、
上記球状頭部の最短径が、上記茎部の最長径以上の長さを有し、
上記球状頭部が、上記溶融成分を含む金属から成り、
上記茎部が、上記気化成分を含む結晶質芯部を備えることを特徴とする糸状体。
【請求項２】
上記茎部が、上記結晶質芯部を包囲する非晶質被膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の糸状体。
【請求項３】
上記結晶質芯部が円柱状ないしワイヤ状をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の糸状体。
【請求項４】
上記結晶質芯部が湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項５】
上記球状頭部の最長径が５０〜２００ｎｍであり、上記茎部の最長径が２０〜２００ｎｍで、その長さが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項６】
上記非晶質被膜の厚みが１〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項７】
上記溶融成分が、鉄、ニッケル及びリンから成る群より選ばれた少なくとも１種のものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項８】
上記気化成分が、クロム、マンガン、ケイ素及び酸素から成る群より選ばれた少なくとも１種のものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項９】
上記球状頭部が、鉄及び／又はニッケルとリンを含む金属から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項１０】
上記結晶質芯部が、上記気化成分を含む酸化物から成ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項１１】
上記結晶質芯部が、クロム及び／若しくはマンガンの酸化物、並びに／又はクロムとマンガンの複合酸化物を含有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項１２】
上記非晶質被膜が、非晶質ケイ素酸化物から成ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の糸状体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つの項に記載の糸状体と、金属基体と、茎支持部を備える金属体であって、
上記糸状体の茎部の基端部と、上記溶融成分と気化成分を含む金属基体とを、上記気化成分を含む茎支持部を介して連結して成ることを特徴とする金属体。
【請求項１４】
上記金属基体が多孔性であることを特徴とする請求項１３に記載の金属体。
【請求項１５】
上記金属基体が、金属粉、金属粉焼結体、金属繊維、金属繊維焼結体、金属箔、金属圧延箔及び金属エッチング箔から成る群より選ばれた少なくとも１種のものであることを特徴とする請求項１３に記載の金属体。
【請求項１６】
上記茎支持部が、鱗片状の酸化物から成ることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１つの項に記載の金属体。
【請求項１７】
上記金属基体が、ニッケル、クロム、鉄、マンガン及びケイ素を含む金属から成り、上記茎支持部がクロム酸化物膜から成ることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１つの項に記載の金属体。
【請求項１８】
上記金属基体が、リンを不純物とするインコネルから成ることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１つの項に記載の金属体。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか１つの項に記載の金属体を製造するに当たり、
上記金属基体を微量酸素の存在下に加熱して、上記気化成分を気化させることを特徴とする金属体の製造方法。
【請求項２０】
上記金属基体が、ニッケル、クロム、鉄、リン及びケイ素を含み、酸素濃度が５０〜５００ｐｐｍであり、加熱温度が１０００〜１３００℃であることを特徴とする請求項１９に記載の金属体の製造方法。
【請求項２１】
