(57)【要約】【課題】酸化劣化しない酸素雰囲気下で使用できる熱放射材料とその製造方法を提供する。【解決手段】チタン含有物質と近赤外光に対して吸収を持つ金属であるＮｉおよび／またはＣｏ（Ｍ）または該金属の酸化物とを混合し、必要により炉壁などに適用後に、加熱することで、チタン複合酸化物ＭＴｉ２Ｏ５（Ｍ＝Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋）とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン複合酸化物ＭＴｉ２Ｏ５（Ｍ＝Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋）を含む熱放射材料。
【請求項２】
チタン含有物質と近赤外光に対して吸収を持つＮｉおよび／またはＣｏである金属（Ｍ）または該金属の酸化物とを混合し、加熱することによりチタン複合酸化物ＭＴｉ２Ｏ５（Ｍ：  Ｎｉ、Ｃｏ）  を生成させることを特徴とするチタン複合酸化物ＭＴｉ２Ｏ５を含む熱放射材料の製造方法。
【請求項３】
前記チタン含有物質が、金属チタン、酸化チタン、酸化チタン鉱石、低次酸化チタン、およびチタンスラグから成る群から選んだ１種または２種以上である請求項２記載の熱放射材料の製造方法。
【請求項４】
チタン含有物質と近赤外光に対して吸収を持つ金属であるＮｉおよび／またはＣｏまたは当該金属の酸化物とを混合してなる熱放射塗料。
【請求項５】
前記チタン含有物質が、金属チタン、酸化チタン、酸化チタン鉱石、低次酸化チタン、およびチタンスラグから成る群から選んだ１種または２種以上である請求項４記載の熱放射塗料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタンの複合酸化物からなる熱放射材料とその製造方法に関し、詳しくは、工業炉およびその他の加熱装置の内壁表面または加熱体表面に塗布または接着して、加熱装置の熱効率を向上させる熱放射塗料として用いることのできるチタンの複合酸化物からなる熱放射材料とその製造方法、さらにはそのような熱放射塗料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業炉の内壁に適用して炉内の放射伝熱を高める熱放射材料には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびクロマイト（ＦｅＣｒ２Ｏ４）が使用されている。さらには、近年に至り酸化チタンを基材とした熱放射材料も使用されつつある。
【０００３】
炭化ケイ素は、大気中、８００  ℃以上で酸化劣化するため、大気雰囲気とつながった炉で使用することができない。クロマイトは、輻射熱線の吸収が低く熱放射材料としての効力が低い。また、クロマイトは高温で毒性が強い６価のクロムを生成する恐れがある。水素還元した酸化チタンを基材とした熱放射材料は、ＴｉＯ２−ｘおよびＴｉ３Ｏ５  が主成分で、大気中で使用すると７００  ℃以上で酸化劣化し、近赤外光に対する吸収バンドを持たないＴｉＯ２  （ルチル）となり、熱放射材としての効力を失う。
【０００４】
従来にあっても、Ｔｉ３Ｏ５  の熱放射特性を改善するために多くの提案がされているが、基材のＴｉＯ２−ｘおよびＴｉ３Ｏ５  それ自体が酸化劣化するために、熱放射特性が大きく低下することは避けられなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここに、本発明の課題は、熱放射特性を改善したＴｉ３Ｏ５  含有熱放射材料とその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる課題は、酸素雰囲気下で使用しても酸化劣化しない熱放射材料とその製造方法、および熱放射塗料を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく、種々検討を重ねたところ、黒色を有するＴｉ３Ｏ５  の構造が近赤外域の輻射熱線を吸収し、熱放射率を高くしていることに着目した。
【０００８】
