(57)【要約】微細炭素繊維を均一に分散させた金属粒子およびその製造方法を提供する。  微細炭素繊維を分散した電解液を電解して、カソード電極上に、微細炭素繊維が混入した金属粒子を析出させる工程と、該析出した金属粒子をカソード電極上から分離する工程とを含むことを特徴とする。分離した金属粒子を回収、洗浄、乾燥するようにする。
2004094700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細炭素繊維を分散した電解液を電解して、カソード電極上に、微細炭素繊維が混入した金属粒子を析出させる工程と、
該析出した金属粒子をカソード電極上から分離する工程とを含むことを特徴とする金属粒子の製造方法。
【請求項２】
分離した金属粒子を回収、洗浄、乾燥する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の金属粒子の製造方法。
【請求項３】
電解条件を調節して金属粒子を平均粒径数百ｎｍ〜数十μｍの範囲に析出させることを特徴とする請求項１または２記載の金属粒子の製造方法。
【請求項４】
金属粒子が銅の金属粒子であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項５】
前記金属粒子が析出したカソード電極をアセトン中に浸漬し、超音波を照射することによって金属粒子を分離させることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項６】
前記金属粒子が析出したカソード電極に圧縮空気を吹き付け、もしくは電解中のカソード電極に衝撃または振動を加えて金属粒子をカソード電極上から分離することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項７】
有機化合物からなる分散剤を添加して微細炭素繊維を電解液中に分散させることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項８】
前記分散剤に分子量が５０００以上のポリアクリル酸を用いることを特徴とする請求項７記載の金属粒子の製造方法。
【請求項９】
カソード電極に表面を粗面化した電極を用いることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の金属粒子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項記載の金属粒子の製造方法によって製造された金属粒子。
【請求項１１】
請求項１０記載の金属粒子の集合体を溶融することによって得られる複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、粉末冶金、電気接点、電池、電磁波シールド、導電材、摩擦材接点、摺動材等の材料として好適に用いることのできる金属材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】  金属内にカーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバー（以下これらを微細炭素繊維という）を分散させた複合材料が知られている。
特開２０００−２２３００４号に示される複合材料は、微細炭素繊維と金属粉体とを混合し、焼結してブロック状となしたものである。
ところで、微細炭素繊維は、直径が５〜５０ｎｍ程度と極めて微細であり、一方金属粉体は、２００ないし１０００ｎｍの範囲の直径を有するものが一般的であり、微細炭素繊維の直径よりも１桁大きい。これら２つの材料を単純に混合すると、均一な混合が困難である。
そこで、上記従来のものにあっては、まず、金属粉体を酸溶液に溶かす。例えば銅粉末を塩酸、硫酸、または硝酸に溶かす。そしてこの溶液に微細炭素繊維を分散させ、次いで乾燥、焼結させるようにして複合材料を得ている。
しかし、上記従来の複合材料の製造方法にあっては、金属粉体を溶解し、さらに微細炭素繊維を分散させた酸溶液を乾燥、焼結させる工程が極めて厄介であり、長時間を要し、またコストがかかるという課題がある。また、量が多い場合、微細炭素繊維を均一に分散させにくいという課題がある。
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、微細炭素繊維を均一に分散させた金属粒子およびその製造方法を提供するにある。
【発明の開示】
本発明に係る金属粒子の製造方法は、微細炭素繊維を分散した電解液を電解して、カソード電極上に、微細炭素繊維が混入した金属粒子を析出させる工程と、該析出した金属粒子をカソード電極上から分離する工程とを含むことを特徴とする。
また、分離した金属粒子を回収、洗浄、乾燥する工程を含むことを特徴とする。
また、電解条件を調節して金属粒子を平均粒径数百ｎｍ〜数十μｍの範囲に析出させることを特徴とする。
金属粒子は銅の金属粒子とすることができる。
また、前記金属粒子が析出したカソード電極をアセトン中に浸漬し、超音波を照射することによって金属粒子を分離させることを特徴とする。
あるいは、前記金属粒子が析出したカソード電極に圧縮空気を吹き付け、もしくは電解中のカソード電極に衝撃または振動を加えて金属粒子をカソード電極上から分離するようにしてもよい。
また、有機化合物からなる分散剤を添加して微細炭素繊維を電解液中に分散させると好適である。
前記分散剤に分子量が５０００以上のポリアクリル酸を好適に用いることができる。
また、カソード電極に表面を粗面化した電極を用いることができる。
また、本発明に係る金属粒子は、上記いずれかの製造方法によって製造されることを特徴とする。
また、上記の金属粒子の集合体を溶融することによって種々の複合材料を得ることができる。
また電解液として水溶液、溶融塩、イオン性液体が利用できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、実施例１でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図２は、図１の拡大図であり、図３は、実施例２でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図４は、図３の拡大図であり、図５は、実施例３でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図６は、実施例４でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図７は、実施例５でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図８は、実施例６でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真であり、図９は、実施例７でカソード電極上に析出した金属粒子の走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本発明に係る金属粒子の製造方法は、上記のように、微細炭素繊維を分散した電解液を電解して、カソード電極上に、微細炭素繊維が混入した金属粒子を析出させる工程と、該析出した金属粒子をカソード電極上から分離する工程とを含むことを特徴とする。
分離した金属粒子を回収、洗浄、乾燥することによって所要の金属粒子を得ることができる。
電流密度や電解時間などの電解条件を調節することによって平均粒径数百ｎｍ〜数十μｍの範囲の金属粒子を析出させることができる。
電流密度は粒径や生産性を考慮して最適値を選択する。
大量に生産する場合は、例えば銅の電解液の場合、電解槽に硫酸銅水溶液と硫酸を主成分とする電解液を入れ、ＣＮＴまたはＣＮＦを、有機化合物を分散剤として電解液に分散させる。電解槽中ではアノード電極として電気銅を使用し、電解中の銅イオンの補給を行う。電解液への銅イオンの補給は、銅以外の金属、例えば鉛をアノード電極として使用し、外部から銅イオンを補給しても構わない。
なお、電解中の電解液はポンプにより撹拌されると同時に、電解液濃度および成分量も所定の比率となるように制御する。
析出した金属粒子をカソード電極上から分離するには、金属粒子が析出したカソード電極をアセトン中に浸漬し、超音波を照射することによって金属粒子を分離できる。
あるいは、前記金属粒子が析出したカソード電極に圧縮空気を吹き付け、もしくは電解中のカソード電極に衝撃または振動を加えて金属粒子をカソード電極上から分離するようにしてもよい。
析出粒子の粒径や強度、およびカソード電極からの分離性を調整するため、電解液にチオ尿素、ゼラチン、タングステン、塩化物等の有機、無機化合物を添加するとよい。
カソード電極には、析出する金属の密着性が悪く、析出粒子を分離しやすいチタンを使用すると好適である。またカソード電極の表面は析出する金属を粒子化するため表面を粗面化しておくことが望ましい。例えば、カソード電極に、ニオブ、タンタル、白金をチタンの表面に微小突起状に固定したものを好適に使用することができる。
微細炭素繊維を電解液に分散させるには、有機化合物からなる分散剤を添加するようにするとよい。この分散剤には分子量が５０００以上のポリアクリル酸を好適に用いることができる。
生産される、ＣＮＴまたはＣＮＦで修飾された金属粒子の粒径は、電解液中の金属イオン濃度、電解電流密度、ＣＮＴまたはＣＮＦの繊維直径及びその長さが相互に関連して決まる。  なお、金属粒子の金属の種類は銅に限定されるものではない。
上記金属粒子の集合体を溶融することによって種々の複合材料が得られる。この場合金属粒子に各種添加材を添加して複合材料としてもよい。
例えば、上記微細炭素繊維が混入した金属粒子と、微細炭素繊維を含まない金属粒子の配合比を適宜に制御し、混合することで、微細炭素繊維の配合量を制御した複合材料が実現できる。
その他、樹脂と混合するなど、種々の複合材料の材料として用いることができる。
これら複合材料の生産手段としては、樹脂成形、焼結、メタル・インジェクション・モールディングなどの手段が利用できる。
上記のようにして得られる金属粒子は数百ｎｍ〜数十μｍの極めて微細なものであり、しかも各金属粒子に微細炭素繊維が混入している。したがって、これら金属粒子の集合体を溶融して得られる複合材料中には、微細炭素繊維が均一に混入されたものとなる。
また、電解液への微細炭素繊維の分散量、電解条件などを変えることによって、種々の微細炭素繊維の混入量、粒径の金属粒子が得られるから、これら金属粒子の集合体を溶融することによって得られる複合材料中の微細炭素繊維量も任意にコントロールすることが可能となる。
このような複合材料は、ＣＮＴまたはＣＮＦの特質を生かして、摺動性が必要な軸受、高い電気伝導率が必要な電極や電気接点、高い熱伝導率の必要な放熱機構など、多様な用途に利用可能である。
００１６
【実施例１】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ    ０．８５Ｍ
Ｈ２ＳＯ４              ０．５５Ｍ
ＰＡ５０００        ２×１０−５Ｍ
ＣＮＦ                    ２ｇ／Ｌ
（なお、ＰＡ５０００は分子量５０００のポリアクリル酸、ＣＮＦはカーボンナノファイバー：微細炭素繊維）
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、５Ａ／ｄｍ２の電流密度で５分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図１、図２に示す。図１、図２に見られるように、粒径約２〜３μｍの極めて微細な球状の銅粒にＣＮＦが多数取り込まれた、ウニ状の外観を呈するＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。これら複合物は、圧縮空気の吹き付けやアセトン中での超音波照射により容易にカソード電極から分離し、粒子化できた。
【実施例２】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ      ０．８５Ｍ
Ｈ２ＳＯ４                ０．５５Ｍ
ＰＡ５０００          ２×１０−５Ｍ
ＣＮＦ                      ２ｇ／Ｌ
（なお、ＰＡ５０００は分子量５０００のポリアクリル酸、ＣＮＦはカーボンナノファイバー：微細炭素繊維）
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、５Ａ／ｄｍ２の電流密度で２０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図３、図４に示す。図３、図４に見られるように、粒径約１０〜３０μｍの微細な球状の銅粒にＣＮＦが多数取り込まれた、ウニ状の外観を呈するＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。これら複合物は、圧縮空気の吹き付けやアセトン中での超音波照射により容易にカソード電極から分離し、粒子化できた。
実施例１、実施例２から明らかなように、電流密度を大きめにして、ヤケめっき気味にすることによって粒状の複合物とすることができる。また電解条件（電解時間）を変えることによって粒状物の大きさを制御できることがわかる。
【実施例３】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ    ２２０ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４                ５５ｇ／Ｌ
ＰＡ５０００              ０．２５ｇ／Ｌ
ＣＮＦ                    １０ｇ／Ｌ
（なお、ＰＡ５０００は分子量５０００のポリアクリル酸）
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で１０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図５に示す。図５に見られるように、粒径約１０〜３０μｍの微細な球状の銅粒にＣＮＦが多数取り込まれた、ウニ状の外観を呈するＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。この複合物中におけるＣＮＦの含量を計測したところ、約７ｖｏｌ％であった。
【実施例４】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ    ２２０ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４                ５５ｇ／Ｌ
ＰＡ５０００              ０．２５ｇ／Ｌ
ＣＮＦ                    ２０ｇ／Ｌ
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で１０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図６に示す。図６に見られるように、粒径約１０〜３０μｍの微細な球状の銅粒にＣＮＦが多数取り込まれた、ウニ状の外観を呈するＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。この複合物中におけるＣＮＦの含有量を計測したところ、約１５ｖｏｌ％であった。
実施例３、４から明らかなように、電解液中のＣＮＦ含有量を増加させることによって、Ｃｕ−ＣＮＦ複合物中のＣＮＦ含有量を増加させることができる。
【実施例５】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ          １ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４                １５０ｇ／Ｌ
ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル（分散剤）
２ｇ
ＣＮＦ                    ２０ｇ／Ｌ
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、１０Ａ／ｄｍ２の電流密度で１０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図７に示す。本実施例では、実施例１〜４で用いたＣＮＦよりも外周表面の活性の高いＣＮＦを用いた。このようなＣＮＦを用いることによって、図７に見られるように、ＣＮＦ表面に銅が数珠（連玉）状に付着したＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。
【実施例６】  電解液
ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ          １ｇ／Ｌ
Ｈ２ＳＯ４                  ５０ｇ／Ｌ
ポリオキシエチレン（１０）オクチルフェニルエーテル（分散剤）
２ｇ
ＣＮＦ                    ２０ｇ／Ｌ
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で１０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図８に示す。本実施例では、実施例１〜４で用いたＣＮＦよりも外周表面の活性の高いＣＮＦを用いた。このようなＣＮＦを用いることによって、図８に見られるように、ＣＮＦ表面に銅が樹枝状に付着したＣｕ−ＣＮＦ複合物が形成されている。
【実施例７】  電解液
ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ      ２５０ｇ／Ｌ
ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ        ４５ｇ／Ｌ
Ｈ３ＢＯ３                  ３５ｇ／Ｌ
ＣＮＦ                      １０ｇ／Ｌ
ＰＡ５０００                ０．５ｇ／Ｌ
上記電解液を用いて、撹拌下、２５℃、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で１０分間電解を行った場合に、カソード電極の表面に析出した皮膜の走査型電子顕微鏡写真を図９に示す。このように銅以外に金属でも電解析出可能な金属であれば、ＣＮＦとの複合電解粉が得られる。
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金属粒子の粒径を数百ｎｍの極めて微細なものから、取扱いが容易な数十μｍまで調整可能であり、さらに微細炭素繊維の混入量を制御することも可能である。
【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】
2004094700.tif 000009
【図８】
2004094700.tif 000010
【図９】
2004094700.tif 000011
【国際調査報告】
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