JP2007016262A - Carbon nanotube-containing composite material, and method for producing the same - Google Patents

Carbon nanotube-containing composite material, and method for producing the same Download PDF

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裕 馬久地
Kenji Tsushima
健次 津島
Masaki Kuno
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CNT-containing composite material in which CNTs (carbon nanotubes) are dispersed and blended, and which has excellent mechanical properties, electric properties, thermal properties or the like, and is suitable in use as members and parts, and to provide a method for producing the same. <P>SOLUTION: In the CNT-containing metal powder, either or both of the inside or surface of metal powder holds CNTs. The CNT-containing composite material is obtained by sintering the CNT-containing metal powder. A stacked type CNT-containing composite material is obtained by build-up welding the CNT-containing metal powder on the surface of the base material. In the method for producing the CNT-containing metal powder, mechanical actions such as impulse force, compressive force, friction force and shearing force are applied to metal powder and CNT, so as to be integrated. In the method for producing a CNT-containing composite material, CNT-containing metal powder is heated in a nonoxidizing atmosphere, and is sintered. In the method for producing stacked type CNT-containing composite material, CNT-containing metal powder is heated in a nonoxidizing atmosphere, so as to be made into a melted or half-melted state, and is stacked on the surface of a base material. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボンナノチューブ含有複合材及びその製造方法に係り、更に詳細には、カーボンナノチューブ含有金属粉末、その製造方法、カーボンナノチューブ含有複合材、その製造方法、積層型カーボンナノチューブ含有複合材及びその製造方法に関する。
特に、自動車用部品などの高い性能を必要とする部品に適したカーボンナノチューブ含有複合材及び積層型カーボンナノチューブ含有複合材に関する。
The present invention relates to a carbon nanotube-containing composite material and a method for producing the same, and more specifically, a carbon nanotube-containing metal powder, a method for producing the same, a carbon nanotube-containing composite material, a method for producing the same, a laminated carbon nanotube-containing composite material, and the method thereof It relates to a manufacturing method.
In particular, the present invention relates to a carbon nanotube-containing composite material and a laminated carbon nanotube-containing composite material suitable for parts that require high performance such as automobile parts.

従来からカーボンナノチューブ(以下、「CNT」と略記する。)は、その特徴的な構造から、機械的性質だけでなく、電気的性質や熱的性質についても優れていることが知られている。
そして、CNT含有複合材は、自動車用部品だけでなく、広くその応用が期待されている。
特に、マトリックスを金属とした複合材は、マトリックスが樹脂である複合材と比較して耐熱性や耐摩耗性、熱膨張特性などが優れていることから、これらの性能が必要とされる自動車用部品として広く応用が期待できる。
Conventionally, carbon nanotubes (hereinafter abbreviated as “CNT”) are known to be excellent not only in mechanical properties but also in electrical properties and thermal properties due to their characteristic structures.
The CNT-containing composite material is expected to be widely applied not only to automobile parts.
In particular, composite materials with a matrix metal are superior in heat resistance, wear resistance, thermal expansion characteristics, etc. compared to composite materials in which the matrix is a resin. Wide application as a part can be expected.

これまでに、アルミニウム粉末とCNTを混合して、金属シース中に詰め、線引きして複合材としたものが提案されている(非特許文献1参照。)。
また、ニッケルめっき層中にCNTを添加して耐摩耗性を向上させたものが提案されている(非特許文献2参照。)。
So far, a composite material in which aluminum powder and CNT are mixed, packed in a metal sheath, and drawn into a composite material has been proposed (see Non-Patent Document 1).
In addition, a material in which CNT is added to a nickel plating layer to improve wear resistance has been proposed (see Non-Patent Document 2).

一方、自動車のエンジンシリンダヘッドには、バルブシートが圧入され、バルブとのシールを保っていることが知られており、この部品には強度だけでなく、バルブの熱をシリンダヘッドのウォータジャケットへ逃がすという機能が要求されている。
そして、これまでの鉄系合金からなるバルブシートを圧入する代わりに、レーザによって銅合金粉末を肉盛し、仕上げ加工することにより、基材との熱伝導性能を高めてバルブの温度を低下させたものが提案されている(特許文献1参照。)。
特開平05−256190号公報 ジャーナル オブ マテリアルズリサーチ(J.Mater.Res.),「プロセッシング オブ カーボン ナノチューブ リーンフォース アルミニウム コンポジット(Processing of carbon nanotube reinforced aluminium composite)」,1998年,第13巻,第9号,p2445−2449 「エレクトロレス プレパレーション アンド トライボロジカル プロパティズ オブ Ni−P−カーボン ナノチューブ コンポジット コーティングス アンダー ルブリカル コンディション(Electroless preparation and tribological properties of Ni−P−Cabon nanotube composite coatings under lubrical condition)」,サーフィス アンド コーティング テクノロジー(Surface and Coating Technology),2002年,第160号,p68−73
On the other hand, it is known that a valve seat is press-fitted into an engine cylinder head of an automobile and keeps a seal with the valve. This part not only provides strength but also heat from the valve to the water jacket of the cylinder head. The function of escaping is required.
And instead of press-fitting a conventional valve seat made of an iron-based alloy, the copper alloy powder is built up by laser and finished, thereby improving the heat conduction performance with the base material and lowering the valve temperature. Have been proposed (see Patent Document 1).
JP 05-256190 A Journal of Materials Research (J. Mater. Res.), "Processing of carbon nanotubule composite", 1998, Vol. 13, No. 9, p2445. "Electroless preparation and tribological properties of Ni-P-carbon nanotube composite coatings and tribological conditions, Ni-P-Carbon nanocomposite technology" and Coating Technology), 2002, No. 160, p68-73.

