碳复合材料的制造方法以及碳复合材料技术

技术问题：提供一种能够降低成本的新的碳复合材料的制造方法、以及碳复合材料。解决手段：通过脱成分工序，使由含有碳的化合物、合金或非平衡合金组成的含碳材料(11)浸入具有比该含碳材料(11)的融点低的凝固点且控制在比组成变动范围内的液相线温度的最小值低的温度的金属浴(12)，该组成变动范围为从含碳材料(11)中减少碳以外的其他主成分直至得到碳，从而选择性地使碳以外的其他主成分洗脱至金属浴(12)内，而获得具有微小间隙的碳部件。进一步地，通过在碳部件的微小间隙中存在有金属浴(12)的成分的状态下冷却，使金属浴(12)的成分固化，从而获得碳与固化的金属浴(12)的成分复合而成的碳复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳复合材料的制造方法以及碳复合材料
本专利技术涉及一种碳复合材料的制造方法以及碳复合材料。
技术介绍
含有碳和金属的复合材料由于具有良好的导电性、导热性、耐久性等特性，因此用于电池、电路断路装置用的电接点材料、受电弓的滑板用的滑动集电材料等各种用途。以往，作为制造含有碳和金属的复合材料的方法，例如存在如下两种方法：一种方法是在混炼并粉碎碳、粘合剂及金属后，将该粉碎物成型从而制作成型体，对该成形体在1300℃以上进行热处理(例如参照专利文献1)；另一种方法是使具有孔径为10nm以下的细孔的碳材料浸渍于含有硅或锡的氟化物络合物的反应溶液中，使该碳材料担载选自一氧化硅、二氧化硅、一氧化锡以及二氧化锡组成的群中的一种以上的半金属氧化物(例如参照专利文献2)。此外，本申请的专利技术人等开发了能够制造在表面或整体具有微小气孔的金属部件的所谓的金属熔液脱成分法(例如，参照专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利公开2012-25632号公报专利文献2：日本专利公开2011-71063号公报专利文献3：国际公开第WO2011/092909号
技术实现思路
(一)要解决的技术问题在专利文献1所述的碳复合材料的制造方法中，需要以1300℃以上的高温进行热处理，存在制造成本高昂的技术问题。另外，在专利文献2所述的碳复合材料的制造方法中，需要事先制造或购入具有细孔的碳材料，存在材料费高昂的技术问题。本专利技术是着眼于这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低成本的新的碳复合材料的制造方法、以及碳复合材料。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的碳复合材料的制造方法的特征在于，具有：脱成分工序，使由含有碳的化合物、合金或非平衡合金组成的含碳材料，与具有比该含碳材料的融点低的凝固点且控制在比组成变动范围内的液相线温度的最小值低的温度的熔融金属接触，所述组成变动范围为从所述含碳材料中减少所述碳以外的其他主成分直至得到所述碳，从而选择性地使所述其他主成分洗脱至所述熔融金属而形成微小间隙，并使所述熔融金属浸入所述微小间隙；以及冷却工序，在所述微小间隙中存在有所述熔融金属的状态下冷却，从而使该熔融金属固化。本专利技术的碳复合材料的制造方法在脱成分工序中，通过选择性地使碳以外的其他主成分从含碳材料中洗脱至熔融金属，残存的碳彼此反复键合，形成具有纳米尺寸的粒子。进一步地，由于这些粒子部分地键合，因此能够获得具有中孔(直径为2nm～60nm)、大孔(直径为60nm以上)等微小间隙的多孔且块状的碳部件。若使其在该状态下与熔融金属接触，则能够使熔融金属浸入碳部件的微小间隙。在微小间隙中存在有熔融金属的状态下，通过冷却工序进行冷却而将熔融金属固化，由此能够获得碳与固化的熔融金属的成分复合而成的碳复合材料。本专利技术的碳复合材料的制造方法是利用了所谓的金属熔液脱成分法的至今从未有过的全新的碳复合材料的制造方法。本专利技术的碳复合材料的制造方法能够仅通过控制熔融金属的温度，而较容易且低成本地制造碳复合材料。此外，本专利技术的碳复合材料的制造方法能够通过使熔融金属的温度、含碳材料与熔融金属的接触时间、含碳材料内的碳成分比变化，而使所制造的碳复合材料的碳以及固化的熔融金属的成分的尺寸，复合状态变化。本专利技术的碳复合材料的制造方法在脱成分工序中，只要能够使含碳材料的碳以外的其他主成分洗脱至熔融金属，则可以用任意方法使含碳材料与熔融金属接触。例如，所述脱成分工序可以通过将所述含碳材料浸入由所述熔融金属组成的金属浴，选择性地使所述其他主成分洗脱至所述金属浴内。另外，也可以具有预处理工序，所述预处理工序将具有比所述含碳材料的融点低的凝固点的固体金属以事先与所述含碳材料接触的方式配置，所述脱成分工序通过加热所述固体金属从而制成所述熔融金属，由此选择性地使所述其他主成分洗脱至所述熔融金属。在本专利技术的碳复合材料的制造方法中，冷却工序可以在使多孔的碳部件与熔融金属接触的状态下进行冷却。在熔融金属由金属浴组成的情况下，也可以在将多孔的碳部件浸入金属浴的状态下进行冷却。在该情况下，能够获得碳部件的微小间隙中堵塞有固化的熔融金属(金属浴)成分的状态下的碳复合材料。仅碳复合材料周边的熔融金属(金属浴)固化的部分按需要去除即可。