上記金属基体が、１０〜２５％のクロム、６〜９％の鉄、０．２〜０．４％のマンガン、０．０１〜０．２％のリン、０．０１〜１％のケイ素、残部ニッケルから成り、加熱温度が１０５０〜１２５０℃であることを特徴とする請求項２０に記載の金属体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な糸状体及び金属体に係り、更に詳細には、特定形状を有する糸状体と、この糸状体を有し著しく大きな表面積を有する金属体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者らの認識しているところによれば、現時点において、本発明に対する従来技術は見当たらない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、新規な構造を有する糸状体、この糸状体をその表面に有する金属体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、金属材料に種々の処理を施し鋭意検討を重ねた結果、特有の微細構造を有する新規な糸状体及び金属体を見出した。
【０００５】
即ち、本発明の糸状体は、球状頭部と可撓性を有する茎部が連結した形状をなし、溶融成分と、この溶融成分の融点で気化している気化成分を含有して成る糸状体である。球状頭部の最短径が、茎部の最長径以上の長さを有し、球状頭部は溶融成分を含む金属から成り、茎部は、気化成分を含む結晶質芯部を備える。
【０００６】
また、本発明の金属体は、かかる糸状体と、金属基体と、茎支持部を備える金属体である。糸状体の茎部の基端部と、溶融成分と気化成分を含む金属基体とが、気化成分を含む茎支持部を介して連結している。
【０００７】
更に、本発明の金属体の製造方法は、上述の如き金属体を製造する方法であって、金属基体を、微量酸素の存在下、好ましくは溶融成分の融点以上の温度に加熱してこの溶融成分を溶融させ、且つ気化成分を気化させる処理を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の糸状体及び金属体について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
上述の如く、本発明の糸状体は、構造的には、球状頭部と可撓性を有する茎部が連結した形状をなしており、球状頭部の最短径が、茎部の最長径以上の長さを有している。
また、成分的には、溶融成分と、この溶融成分の融点で気化している気化成分を含有しており、且つ球状頭部が溶融成分を含む金属から成り、茎部が気化成分を含む結晶質芯部を備えている。
【０００９】
図１は、本発明の糸状体及び金属体の一例を示す概念断面図であり、糸状体１は、球状頭部１０と茎部２０とが連結した構造を有しており、また、茎部２０の基端部と金属基体４０とが茎支持部３０を介して連結し、金属体５を構成している。
ここで、球状頭部１０の形状は必ずしも真球である必要はなく、楕円球（楕円体）や対称性が若干崩れた曲面から構成される曲面体などであってもよい。
また、本例において、茎部２０は結晶質芯部２１が非晶質被膜２２によって包囲された構造を有しており、ほぼ円柱状ないしワイヤ状をなしているが、その断面は必ずしも真円である必要はなく、その太さも長さ方向に亘って一様である必要はなく、複数個の糸状体に関して同一の太さを有する必要もない。なお、茎部２０は可撓性を有し、図２に示すように湾曲していてもよく、一回転以上巻回していてもよい。
【００１０】
そして、球状頭部１０の最短径（真球の場合は直径）は、茎部２０の最長径（断面が真円の場合は直径）よりも大きく、糸状体１の全体形状としては、いわゆる頭でっかちの形状をなしている。
また、金属基体４０と糸状体１の基端部との間に存在する茎支持部３０は、代表的には鱗片状をなし、糸状体１を支持する機能を果たすが、糸状体１が金属基体４０に少なくとも埋もれないように機能すれば十分である。
【００１１】
本発明の糸状体において、代表的には、球状頭部１０の最長径は５０〜２００ｎｍであり、茎部２０の最長径は２０〜２００ｎｍで、その長さは０．１〜０．５ｍｍである。
また、非晶質被膜２２の厚みは、代表的に１〜２０ｎｍであり、このように、本発明の糸状体や金属体は特有の微細構造を有するものである。
【００１２】
次に、本発明の糸状体及び金属体の成分などにつき説明する。
まず、これら糸状体や金属体は、後述するように金属基体から製造されるので、球状頭部１０など各部位の成分は、原則として金属基体の構成成分に起因するものである。
