具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供与作为基体材料的纯钛及钛合金的密合性良好、光催化活性优异、并且外观设计性良好的漂亮的显色钛，以及使用具有良好生产性的阳极氧化过程来制造这些材料的制造方法。为此，本发明专利技术提供具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料，其以纯钛或钛合金为基体材料，在基体材料表面存在的氧化钛层的厚度为0.1μm～5.0μm的范围，并且，该氧化钛层含有锐钛矿型二氧化钛和与羟基键合的钛，并且，在该氧化钛层中含有氮和碳各0.5～30质量％。此外，本发明专利技术还提供通过在含有0.01M～饱和浓度的硝酸根离子的碱性水溶液中进行阳极氧化处理来制造这些材料的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，以及使用该材料的板状物、网状结构体。进一步，本专利技术涉及具有可见光响应性且光催化活性优异的由氧化钛粒子构成的钛系材料及其制造方法。
技术介绍
应用了二氧化钛的光催化活性的显示抗菌、抗异味、耐污染性等的众多制品已出现在市面上。并且，专利文献1中揭示了下述内容通过使用钛基体材料、并将阳极氧化法和在氧化性气氛中的加热组合在一起，可表现出光催化活性。此外，专利文献2中公开了下述内容通过在阳极氧化层上叠层含有氧化钛粉末的膜，可得到具有优异光催化活性的钛系金属材料。对于这些具有光催化活性的钛系材料而言，由于基体材料是耐蚀性极为优异的钛，因此在各种腐蚀环境中也能够使用。可根据其各种用途，例如建筑材料、车辆外部装饰材料、家电制品等而加工成各种形状后使用。此外，在专利文献3 5中，揭示了使氧化钛形成网状结构体，利用其光催化活性而使用于海水、污水、淡水等的净化、杀菌等中。此外，在专利文献6、专利文献7中，揭示了通过在添加了氧化钛粉末的电解浴中进行阳极氧化处理，从而得到具有光催化活性的钛粒子。通过将这些具有光催化活性的钛粒子与粘合剂组合后进行涂布，可应用于提高各种基体材料的耐污染性、抗菌性等。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特平开8-M6192号公报专利文献2 日本特平开10-12U66号公报专利文献3 日本特开2000-61458号公报专利文献4 日本特开2006-149363号公报专利文献5 日本特开2008-187910号公报专利文献6 日本特开2002-38298号公报专利文献7 日本特开2003_1四四0号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术人等按照专利文献1进行了纯钛的阳极氧化，之后在大气中进行了加热， 但没有得到充分的光催化活性。专利文献2中在阳极氧化钛层上叠层了含有氧化钛的粉末，但可以推测单凭阳极氧化和大气加热的单纯组合，是无法得到高光催化活性的。而像专利文献2那样在阳极氧化后进一步叠层氧化钛层，从密合性的观点来看是存在问题的。 并且，叠层含有氧化钛的粉末，还会导致成本的增加。并且，上述的钛系材料中，由于基体材料和阳极氧化被膜的密合性不充分，因此将此材料做成板状物进行压制加工等时，基体材料-阳极氧化被膜间容易发生剥离，其结果， 难以根据用途进行成形加工。此外，通常，氧化钛的光催化活性是通过紫外线照射而发挥出来的。因此对于专利文献3 5中所示的在水中环境中使用的网状结构体的氧化钛、以及专利文献6、7中的钛粒子而言，在太阳光、照明设备的光照射下，紫外线量少，因此存在光催化活性无法充分发挥的问题。本专利技术基于如上现状，其目的在于提供如下钛系材料以及使用该材料的板状物、 网状结构体、以及利用了生产性优异的阳极氧化过程的这些材料的制造方法，所述钛系材料是在由纯钛或钛合金构成的基体材料表面形成有氧化钛层的材料，该材料中基体材料与氧化钛层的密合性优异，并且，该钛系材料具有可见光响应性且光催化活性优异。此外，本专利技术的目的还在于提供一种具有可见光响应性且光催化活性优异的由氧化钛粒子构成的钛系材料、以及利用了生产性优异的阳极氧化过程的这些材料的制造方法。解决问题的方法本专利技术是着眼于纯钛和钛合金表面的氧化钛层中的氧化物的种类及氧化物中含有的碳和氮，并且着眼于阳极氧化的显色浴组成，进行深入研究而完成的。本专利技术的要点如下。(1) 一种具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料，其以纯钛或钛合金为基体材料，表面存在的氧化钛层的厚度为0. 1 μ m 5. 0 μ m的范围，并且，该氧化钛层含有锐钛矿型二氧化钛以及与羟基键合的钛，并且，在该氧化钛层中含有氮和碳各0. 5 30质量％。(2)根据所述(1)所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料，其中， 所述氧化钛层含有碳化钛和氮化钛中的至少一种以上。(3)根据所述(1)或( 所述的钛系材料，其中，所述纯钛或钛合金的基体材料为板状物。(4)根据所述(1)或( 所述的钛系材料，其中，所述纯钛或钛合金的基体材料为箔。(5)根据所述(1)或( 所述的钛系材料，其中，所述纯钛或钛合金的基体材料为板状物或箔的连续长卷(連続長尺二 O )。(6)根据所述(1)或( 所述的钛系材料，其中，所述纯钛或钛合金的基体材料为网状结构体。(7) 一种具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料，其由氧化钛粒子构成， 所述氧化钛粒子含有锐钛矿型二氧化钛和与羟基键合的钛，并且，氧化钛中含有氮和碳各 0. 5 30质量％。(8)根据上述(7)所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料，其中， 所述氧化钛含有碳化钛及氮化钛中的至少一种以上。(9)上述(1)或( 所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，该方法包括在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子的水溶液中，于IOV以上且低于100V对由纯钛或钛合金构成的基体材料进行30秒钟以上且60分钟以下的阳极氧化处理。(10)上述(1)或( 所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，该方法包括在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子的水溶液中，于IOV以上且低于100V对由纯钛或由钛合金构成的基体材料进行30秒钟以上且60分钟以下的阳极氧化处理，之后，在200°C 750°C的温度范围内进行1分钟以上且M小时以下的热处理。(11)根据上述(9)所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，其中，在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子、且pH为12 15的水溶液中，对由纯钛或钛合金构成的基体材料进行30秒钟以上且60分钟以下的阳极氧化。(12)上述(7)或(8)所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，该方法包括在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子的水溶液中，于IOV以上且 100V以下对纯钛或钛合金进行阳极氧化处理，从而生成氧化钛粒子。(13)上述(7)或(8)所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，该方法包括在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子的水溶液中，于IOV以上且低于100V对纯钛或钛合金进行阳极氧化处理，之后，在200°C 750°C的温度范围内进行1分钟以上且M小时以下的加热处理，从而生成氧化钛粒子。(14)根据上述(1 所述的具有可见光响应性且光催化活性优异的钛系材料的制造方法，其中，在含有0. OlM 饱和浓度的硝酸根离子、且pH为12 15的水溶液中，对纯钛或钛合金进行阳极氧化。专利技术的效果本专利技术的钛系材料具有可见光响应性且光催化活性优异，同时，基体材料与氧化物层之间的密合性也良好。其结果，在进行压制成形等加工时，不会发生氧化钛层的剥离等，可以在不破坏光催化活性的情况下根据用途加工成各种形状。进而，根据本专利技术，还可以通过调节阳极氧化电压而得到漂亮的显色板。此外，本专利技术的氧化钛粒子因具有可见光响应性且光催化活性优异，因此，通过将这些氧化钛粒子与各种粘合剂组合并进行涂布，在紫外线量少的环境下也能够充分发挥出光催化活性。具体实施例方式为了得到具有优异的光催化活性的以纯钛及钛合金作为基体材料的钛系材料，本专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过在纯钛或钛合金基体材料上形成含有锐钛矿型二氧化钛和与羟基键合的钛、且厚度为0. 1 μ m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金子道郎，德野清则，清水宽史，山岸和夫，下村麻实，长谷川光行，横山瑠理子，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：