另外，在本专利技术的碳复合材料的制造方法中，冷却工序也可以在将多孔的碳部件从熔融金属中分离后，在微小间隙中存在有熔融金属的状态下进行冷却。在熔融金属由金属浴构成的情况下，也可以在将多孔的碳部件从金属浴中拉起后进行冷却。在本专利技术的碳复合材料的制造方法中，优选地，所述熔融金属由Ag、Bi、Cu、Ga、Ge、Hg、In、Ir、Pb、Pt、Rh、Sb、Sn、Zn、或以它们中的至少一种为主成分的合金即混和体组成，所述其他主成分由：Al、B、Be、Ca、Ce、Cr、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Hf、Ho、K、La、Li、Lu、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Nd、Pr、Sc、Se、Si、Sm、Sr、Ta、Ti、V、W、Zr中的任一种、或含有它们中的多种的混和体组成。在该情况下，能够特别高效地获得碳复合材料。在本专利技术的碳复合材料的制造方法中，优选地，所述脱成分工序在非活性气氛中或真空气氛中进行，或者在所述熔融金属中添加熔剂(日文：フラックス)并在大气中进行。在该情况下，能够防止熔融金属氧化。本专利技术的碳复合材料的特征在于，其含有碳；以及Ag、Bi、Cu、Ga、Ge、Hg、In、Ir、Pb、Pt、Rh、Sb、Sn、Zn、或以它们中的至少一种作为主成分的合金。尤其优选碳；以及Ag、Cu或Zn。本专利技术的碳复合材料尤其优选通过本专利技术的碳复合材料的制造方法制造。本专利技术的碳复合材料根据与碳一同被复合化的成分的性质，能够用于各种用途。例如、C与Ag的复合材料能够作为电接点材料，C与Cu的复合材料能够适宜地用作滑动集电材料、电接点材料。(三)有益效果根据本专利技术，能够提供一种能够降低成本的新的碳复合材料的制造方法、以及碳复合材料。附图说明图1是Mn-C系状态图。图2是表示本专利技术的实施方式的碳复合材料的制造方法的脱成分工序的概略立体图。图3是表示通过本专利技术的实施方式的碳复合材料的制造方法获得的碳复合材料的扫描型电子显微镜照片。具体实施方式以下，列举实施例对本专利技术的实施方式进行说明。本专利技术的实施方式的碳复合材料的制造方法对前体的含碳材料，进行脱成分工序、冷却工序，能够制造本专利技术的实施方式的碳复合材料。在本专利技术的实施方式的碳复合材料的制造方法中，首先，制作由含有碳和碳以外的其他主成分的化合物、合金或非平衡合金组成的前体，作为含碳材料。例如，参考图1所示的Mn-C系状态图，制作使碳以外的其他的成分为Mn的Mn-C系的前体合金(日语：前駆合金)。此外，Mn、其合金的熔融体一般容易氧化，因此在熔制时，优选在氩等非活性气氛中进行。接着，如图2所示，为了提高反应性，将制作的前体的含碳材料11制成粉末状或片状，并在具有比该含碳材料11的融点低的凝固点的金属浴12的内部浸渍规定的时间。这时，将金属浴12控制在比组成变动范围内的液相线温度的最小值低的温度，该组成变动范围为从含碳材料11中减少碳以外的其他主成分直至得到碳。例如，在使用Mn-C系的前体合金作为含碳材料11的情况下，根据图1所示的状态图，将金属浴12控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳复合材料的制造方法，其特征在于，具有：脱成分工序，使由含有碳的化合物、合金或非平衡合金组成的含碳材料，与具有比该含碳材料的融点低的凝固点且控制在比组成变动范围内的液相线温度的最小值低的温度的熔融金属接触，所述组成变动范围为从所述含碳材料中减少所述碳以外的其他主成分直至得到所述碳，从而选择性地使所述其他主成分洗脱至所述熔融金属而形成微小间隙，并使所述熔融金属浸入所述微小间隙；以及冷却工序，在所述微小间隙中存在有所述熔融金属的状态下冷却，从而使该熔融金属固化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.04 JP 2016-0419151.一种碳复合材料的制造方法，其特征在于，具有：脱成分工序，使由含有碳的化合物、合金或非平衡合金组成的含碳材料，与具有比该含碳材料的融点低的凝固点且控制在比组成变动范围内的液相线温度的最小值低的温度的熔融金属接触，所述组成变动范围为从所述含碳材料中减少所述碳以外的其他主成分直至得到所述碳，从而选择性地使所述其他主成分洗脱至所述熔融金属而形成微小间隙，并使所述熔融金属浸入所述微小间隙；以及冷却工序，在所述微小间隙中存在有所述熔融金属的状态下冷却，从而使该熔融金属固化。2.根据权利要求1所述的碳复合材料的制造方法，其特征在于，所述脱成分工序中，通过将所述含碳材料浸入由所述熔融金属组成的金属浴，选择性地使所述其他主成分洗脱至所述金属浴内。3.根据权利要求1所述的碳复合材料的制造方法，其特征在于，具有预处理工序，所述预处理工序将具有比所述含碳材料的融点低的凝固点的固体金属以事先与所述含碳材料接触的方式配置，所述脱成分工序通过加热所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤秀实，津田雅史，高野勇乡，铃木庸介，茅野务，镰田晃二，室中正太，
申请(专利权)人：东北泰克诺亚奇股份有限公司，TPR工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP