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公開番号2024143454
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-11
出願番号2023056146
出願日2023-03-30
発明の名称複合材料、粉体材料、砥材および複合材料の製造方法
出願人ノリタケ株式会社
代理人個人,個人
主分類C04B 41/87 20060101AFI20241003BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】酸化物セラミックスを薄く被覆することにより、表面改質効果を得た複合材料、該複合材料を含む粉体材料ならびに該複合材料を含む砥材、そして該複合材料の製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】ここに開示される複合材料は、非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドと、上記非酸化物セラミックスまたは上記ダイヤモンドの表面に付着した金属または半金属の酸化物セラミックスと、を含む複合材料であって、上記酸化物セラミックスは、複数の粒子の集合体であり、上記酸化物セラミックスの上記粒子間に細孔を有し、非局在化密度汎関数(NLDFT)法により求めた上記酸化物セラミックスの微分細孔容積分布における最大ピーク細孔径が、5nm以下であることを特徴とする。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドと、前記非酸化物セラミックスまたは前記ダイヤモンドの表面に付着した金属または半金属の酸化物セラミックスと、を含む複合材料であって、
前記酸化物セラミックスは複数の粒子の集合体であり、
前記酸化物セラミックスの前記粒子間に細孔を有し、
非局在化密度汎関数（ＮＬＤＦＴ）法により求めた前記酸化物セラミックスの微分細孔容積分布における最大ピーク細孔径が、５ｎｍ以下である、
複合材料。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記酸化物セラミックスの細孔径５ｎｍ以下における前記酸化物セラミックスの単位質量当たりの細孔表面積が１０ｍ
２
／ｇ以上である、
請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記酸化物セラミックスの細孔径１０ｎｍ以下の細孔表面積に対する、細孔径２ｎｍ以下の前記酸化物セラミックスの細孔表面積の割合が３０％以上である、
請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記酸化物セラミックスが、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、イットリア、酸化鉄、酸化亜鉛およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、
請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項５】
前記酸化物セラミックスが、アモルファスアルミナ、γ-アルミナ、アモルファスシリカおよびアモルファスジルコニアからなる群から選ばれる混合物または複合酸化物を含む、
請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項６】
前記非酸化物セラミックスは、窒化物セラミックスである、
請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項７】
前記窒化物セラミックスが、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む、
請求項６に記載の複合材料。
【請求項８】
水と非極性溶媒の分離相と前記複合材料とを攪拌したとき、前記複合材料の７０ｗｔ％以上が水相に存在する、請求項１または２に記載の複合材料。
【請求項９】
請求項１または２に記載の複合材料が粉末状に含まれる、
粉体材料。
【請求項１０】
樹脂材料のフィラーである、
請求項１または２に記載の複合材料。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合材料、粉体材料、砥材および複合材料の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
非酸化物セラミックスやダイヤモンドは、高い硬度や熱伝導性に優れていることから、例えば、砥粒や放熱部材（放熱シート等）等、様々な用途に用いられている。その一方で、非酸化物セラミックスやダイヤモンドは、表面官能基が少なく他材料（例えば、樹脂等）との親和性（濡れ性）が低い。そこで、かかる親和性を向上するため、特許文献１および２のように、表面に水酸基の多い酸化物セラミックスを被覆した複合材料が挙げられる。例えば、特許文献１には、立方晶窒化ホウ素の表面に０．１～１０μｍの平均膜厚によって酸化アルミニウム層、または、酸化ケイ素層で被覆されたビトリファイドボンド砥石用の砥粒が開示されている。また、特許文献２には、金属窒化物粒子（非酸化物セラミックス粒子）の表面にシリカ粒子（酸化物セラミックス粒子）を焼結させたものを直接結合し、概ね隙間なく被覆した、シリカ被覆金属窒化物粒子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平７－１０８４６１号公報
特開２０１５－１０１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸化物セラミックスによる表面改質においては、非酸化物セラミックスやダイヤモンドの本来の物性を生かす観点から酸化物セラミックスをなるべく薄く付着させることが好ましい。特許文献１では、酸化物セラミックスを厚膜に被覆している。酸化物セラミックス量に対して、不安定である酸化物セラミックス－非酸化物セラミックス界面の割合が多いため、酸化物セラミックスを薄く付着することは困難である。また、特許文献２では、窒化物セラミックスに対し、シリカ粒子を直接結合させ、被覆している。このため、特許文献２に開示された技術で用いることができる酸化物セラミックスは、窒化物セラミックスと直接結合する材料に限られる。
【０００５】
ここに開示される技術は、かかる点に鑑みて創出されたものであり、酸化物セラミックスを薄く被覆することにより、表面改質効果を得た複合材料の提供を目的とする。また、他の側面として、該複合材料を含む粉体材料ならびに該複合材料を含む砥材、そして該複合材料の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示される複合材料は、非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドと、上記非酸化物セラミックスまたは上記ダイヤモンドの表面に付着した金属または半金属の酸化物セラミックスと、を含む複合材料であって、上記酸化物セラミックスは、複数の粒子の集合体であり、上記酸化物セラミックスの上記粒子間に細孔を有し、非局在化密度汎関数（ＮＬＤＦＴ）法により求めた上記酸化物セラミックスの微分細孔容積分布における最大ピーク細孔径が、５ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
上記複合材料では、非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドの表面に付着した酸化物セラミックスは、複数の粒子の集合体として存在している。そして、上記酸化物セラミックスの最大ピーク細孔径が５ｎｍ以下である。すなわち上記複合材料は、おおむね小さな酸化物セラミックスの粒子から構成されている。換言すれば、酸化物セラミックスの粒子の大多数の粒径が小さく、これらが比較的密に集合していることを示す。これにより、非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドの表面上に薄く密な酸化物セラミックスの膜を形成し、効率的な表面改質が実現する。
【０００８】
ここに開示される複合材料の好ましい一態様では、上記酸化物セラミックスの細孔径５ｎｍ以下における上記酸化物セラミックスの単位質量当たりの細孔表面積が１０ｍ
２
／ｇ以上である。かかる構成によれば、複合材料中において、酸化物セラミックスが複数の粒子の集合体として好適に存在している。
【０００９】
ここに開示される複合材料の好ましい一態様では、上記酸化物セラミックスの細孔径１０ｎｍ以下の細孔表面積に対する、細孔径２ｎｍ以下の上記酸化物セラミックスの細孔表面積の割合が３０％以上である。酸化物セラミックスが上記した構成で非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドの表面に付着することにより、非酸化物セラミックスまたはダイヤモンドの表面に官能基を増加することができる。
【００１０】
ここに開示される複合材料の好ましい一態様では、上記酸化物セラミックスが、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、イットリア、酸化鉄、酸化亜鉛およびゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む。また、ここに開示される複合材料の好ましい一態様では、上記酸化物セラミックスが、アモルファスアルミナ、γ-アルミナ、アモルファスシリカおよびアモルファスジルコニアからなる群から選ばれる混合物または複合酸化物を含む。かかる構成によれば、かかる構成によれば、好適に複数の粒子の集合体としての酸化セラミックスを付着させた複合材料の提供が可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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