そこで、黒色による熱輻射吸収と同等の作用効果を発揮するものとして、近赤外光に対して吸収を示す２価の金属であるＮｉおよび／またはＣｏまたはその酸化物を配合することを着想し、チタンスラグを加熱して得たＴｉ３Ｏ５  にＮｉ酸化物粉末を配合して加熱したところ、７００  ℃以上に加熱しても酸化劣化することなく、所定の熱放射作用を示すことを知り、本発明を完成した。
【０００９】
よって、本発明は、熱放射特性を向上させる２価の金属Ｍおよび金属酸化物ＭＯ２  をチタン化合物に添加し、ＭＴｉ２Ｏ５（Ｍ：Ｎｉ  および／またはＣｏ）  構造の物質を主成分とする材料を製造することを特徴とするチタン複合酸化物を含む熱放射材料、およびそれを含む熱放射材料の製造方法、さらには熱放射塗料である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明においては、チタン含有量の多い物質と熱放射特性を向上させる近赤外光に吸収バンドを持つ２価の金属であるＮｉおよび／またはＣｏまたはそれらの金属酸化物を混合し、その混合物をＭＴｉ２Ｏ５化合物（Ｍ：  Ｎｉおよび／またはＣｏ）  が形成される温度で熱処理して形成する。必要により、更にＭｎ、Ｃｕおよびそれらの酸化物を１種以上添加してもよい。なお、以下の説明においてこれらの金属を単に「Ｍ」として表示する。
【００１１】
例えば、原料に金属チタン粉末を用いた場合、熱処理温度までゆっくり加熱するか、または、チタンが酸化する温度で保持したのち、ＭＴｉ２Ｏ５が形成される温度で熱処理する必要がある。
【００１２】
作製した熱放射材料中のＭＴｉ２Ｏ５の含有量が多ければ多いほど、熱放射特性は向上するため、ＭＴｉ２Ｏ５が形成されるように原料のＴｉ含有量に合わせて、近赤外光に吸収バンドを持つ２価の金属または金属酸化物をその量を調整して添加する必要がある。
【００１３】
原料に金属粉末を用いた場合、熱処理は、大気中または酸素があるような雰囲気下で行い、金属粉末を酸化させ、ＭＴｉ２Ｏ５が形成するようにすることが好ましい。
【００１４】
ＭＴｉ２Ｏ５を含む熱放射材料の原料には、チタン、ニッケルおよび／またはコバルトが含まれているものであれば限定されない。その他、鉄、マンガン、銅を１種以上含むものであってもよい。
【００１５】
しかしながら、アルカリ金属化合物およびアルカリ土類金属化合物はなるべく含まない方が好ましい。これらを含むと、作製した熱放射材料の融点が著しく低下し、加熱炉等の加熱部分で使用できないことがある。
【００１６】
また、アルカリおよびアルカリ土類は炉壁や加熱装置の発熱体の寿命を著しく低下する恐れがある。
炉や加熱装置が使用される温度によって輻射熱線は赤外から近赤外まで波長が変化するため、混合する金属（ニッケル、コバルト）は、その金属種の吸収バンドの波長と輻射熱線の波長が一致するように、混合する金属を１種類以上選択して加えることが望ましい。
【００１７】
加熱装置がＭＴｉ２Ｏ５が形成される温度以上で使用される場合、前述の原料を熱放射塗料として加熱装置の内壁に塗布するだけで、加熱装置が使用されると、塗膜にＭＴｉ２Ｏ５が形成されそれが熱放射材料として機能するため、前述の原料を熱処理をする必要はない。
【００１８】
したがって、本発明にかかる熱放射材料は、熱放射用の塗料組成物として利用してもよく、その場合には、結合剤、接着剤、そして分散剤を適宜配合して、熱放射塗料を構成する。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例を用いて本発明の作用効果を具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の好適な例を示すものであり、本発明はかかる実施例により何ら限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１）
還元したチタンスラグ粉末のＴｉＯ２成分に対して１０  ｍｏｌ％の酸化コバルト（ＣｏＯ）  粉末または酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末を混合し、これを電気炉に入れて徐々に加熱し、８００  ℃で保持した。