上述の如く、球状頭部１０は溶融成分を含む金属から成るが、金属単体のみならず各種合金であってもよい。かかる溶融成分の具体例としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）又はリン（Ｐ）及びこれらの任意の混合物や、Ｆｅ及びＮｉの少なくとも一方とＰとの合金、即ちＦｅ−Ｎｉ−Ｐ合金、Ｆｅ−Ｐ合金及びＮｉ−Ｐ合金などを挙げることができる。
【００１３】
また、茎部の結晶質芯部２１は、上記溶融成分の融点で気化している気化成分、即ち上記溶融成分の融点では既に気化している成分を含み、特にこのような気化成分を含む酸化物から成る。
かかる気化成分としては、上記の性質を有する限り特に限定されるものではないが、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ２）及びこれらの任意の混合物を例示することができる。
また、上記気化成分の酸化物としては、Ｃｒの酸化物、Ｍｎの酸化物、Ｃｒの酸化物とＭｎの酸化物の混合物、ＣｒとＭｎの複合酸化物、及びこれらの任意の組合せを例示することができる。
更に、非晶質被膜２２は、代表的には、非晶質ケイ素酸化物から構成される。
【００１４】
また、茎支持部３０は、上記気化成分を含み、通常は鱗片状の酸化物から成るが、代表的には、Ｃｒの鱗片状酸化物から構成される。
更に、金属基体４０は、上述した溶融成分と気化成分を含むものであるが、代表的には、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＳｉを含む金属から成り、更に具体的には、Ｐを不純物とするインコネルから成る。
なお、金属基体４０としては、全体に亘って成分組成がほぼ均一であることは必須の条件ではなく、例えば、金属板の表面に所定の溶融成分や気化成分を被覆した金属基体であっても使用することができる。
金属基体４０の形状などは、特に限定されるものではなく、金属粉、金属粉焼結体、金属繊維、金属繊維焼結体、金属箔、金属圧延箔又は金属エッチング箔及びこれらの任意の組合せであってもよいが、糸状体を密生成長させる観点から、金属基体自体も表面積の大きな多孔体であることが好ましい。
【００１５】
以上に説明してきた本発明の糸状体１は、概略的には、金属の球状頭部と金属酸化物の茎部とが連結したものであるが、導電性や延性・展性を有し、茎部に起因して可撓性も有する。
また、金属体５として把握すると、金属基体４０から多数の糸状体１が突出して存在しているので、著しく大きな表面積を有することになる。
図３〜図５に、それぞれ本発明の糸状体全体（ＳＥＭ写真）、茎部（ＴＥＭ写真）及び金属体の基端部近傍（ＳＥＭ写真）を示す。
【００１６】
上述のような性質を有する本発明の糸状体や金属体は、その微細構造とも相俟って、微小な導電材やクッション材、防振材のみならず、フィルターや各種薬剤を担持させておく担体としても有用である。
例えば、燃料電池（ＦＣ）、キャパシタにおける集電体や、排気ガス浄化用触媒の担体として利用することが可能である。ＦＣの集電体として用いれば、その防振効果やクッション性から電極を破損から保護するのに極めて有用であり、触媒担体として用いれば、著しく大きな表面積から触媒の活性点を著しく増大させることができる。
【００１７】
なお、本発明の糸状体や金属体に、適当な処理、例えばエッチング処理等を施せば、球状頭部１０や茎部２０のみを単独で取り出すことも可能である。
球状頭部のみで微小な金属球を構成するので、焼結体原料粉、分散用微粉、触媒用原料粉及び印刷ペースト用原料粉などへの適用が容易に考えられる。
一方、茎部のみでも可撓性や柔軟性を有する微小な導電性糸が得られることになるので、分散強化材、多孔体原料材、フィルター素材及び高表面積担持体などのへの適用が容易に考えられる。
【００１８】
次に、本発明の金属体の製造方法について説明する。
上述の如く、本発明の製造方法は、上記金属基体を、微量酸素の存在下、望ましくは、上記溶融成分の融点以上の温度に加熱してこの溶融成分を溶融させ、且つ上記気化成分を気化させることにより、本発明の金属体を得る方法である。
ここで、金属基体として、ニッケル、クロム、鉄、リン及びケイ素を含むものを用いる場合には、酸素濃度を５０〜５００ｐｐｍとし、加熱温度を１０００〜１３００℃とすることが好ましい。
更に具体的には、１０〜２５％のＣｒ、６〜９％のＦｅ、０．２〜０．４％のＭｎ、０．０１〜０．２％のＰ、０．０１〜１％のＳｉ、残部Ｎｉから成る金属基体を用いる場合は、酸素濃度を５０〜５００ｐｐｍとし、加熱温度を１０５０〜１２５０℃とすればよい。
なお、加熱継続時間としては、用いる金属基体の成分や雰囲気、加熱温度及び意図する糸状体の大きさなどにも影響を受けるが、通常は３０〜６０分で十分である。
【００１９】
図６に、本発明の金属体の一例につき、推定される生成メカニズムを示す。
本例は、金属基体として「インコネル６００」を用いたものである。図面の順に説明すると、金属基体を微量酸素雰囲気中で加熱すると、金属基体に酸素が部分的に付着する（図６（Ａ））。次いで、基体中のＣｒの選択酸化が起こり（図６（Ｂ））、Ｃｒ酸化物被膜が成長する（（Ｃ））。
そして、Ｃｒ酸化物被膜の欠陥部位近傍に、基体中の溶融成分であるＮｉやＰを主成分とする液相ができる（（Ｄ））。
次いで、この液相に、基体中の気化成分であるＣｒやＭｎが気相中から溶け込んで析出し（（Ｅ））、これらの酸化物から成る茎部が形成される。この析出は、茎部の先端に溶融成分の液適を位置させたまま継続的に起こり、この結果、茎部が上方に徐々に成長して、かかる液適に起因する球状頭部と上記酸化物に起因する茎部とが連結した糸状体が形成され、本発明の金属体が生成する（（Ｆ））。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
１５％のＣｒ、７％のＦｅ、０．３％のＭｎ、０．０２％のＰ、０．５％のＳｉを含み残部がＮｉである組成Ａを有し、φ５μｍの金属粉を還元性雰囲気下で加熱し、この金属粉の多孔質焼結体を作成した。
次いで、この多孔質焼結体を、酸素濃度１００ｐｐｍの酸素雰囲気下、１２００℃で１時間加熱し、図７に示すような本例の金属体を得た。
【００２２】
（実施例２）
２４％のＣｒ、２％のＭｎ、１２％のＮｉ、０．０５％のＰ、０．５％のＳｉを含み残部がＦｅである組成Ｂを有し、φ２０μｍで長さ１〜１０ｍｍの金属繊維を還元性雰囲気下で加熱し、金属繊維の多孔質焼結体を作成した。
次いで、この多孔質焼結体を、酸素濃度２２０ｐｐｍの酸素雰囲気下、１２５０℃で１時間加熱し、図８に示すような本例の金属体を得た。
【００２３】
（実施例３）
上記組成Ａを有し、孔径φ１００μｍで厚さ１００μｍのエッチング金属箔を、酸素濃度２２０ｐｐｍの酸素雰囲気下、１２５０℃で１時間加熱し、図９に示すような本例の金属体を得た。
【００２４】
（実施例４）
実施例１の金属体上に、ＮｉＯ−ＹＳＺペーストをスクリーン印刷によって塗布し、還元性雰囲気下１１００℃で加熱し、図１０に示すようなＳＯＦＣ用燃料極付多孔質金属基板を得た。
【００２５】
以上、本発明を若干の好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
例えば、金属基体としてはインコネルに限定されるものではなく、溶融成分と気化成分を有する限り他の金属を使用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、特有の微細構造を有する新規な糸状体、金属体及びその製造方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の糸状体及び金属体の一例を示す概念的な断面図である。
【図２】本発明の糸状体及び金属体の一例を示す概念的な斜視図及び拡大図である。
【図３】本発明の糸状体全体を示すＳＥＭ写真である。
【図４】本発明の糸状体の茎部を示すＴＥＭ写真である。
【図５】本発明の金属体の基端部近傍を示すＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の金属体の推定される生成メカニズムを示す概念的な断面図である。
【図７】本発明の金属体の一実施例を示す概念的な断面図である。
【図８】本発明の金属体の他の実施例を示す概念的な斜視図である。
【図９】本発明の金属体の更に他の実施例を示す概念的な平面図である。
【図１０】本発明の金属体の他の実施例を示す概念的な断面図である。
【符号の説明】
１    糸状体
５    金属体
１０    球状頭部
２０    茎部
２１    結晶質芯部
２２    非晶質酸化物被膜
３０    茎支持部
４０    金属基体
【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】
2004346384.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004346384.tif 000011
【図１０】
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