【００２１】
この試料をＸ線回折装置で分析した結果を図１に示す。これらの結果から、ＣｏＴｉ２Ｏ５  およびＮｉＴｉ２Ｏ５  が形成されていることが分かる。
【００２２】
このようにして得られた各試料について温度上昇させながら、熱放射率  （波長：１．６５μｍ）を測定した。そのときの結果を図２にグラフで示す。
図２から分かるように、チタンスラグの場合には、加熱温度が７００  ℃を越えると熱放射率は急激に低下するが、本発明にかかる熱放射材料の場合には７００  ℃以上に加熱してもその低下は少ない。つまり、高温加熱時の熱安定性が見られる。
【００２３】
（実施例２）
還元したチタンスラグ粉末をＴｉＯ２成分に対して１０  ｍｏｌ％の酸化コバルト粉末および酸化ニッケル粉末を混合し、この混合粉末と水とポリビニルアルコールを１：１：１で混合してスラリーとした後、耐火煉瓦に塗布し、乾燥させた。これを電気炉に入れて、大気中にて熱放射率を測定した。
【００２４】
比較例として、還元したチタンスラグ（ＴｉＯ２−ｘ  、Ｔｉ３Ｏ５  およびＦｅＯ  を主成分とした物質）を使用して同様にして熱放射特性を測定した。
本例における熱放射特性の測定結果は、図２の場合と同様に、還元したチタンスラグの熱放射率は、７００  ℃〜９００  ℃にかけて熱放射特性が低下したものの、本発明にしたがって酸化コバルトや酸化ニッケルを添加した熱放射材料はある温度で低下するということがなく、全温度域で還元したチタンスラグよりも高い熱放射率が測定された。
【００２５】
（実施例３）
出発原料にチタンスラグ  ［主成分：ＴｉＯ２（８３．５ｍａｓｓ％）］を用いた。これを８００  ℃、１０ｈ、Ｈ２ガス中で還元することでＴｉ３Ｏ５  粉末を作製した。
【００２６】
また、金属イオン添加Ｔｉ３Ｏ５  粉末は、金属酸化物（ＦｅＯ、ＮｉＯ  、ＣｏＯ）とＴｉ３Ｏ５  粉末を混合して１０００℃、２ｈ、真空中で仮焼することで作製した。これらをスラリーとして耐火レンガ表面  （径５０ｍｍ）  に塗り、１５０  ℃、２ｈで乾燥させ、横型管状炉で目的温度まで加熱して、熱放射温度計で熱放射率  （波長：１．６５μｍ）を測定した。ほゞ図２と同様の結果を得た。
【００２７】
ここで、比較例として従来使用されてきたＣｒＦｅ２Ｏ４  および炉材によく使われる主成物のＡｌ２Ｏ３  についても同様の方法により熱放射率を測定した。結果を図３に示す。
【００２８】
実施例１の結果を示す図２と上記図３とを比較すると分かるように、５００  〜１０００℃ではＣｒＦｅ２Ｏ４  およびＡｌ２Ｏ３  については、  （実施例１）  で作製したＮｉＯ  、ＣｏＯ  を添加したＴｉ３Ｏ５  よりも低い熱放射率が測定された。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、チタンを含む物質に２価の金属であるＮｉおよび／またはＣｏまたはそれらの酸化物を添加し、加熱することによってＭＴｉ２Ｏ５（Ｍ：  Ｎｉおよび／またはＣｏ）  が形成され、かかるチタン複合酸化物は、大気中でも安定した高い熱放射率を有する熱放射材料である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
還元したチタンスラグ、およびそれに酸化コバルトおよび酸化ニッケルをそれぞれ１０  ｍｏｌ％混合して大気中、８００  ℃で熱処理した試料のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図２】
還元したチタンスラグ、およびそれに酸化コバルトおよび酸化ニッケルをそれぞれ１０  ｍｏｌ％混合して大気中、８００  ℃で熱処理した試料を大気中で加熱しながら熱放射率を測定した結果を示すグラフである。
【図３】ＣｒＦｅ２Ｏ４  およびＡｌ２Ｏ３  を大気中８００  ℃で熱処理した試料を大気中で加熱しながら熱放射率を測定した結果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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