しかしながら、CNTは金属に対して濡れ性が良くなく、また、非常に微細であるため、マトリックス金属中に分散・配合させることが極めて困難であり、未だ部材・部品として使用に耐えるものが得られていない。   However, CNTs do not have good wettability to metals, and are very fine, so it is extremely difficult to disperse and mix them in matrix metals, and those that can still be used as members and parts are obtained. Not.

例えば、上記非特許文献1に記載の複合材は、CNTが凝集しているために、その性能が十分に発揮されていないという問題点があった。   For example, the composite material described in Non-Patent Document 1 has a problem that its performance is not sufficiently exhibited because CNTs are aggregated.

これは、CNTを強化材としてマトリックス金属中に添加する場合には、その凝集を解き、均一に分散させた状態とすることが重要であるが、原料としてマトリックス金属の粉末とCNTとを混合して焼結させる場合には、その成形は可能であっても凝集が十分には解けないためである。   When adding CNT as a reinforcing material to a matrix metal, it is important to break up the agglomeration and make it uniformly dispersed. However, as a raw material, a matrix metal powder and CNT are mixed. In the case of sintering, the aggregation is not sufficiently solved even if the molding is possible.

また、上記非特許文献2に記載の複合材は、薄い皮膜しか得られないという寸法上の制約がある。そして、マトリックス金属の材質についても制約がある。   Further, the composite material described in Non-Patent Document 2 has a dimensional limitation that only a thin film can be obtained. There are also restrictions on the material of the matrix metal.

これは、めっき層中にCNTを混合させる場合には、現実にはめっき層の厚さに限度があるためである。
そして、そのために低面圧下での摩擦摩耗性能が要求される部材に用途が限定されるという問題点がある。
また、マトリックス金属としてアルミニウムの適用が困難であり、軽量化を目的とする場合には利用できない、更には処理速度が遅く生産性が低いといった問題点もある。
This is because when the CNT is mixed in the plating layer, the thickness of the plating layer is actually limited.
For this reason, there is a problem in that the use is limited to members that require friction and wear performance under low surface pressure.
In addition, it is difficult to apply aluminum as a matrix metal, and there is a problem that it cannot be used for the purpose of weight reduction, and further, the processing speed is slow and the productivity is low.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、CNTを分散・配合させ、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品として使用に適したCNT含有複合材及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object is to disperse and blend CNTs, which are excellent in mechanical properties, electrical properties, thermal properties, An object of the present invention is to provide a CNT-containing composite material suitable for use as a member or component and a method for producing the same.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、金属粉末の内部及び表面の一方又は双方にCNTを保持して成るCNT含有金属粉末を得、それを出発原料とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained a CNT-containing metal powder comprising CNTs held on one or both of the inside and the surface of the metal powder, and using it as a starting material. As a result, the inventors have found that the above object can be achieved, and have completed the present invention.

即ち、本発明のCNT含有金属粉末は、金属粉末の内部及び表面の一方又は双方にCNTを保持して成るものである。   That is, the CNT-containing metal powder of the present invention is obtained by holding CNTs in one or both of the inside and the surface of the metal powder.

また、本発明のCNT含有複合材は、上記本発明のCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を焼結して成るものである。
更に、本発明の積層型CNT含有複合材は、上記本発明のCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を基材表面に肉盛して成るものである。
The CNT-containing composite material of the present invention is obtained by sintering the CNT-containing metal powder using the CNT-containing metal powder of the present invention.
Furthermore, the laminated CNT-containing composite material of the present invention is formed by depositing the CNT-containing metal powder on the surface of the substrate using the CNT-containing metal powder of the present invention.

更にまた、本発明のバルブフェース部材、シリンダヘッドバルブシート部材、シリンダヘッド弁間部材及び成形用金型部材は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を適用したものである。   Furthermore, the valve face member, the cylinder head valve seat member, the cylinder head inter-valve member, and the molding die member of the present invention are obtained by applying the laminated CNT-containing composite material of the present invention.

また、本発明のCNT含有金属粉末の製造方法は、上記本発明のCNT含有金属粉末を製造する方法であって、金属粉末とCNTに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させる方法である。
そして、金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、好ましくはその雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法である。
Further, the method for producing a CNT-containing metal powder of the present invention is a method for producing the CNT-containing metal powder of the present invention, wherein the metal powder and CNT are made of a group consisting of impact force, compressive force, friction force and shear force. In this method, at least one selected mechanical action is repeatedly added and integrated.
In integrating the metal powder and the carbon nanotube, the atmosphere is preferably an inert gas atmosphere.

更に、本発明のCNT含有複合材の製造方法は、上記本発明のCNT含有複合材を製造する方法であって、金属粉末とCNTに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させてCNT含有金属粉末を得、得られたCNT含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、焼結させる方法である。
そして、金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、好ましくはその雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法である。
Furthermore, the method for producing a CNT-containing composite material according to the present invention is a method for producing the above-described CNT-containing composite material according to the present invention, wherein the metal powder and CNT are made of a group consisting of impact force, compressive force, friction force and shear force. It is a method in which at least one selected mechanical action is repeatedly applied and integrated to obtain a CNT-containing metal powder, and the obtained CNT-containing metal powder is heated and sintered in a non-oxidizing atmosphere. .
In integrating the metal powder and the carbon nanotube, the atmosphere is preferably an inert gas atmosphere.

更にまた、本発明の積層型CNT含有複合材の製造方法は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を製造する方法であって、金属粉末とCNTに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させてCNT含有金属粉末を得、得られたCNT含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、溶融または半溶融状態にし、基材表面に積層させる方法である。
そして、金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、好ましくはその雰囲気を不活性ガス雰囲気とする方法である。
Furthermore, the method for producing a laminated CNT-containing composite material according to the present invention is a method for producing the above-mentioned laminated CNT-containing composite material according to the present invention, wherein impact force, compressive force, frictional force and shear force are applied to metal powder and CNT. At least one mechanical action selected from the group consisting of forces is repeatedly added and integrated to obtain a CNT-containing metal powder, and the obtained CNT-containing metal powder is heated and melted in a non-oxidizing atmosphere. Or it is the method of making it a semi-molten state and laminating | stacking on the base-material surface.
In integrating the metal powder and the carbon nanotube, the atmosphere is preferably an inert gas atmosphere.

本発明によれば、金属粉末の内部及び表面の一方又は双方にCNTを保持して成るCNT含有金属粉末を得、それを出発原料とすることなどとしたため、CNTを分散・配合させ、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品として使用に適したCNT含有複合材及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, since a CNT-containing metal powder obtained by holding CNT inside and / or on the surface of the metal powder is obtained and used as a starting material, CNT is dispersed and blended, It is possible to provide a CNT-containing composite material excellent in properties, electrical properties, thermal properties, etc., and suitable for use as a member or component, and a method for producing the same.

以下、本発明のCNT含有金属粉末について詳細に説明する。
上述の如く、本発明のCNT含有金属粉末は、金属粉末の内部及び表面の一方又は双方にCNTを保持して成るものである。
このようなCNT含有金属粉末は、詳しくは後述する本発明のCNT含有複合材や積層型CNT含有複合材を製造する際の出発原料として好適に用いることができる。
Hereinafter, the CNT-containing metal powder of the present invention will be described in detail.
As described above, the CNT-containing metal powder of the present invention is obtained by holding CNTs in one or both of the inside and the surface of the metal powder.
Such a CNT-containing metal powder can be suitably used as a starting material when producing the CNT-containing composite material or laminated CNT-containing composite material of the present invention described later in detail.

また、本発明のCNT含有金属粉末において、そのCNT含有率は2〜20体積%であることが望ましい。
CNT含有率が2体積%より小さいと、複合材とした際に、その性能が十分に発揮されない可能性がある。一方、20体積%を超えると、CNTの凝集が完全に解けず、複合材を成形した際に、欠陥となり、かえって機械的強度やその他の性能が低下するおそれがある。
In the CNT-containing metal powder of the present invention, the CNT content is preferably 2 to 20% by volume.
When the CNT content is less than 2% by volume, there is a possibility that the performance is not sufficiently exhibited when a composite material is obtained. On the other hand, when it exceeds 20% by volume, the aggregation of CNTs is not completely solved, and when the composite material is molded, it becomes a defect, which may lower the mechanical strength and other performances.

更に、本発明のCNT含有金属粉末において、用いる金属粉末については特に限定されるものではないが、代表的なものとして、銅(Cu)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)又はアルミニウム(Al)、及びこれらの任意の組合わせに係る金属を含む合金などを挙げることができる。
このような金属粉末の大きさとしては、特に限定されるものではないが、平均粒径が30〜300μm程度のものを利用することが望ましい。
Furthermore, in the CNT-containing metal powder of the present invention, the metal powder to be used is not particularly limited, but representative examples include copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), iron (Fe). Alternatively, aluminum (Al), and an alloy containing a metal related to any combination thereof can be given.
The size of the metal powder is not particularly limited, but it is desirable to use a metal powder having an average particle size of about 30 to 300 μm.

更にまた、本発明のCNT含有金属粉末において、用いるCNTは、その種類について特に限定されるものではなく、単層(SW−CNT)であっても多層(MW−CNT)であっても構わないが、焼結や肉盛などの製造工程において高温に曝されるので、耐熱性の高いものが望ましい。例えば、500℃以上の耐熱性を有すればよく、700℃以上の耐熱性を有することが好ましい。   Furthermore, in the CNT-containing metal powder of the present invention, the type of CNT to be used is not particularly limited, and may be a single layer (SW-CNT) or a multilayer (MW-CNT). However, since it is exposed to high temperature in manufacturing processes, such as sintering and overlaying, a thing with high heat resistance is desirable. For example, it should just have heat resistance of 500 degreeC or more, and it is preferable to have heat resistance of 700 degreeC or more.

次に、本発明のCNT含有金属粉末の製造方法について詳細に説明する。
上述の如く、本発明のCNT含有金属粉末の製造方法は、上記本発明のCNT含有金属粉末を製造するに当たり、金属粉末とカーボンナノチューブに衝撃力、圧縮力、摩擦力又は剪断力、及びこれらの任意の組合せに係る機械的作用を繰り返し加えて、一体化させて、所望のCNT含有金属粉末を得る方法である。
そして、金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、その雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。
なお、不活性ガスとしては、例えば窒素(N)やアルゴン(Ar)を用いことができるが、詳しくは後述する雰囲気とCNT含有金属粉末との反応を考慮するとより安定なアルゴンが好ましい。
Next, the manufacturing method of the CNT containing metal powder of this invention is demonstrated in detail.
As described above, the method for producing the CNT-containing metal powder of the present invention provides the impact force, compressive force, frictional force or shear force applied to the metal powder and the carbon nanotube, In this method, mechanical actions related to any combination are repeatedly added and integrated to obtain a desired CNT-containing metal powder.
And when integrating a metal powder and a carbon nanotube, it is preferable to make the atmosphere into an inert gas atmosphere.
As the inert gas, for example, nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) can be used, but more stable argon is preferable in consideration of the reaction between the atmosphere described later and the CNT-containing metal powder.

より具体的には、例えば高速気流中で金属粉末とCNTとを衝突させて、これらに衝撃力や圧縮力、摩擦力、剪断力等の機械的作用を繰り返し加えることによって、CNTの凝集が解かれながら、金属粉末の表面にCNTが固着したり、金属粉末同士が合体する際に、その内部にCNTが取り込まれることにより、CNTと金属粉末とが一体化したCNT含有金属粉末を得ることができる。   More specifically, for example, by colliding metal powder with CNTs in a high-speed air current and repeatedly applying mechanical actions such as impact force, compression force, friction force, shear force, etc., the aggregation of CNTs is solved. As it is, when CNTs adhere to the surface of the metal powder or when the metal powders coalesce, the CNTs are taken into the interior, thereby obtaining a CNT-containing metal powder in which the CNTs and the metal powder are integrated. it can.

なお、このように作製することにより、CNT含有金属粉末は生産性良く得られ、更に本発明のCNT含有複合材や積層型CNT含有複合材を作製する際の原料として特に望ましいものとなるが、本発明のCNT含有金属粉末は、かかる方法により作製されたものに限定されないことは言うまでもない。   In addition, by producing in this way, the CNT-containing metal powder can be obtained with high productivity, and it is particularly desirable as a raw material for producing the CNT-containing composite material and the laminated CNT-containing composite material of the present invention. It goes without saying that the CNT-containing metal powder of the present invention is not limited to those produced by such a method.

更に、この際には、金属粉末やCNTの表面は、その微細な構造のため(金属粉末は代表的には、平均粒径が30〜300μm程度であり、CNTは代表的には、直径が数10nm程度であり、かつ長さが数μm程度である。)、かなり活性化された状態であり、製造工程における雰囲気と反応し易くなる。
具体的には、酸化や窒化が起こり易くなる。そのため、部分的に酸化や窒化されたような反応生成物を必要とする場合を除いて、上述したように不活性ガス雰囲気中で、上記工程を実施することが望ましい。
Further, at this time, the surface of the metal powder or CNT has a fine structure (the metal powder typically has an average particle size of about 30 to 300 μm, and the CNT typically has a diameter of about 30 to 300 μm. It is about several tens of nm and the length is about several μm.) It is in a considerably activated state and easily reacts with the atmosphere in the manufacturing process.
Specifically, oxidation and nitridation are likely to occur. Therefore, it is desirable to carry out the above steps in an inert gas atmosphere as described above, except when a reaction product that is partially oxidized or nitrided is required.

図1は、本発明のCNT含有金属粉末の製造方法により得られるCNT含有金属粉末の概念図である。
同図に示すように、金属粉末とCNTは、上述したような処理を経ることにより、CNT含有複合材等の出発原料として好適なCNT含有金属粉末となる。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a CNT-containing metal powder obtained by the method for producing a CNT-containing metal powder of the present invention.
As shown in the figure, the metal powder and CNT become a CNT-containing metal powder suitable as a starting material for a CNT-containing composite material and the like by undergoing the above-described treatment.

次に、本発明のCNT含有複合材について詳細に説明する。
上述の如く、本発明のCNT含有複合材は、上記本発明のCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を焼結して成るものである。
このようにCNT含有複合材は、所望する形状に適宜成形し、加熱・焼結してバルク化することができ、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品の使用に適したものを得ることができる。
Next, the CNT-containing composite material of the present invention will be described in detail.
As described above, the CNT-containing composite material of the present invention is obtained by sintering the CNT-containing metal powder using the CNT-containing metal powder of the present invention.
In this way, CNT-containing composites can be appropriately shaped into the desired shape, heated and sintered to be bulked, and have excellent mechanical properties, electrical properties, thermal properties, etc., and use of members and parts Can be obtained.

また、CNTの含有量は、上述したような理由により2〜20体積%であることが好ましく、CNT含有複合材のマトリックス金属についても、特に限定されるものではないが、例えば、代表的なものとして、Cu、Co、Ni、Fe又はAl、及びこれらの任意の組合わせに係る金属を含む合金などを挙げることができる。   Further, the content of CNT is preferably 2 to 20% by volume for the reasons described above, and the matrix metal of the CNT-containing composite material is not particularly limited. Examples thereof include Cu, Co, Ni, Fe, Al, and alloys containing metals according to any combination thereof.

次に、本発明のCNT含有複合材の製造方法について詳細に説明する。
上述の如く、本発明のCNT複合材の製造方法は、上記本発明のCNT含有複合材を製造するに当たり、上述したように金属粉末とCNTに衝撃力、圧縮力、摩擦力又は剪断力、及びこれらの任意の組合せに係る機械的作用を繰り返し加えて、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、一体化させてCNT含有金属粉末を得、得られたCNT含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、焼結させて、所望のCNT含有複合材を得る方法である。
このように、上記本発明のCNT含有金属粉末を用いることにより、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品として使用に適したCNT含有複合材を効率よく得ることができる。
なお、非酸化性雰囲気を得るために、真空中、又はアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等の不活性ガス中、又は窒素(N)若しくは水素(H)などの還元性雰囲気中で処理すればよい。真空中であることが好ましいが、上記雰囲気でも特に支障はない。
Next, the manufacturing method of the CNT containing composite material of this invention is demonstrated in detail.
As described above, the manufacturing method of the CNT composite material according to the present invention, in manufacturing the CNT-containing composite material according to the present invention, as described above, impact force, compressive force, frictional force or shear force on the metal powder and CNT, and A mechanical action related to any combination of these is repeatedly applied, and preferably integrated in an inert gas atmosphere to obtain a CNT-containing metal powder, and the obtained CNT-containing metal powder is heated in a non-oxidizing atmosphere. Then, the desired CNT-containing composite material is obtained by sintering.
Thus, by using the CNT-containing metal powder of the present invention, it is possible to efficiently obtain a CNT-containing composite material that is excellent in mechanical properties, electrical properties, thermal properties, etc. and suitable for use as a member or component. it can.
In order to obtain a non-oxidizing atmosphere, in a vacuum, or in an inert gas such as argon (Ar) or helium (He), or in a reducing atmosphere such as nitrogen (N 2 ) or hydrogen (H 2 ). What is necessary is just to process. Although it is preferably in a vacuum, there is no particular problem in the above atmosphere.

但し、金属粉末の表面に固着したCNTは、CNT含有金属粉末同士の焼結を若干ではあるが阻害するので、その場合には、CNT含有金属粉末を成形用の型中で圧縮・加熱するだけでなく、塑性加工工程を付加することにより、より健全なバルクが得られやすくなる。
また、圧延や押出しなどの塑性加工工程を付加することにより、方向性のあるCNT含有複合材を製造することができ、積極的に異方性を利用したCNT含有複合材を得ることもできる。
なお、このような製造方法は、生産性に優れたものであるが、所望する性能を有するものが得られれば、本発明のCNT含有複合材は、かかる方法により作製されたものに限定されないことは言うまでもない。
However, since the CNTs fixed on the surface of the metal powder slightly inhibit the sintering of the CNT-containing metal powders, in that case, the CNT-containing metal powder is simply compressed and heated in a molding die. Instead, by adding a plastic working step, a more sound bulk can be easily obtained.
Further, by adding a plastic working step such as rolling or extrusion, a directional CNT-containing composite material can be produced, and a CNT-containing composite material that actively utilizes anisotropy can also be obtained.
In addition, although such a manufacturing method is excellent in productivity, if a material having desired performance is obtained, the CNT-containing composite material of the present invention is not limited to that produced by such a method. Needless to say.

次に、本発明の積層型CNT含有複合材について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の積層型CNT含有複合材は、上記本発明のCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を基材表面に肉盛して成るものである。
このように、上記本発明のCNT含有金属粉末を用いることにより、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品として使用に適した積層型CNT複合材を得ることができる。
なお、用いる基材の材質については、例えば耐熱鋼、より具体的にはアルミニウム合金や鉄基合金などを適用することができるがこれに限定されるものではない。
また、用いる基材の形状についても、例えば板状や円筒状、円柱状などのものに適用することができ、部品の形状にしたものに適用することもできる。
Next, the laminated CNT-containing composite material of the present invention will be described in detail.
As described above, the multilayer CNT-containing composite material of the present invention is formed by depositing the CNT-containing metal powder on the surface of the substrate using the CNT-containing metal powder of the present invention.
Thus, by using the CNT-containing metal powder of the present invention, it is possible to obtain a multilayer CNT composite material that is excellent in mechanical properties, electrical properties, thermal properties, etc. and suitable for use as a member or component. .
In addition, as a material of the base material to be used, for example, heat-resistant steel, more specifically, an aluminum alloy or an iron-based alloy can be applied, but the material is not limited thereto.
Further, the shape of the base material used can be applied to, for example, a plate shape, a cylindrical shape, a columnar shape, etc., and can also be applied to a component shape.

また、肉盛部位のCNTの含有量は、上述したような理由により2〜20体積%であることが好ましく、CNTを含有する複合材層のマトリックス金属についても、特に限定されるものではないが、例えば、代表的なものとして、Cu、Co、Ni、Fe又はAl、及びこれらの任意の組合わせに係る金属を含む合金などを挙げることができる。   Further, the content of the CNT in the build-up site is preferably 2 to 20% by volume for the reason described above, and the matrix metal of the composite material layer containing CNT is not particularly limited. For example, typical examples include Cu, Co, Ni, Fe, Al, and alloys containing metals according to any combination thereof.

また、上述した本発明のCNT含有複合材のように、全体がCNTを含有する複合材となっているわけではないが、部材や部品とする際に必要な部位にだけ肉盛をし、CNTを含有する複合材層を形成することができ、また、めっき層と異なり厚膜を形成することもできるため、適宜性能を向上させることができ、部材・部品の設計も容易となる。   In addition, unlike the CNT-containing composite material of the present invention described above, the entire CNT-containing composite material is not a CNT-containing composite material. Since a composite material layer containing can be formed, and a thick film can be formed unlike a plating layer, the performance can be appropriately improved, and the design of members and parts is facilitated.

次に、本発明のバルブフェース部材、シリンダヘッドバルブシート部材、シリンダヘッド弁間部材及び成形用金型について詳細に説明する。
まず、本発明の積層型CNT含有複合材を自動車用部品に適用した例について説明する。
本発明のバルブフェース部材は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を用いた部材であって、Co及びNiの一方又は双方を含むCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を耐熱鋼の基材表面に肉盛して成るものである。
このような構成とすることにより、耐熱性や伝熱性が更に向上し、動力性能を高めることができる。
なお、基材表面に形成されるCNTを含有する複合材層に含まれる金属は、上記のものに特に限定されるものではなく、例えば現行よく用いられているニッケル基やコバルト基、鉄基などの合金も用いることができる。
Next, the valve face member, cylinder head valve seat member, cylinder head inter-valve member, and molding die of the present invention will be described in detail.
First, an example in which the laminated CNT-containing composite material of the present invention is applied to an automotive part will be described.
The valve face member of the present invention is a member using the laminated CNT-containing composite material of the present invention, and a CNT-containing metal powder containing one or both of Co and Ni is used. It is built up on the surface of the substrate.
By setting it as such a structure, heat resistance and heat conductivity can further improve and power performance can be improved.
In addition, the metal contained in the composite material layer containing CNTs formed on the substrate surface is not particularly limited to the above, and for example, nickel base, cobalt base, iron base, etc. that are often used at present These alloys can also be used.

また、本発明のシリンダヘッドバルブシート部材は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を用いた部材であって、Cuを含むCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末をアルミニウム合金の基材表面に肉盛して成るものである。
このような構成とすることにより、強度だけでなく、熱伝導特性を更に向上させることができる。また、低熱膨張性のものとすることもできる。
なお、基材表面に形成されるCNTを含有する複合材層に含まれる金属としては、特に限定されるものではないが、耐熱・高強度合金であることが望ましく、例えばNiやケイ素(Si)、モリブデン(Mo)などの合金元素を添加した銅合金などを挙げることができる。
The cylinder head valve seat member of the present invention is a member using the multilayer CNT-containing composite material of the present invention, wherein the CNT-containing metal powder containing Cu is used as a base material of an aluminum alloy. It is built up on the surface of the material.
By adopting such a configuration, not only strength but also heat conduction characteristics can be further improved. It can also be of low thermal expansion.
The metal contained in the composite material layer containing CNT formed on the substrate surface is not particularly limited, but is preferably a heat-resistant and high-strength alloy such as Ni or silicon (Si). And a copper alloy to which an alloy element such as molybdenum (Mo) is added.

更に、本発明のシリンダベッド弁間部材は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を用いた部材であって、Alを含むCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末をアルミニウム合金の基材表面に肉盛して成るものである。
シリンダヘッド弁間部は、使用中の熱応力による亀裂を防がねばならず、近年のエンジンの高出力化やコンパクト化に伴い、この部位の使用環境は益々厳しくなっている。
そこで、この部位に開先を設け、基材とCNTを含有する複合材層とを同じAlを含むような構成とすることにより、耐熱性や低熱膨張性を更に向上させることができる。
Further, the cylinder bed valve member of the present invention is a member using the above-mentioned laminated CNT-containing composite material of the present invention, and uses a CNT-containing metal powder containing Al, and the CNT-containing metal powder is based on an aluminum alloy. It is built up on the surface of the material.
The portion between the cylinder head valves must be prevented from cracking due to thermal stress during use, and the use environment of this part has become increasingly severe with the recent increase in output and compactness of the engine.
Therefore, by providing a groove at this site and making the base material and the composite material layer containing CNTs contain the same Al, heat resistance and low thermal expansion can be further improved.

更にまた、本発明の積層型CNT含有複合材を自動車部品以外に適用した例について説明する。
従来から鍛造や鋳造する際の金型として、鉄系の合金のものが使用されているが、使用中に厳しい熱環境に曝され表面にヒートクラックが発生するため、損傷が小さい場合にはその都度補修して再使用すること、損傷が著しい場合には新規に作り直すことが行われている。
Furthermore, an example in which the laminated CNT-containing composite material of the present invention is applied to other than automobile parts will be described.
Conventionally, iron-based alloys are used as molds for forging and casting. However, since heat cracks occur on the surface due to exposure to severe thermal environments during use, if the damage is small, It is repaired and reused each time, and when damage is significant, it is remade.

そして、本発明の成形用金型部材は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を用いた部材であって、Feを含むCNT含有金属粉末を用い、該CNT含有金属粉末を鉄基合金の基材表面に肉盛して成るものである。
このような構成とすることにより、耐熱性や熱伝導性を更に向上させることができ、寿命をより長くすることができる。
また、成形用金型の一例であるプレス型でも同様に、強度や熱伝導性を向上させることができ、耐摩耗性やかじり性を改善して、寿命を長くすることができる。
更に、成形用金型の一例である射出成形型では、熱伝導性を向上させることができるため、その使用に際し、成形サイクルを速めることができる。
なお、基材表面に形成されるCNTを含有する複合材層に含まれる金属としては、特に限定されるものではないが、耐熱性を有する金属であることが望ましく、例えば鉄系金属やニッケル基の耐熱合金などを挙げることができる。
The molding die member of the present invention is a member using the multilayer CNT-containing composite material of the present invention, using a CNT-containing metal powder containing Fe, and using the CNT-containing metal powder of an iron-based alloy. It is built up on the substrate surface.
By setting it as such a structure, heat resistance and heat conductivity can further be improved and a lifetime can be lengthened more.
Similarly, a press die, which is an example of a molding die, can improve strength and thermal conductivity, can improve wear resistance and galling property, and can extend the life.
Furthermore, in an injection mold that is an example of a mold for molding, the thermal conductivity can be improved, so that the molding cycle can be accelerated when used.
The metal contained in the composite material layer containing CNTs formed on the substrate surface is not particularly limited, but is preferably a metal having heat resistance, such as an iron-based metal or nickel-based metal. And heat-resistant alloys.

次に、本発明の積層型CNT含有複合材の製造方法について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の積層型CNT含有複合材の製造方法は、上記本発明の積層型CNT含有複合材を製造するに当たり、上述したように金属粉末とCNTに衝撃力、圧縮力、摩擦力又は剪断力、及びこれらの任意の組合わせに係る機械的作用を繰り返し加えて、好ましくは不活性ガス雰囲気中で、一体化させてCNT含有金属粉末を得、得られたCNT含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、溶融または半溶融状態にし、基材表面に積層させて、所望の積層型CNT含有複合材を得る方法である。
このように、上記本発明のCNT含有金属粉末と、基材を用いることにより、機械的性質や電気的性質、熱的性質などに優れ、部材や部品として使用に適した積層型CNT含有複合材を効率よく得ることができる。
Next, the manufacturing method of the laminated CNT-containing composite material of the present invention will be described in detail.
As described above, the method for producing a laminated CNT-containing composite material according to the present invention provides the impact force, compressive force, and frictional force applied to the metal powder and CNT as described above in producing the laminated CNT-containing composite material according to the present invention. Alternatively, a shearing force and a mechanical action relating to any combination thereof are repeatedly added, and preferably integrated in an inert gas atmosphere to obtain a CNT-containing metal powder. This is a method of obtaining a desired laminated CNT-containing composite material by heating in an oxidizing atmosphere to be in a molten or semi-molten state and laminated on the surface of the substrate.
As described above, by using the CNT-containing metal powder of the present invention and a base material, a laminated CNT-containing composite material excellent in mechanical properties, electrical properties, thermal properties, etc. and suitable for use as a member or component. Can be obtained efficiently.

より具体的には、例えば本発明のCNT含有金属粉末と、基材とを用いて積層型CNT含有複合材を製造するに当たり、基材と非消耗電極との間に発生させたプラズマアーク中(代表的には数万℃程度。)に、本発明のCNT含有金属粉末を供給し、溶融させて基材表面に肉盛するプラズマ粉体肉盛や、プラズマジェット中(代表的には数万℃程度。)に、本発明のCNT含有金属粉末を供給し、溶融させて高速気流(代表的には気流速度はノズル近傍では数千m/秒程度。)で基材に吹き付け肉盛(積層)するプラズマ溶射、より好ましくは火炎中(代表的には2500〜2800℃程度。)にCNT含有金属粉末を投入し、半溶融状態にして超音速気流(代表的には気流速度1300〜2400m/秒程度。)で基材表面に吹き付け肉盛(積層)するHVOF(High Velocity Oxygen Fuel spray process)又はHVAF(High Velocity Air Fuel spray process)という高速フレーム溶射によってCNTを含有する複合材層を基材表面に形成することができる。肉盛りはプラズマ粉体肉盛りに限らず、他の方法、例えばレーザ肉盛りでもかまわない。   More specifically, for example, in producing a laminated CNT-containing composite material using the CNT-containing metal powder of the present invention and a base material, in a plasma arc generated between the base material and a non-consumable electrode ( (Typically about several tens of thousands of degrees C.) The CNT-containing metal powder of the present invention is supplied and melted to build up on the surface of the substrate, and in a plasma jet (typically tens of thousands). The CNT-containing metal powder of the present invention is supplied to and melted and sprayed on the substrate with a high-speed airflow (typically, the airflow speed is about several thousand m / sec near the nozzle). ) Plasma spraying, more preferably in a flame (typically about 2500 to 2800 ° C.), a CNT-containing metal powder is put into a semi-molten state and a supersonic airflow (typically an air velocity of 1300 to 2400 m / second). Sprayed on the substrate surface in about seconds) The composite material layer containing a CNT by high-velocity flame spraying of the laminated) to HVOF (High Velocity Oxygen Fuel spray process) or HVAF (High Velocity Air Fuel spray process) can be formed on the substrate surface. The build-up is not limited to plasma powder build-up, and other methods such as laser build-up may be used.

なお、このような製造方法は、生産性に優れたものであるが、所望する性能を有するものが得られれば、本発明の積層型CNT複合材は、かかる方法により作製されたものに限定されないことは言うまでもない。   In addition, although such a manufacturing method is excellent in productivity, as long as what has the desired performance is obtained, the multilayer CNT composite material of the present invention is not limited to that manufactured by such a method. Needless to say.

ここで、本発明の積層型CNT含有複合材を製造する様子を図面を用いて詳細に説明する。
図2は、積層型CNT含有複合材をプラズマ粉体肉盛装置により製造する様子を示す概念説明図である。なお、同図は、非消耗電極の軸を通り、肉盛方向に平行な面で切断した断面を示すものである。
同図に示すように、プラズマ粉体肉盛装置100は、トーチ110(水冷機構は図示せず。)と溶接電源120を備え、トーチ110内には、非消耗電極112と、センターガス流路114と、原料粉末供給路116と、シールドガス流路118を有している。
また、トーチ110内の非消耗電極112と用いる基材12とは溶接電源120を介して接続されている。
Here, how to manufacture the multilayer CNT-containing composite material of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a conceptual explanatory view showing a state in which a laminated CNT-containing composite material is manufactured by a plasma powder cladding apparatus. The figure shows a cross section cut along a plane passing through the axis of the non-consumable electrode and parallel to the build-up direction.
As shown in the figure, the plasma powder overlaying apparatus 100 includes a torch 110 (a water cooling mechanism is not shown) and a welding power source 120. In the torch 110, a non-consumable electrode 112, a center gas flow path, and the like. 114, a raw material powder supply path 116, and a shield gas flow path 118.
Further, the non-consumable electrode 112 in the torch 110 and the base material 12 to be used are connected through a welding power source 120.

センターガス流路114に矢印で示すように例えばAr又はHeなどのガスを通じ、原料粉末供給路116からCNT含有金属粉末14aを供給し、シールドガス流路118に矢印で示すように例えばAr又はHeなどのガスを通じながら、非消耗電極112と用いる基材12との間にプラズマアークAを発生させ、その中にCNT含有金属粉末14aを供給することにより、CNT含有金属粉末14aがプラズマアークA中で溶融され、基材12の表面にCNT含有金属粉末14aが肉盛され、肉盛層(CNTを含有する複合材層)14が形成された積層型CNT複合材10が得られる。
なお、図において左側に基材12を移動することにより、矢印Fの肉盛方向に肉盛層が形成されていく。
As shown by an arrow in the center gas flow path 114, for example, a gas such as Ar or He is supplied to supply the CNT-containing metal powder 14a from the raw material powder supply path 116, and as shown by an arrow in the shield gas flow path 118, for example, Ar or He. The plasma CNT A is generated between the non-consumable electrode 112 and the substrate 12 to be used while supplying the CNT-containing metal powder 14a to the CNT-containing metal powder 14a. Thus, the CNT-containing metal powder 14a is built up on the surface of the base material 12, and the laminated CNT composite material 10 in which the build-up layer (composite material layer containing CNT) 14 is formed is obtained.
In addition, a build-up layer is formed in the build-up direction of the arrow F by moving the base material 12 to the left side in the figure.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
強化材として、直径が20〜50nmの多層型CNTと平均粒径が30μmのAl−Si合金粉末をAr気流にのせてロータが回転する容器中で衝撃力を付加してCNT含有金属粉末を作製した。
得られたCNT含有金属粉末のCNT含有率は4体積%であった。
使用した装置は、(株)奈良機械製作所製、ハイブリダイゼーヨン装置で、処理時間は3分であった。
Example 1
As a reinforcing material, a multi-wall CNT having a diameter of 20 to 50 nm and an Al-Si alloy powder having an average particle diameter of 30 μm are placed in an Ar air stream and an impact force is applied in a container in which a rotor rotates to produce a CNT-containing metal powder. did.
The CNT content of the obtained CNT-containing metal powder was 4% by volume.
The apparatus used was a hybridization apparatus manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., and the treatment time was 3 minutes.

得られたCNT含有金属粉末を用いて、プラズマ粉体肉盛装置(日鐵溶接工業社製)によって、純アルミニウム板(厚さ:5mm)上に厚さ3〜4mmの肉盛層(CNTを含有する複合材層)を形成し、本例の積層型CNT含有複合材を得た。
得られた積層型CNT含有複合材は、割れや大きなポロシティの観察されない健全な肉盛層を有していた。
Using the obtained CNT-containing metal powder, a 3 to 4 mm thick build-up layer (CNT is formed on a pure aluminum plate (thickness: 5 mm) by a plasma powder build-up device (manufactured by Nippon Steel Welding Co., Ltd.). Composite layer containing) to form a laminated CNT-containing composite material of this example.
The obtained laminated CNT-containing composite material had a sound build-up layer in which no cracks or large porosity was observed.

(実施例2)
強化材として、直径が20〜50nmの多層型CNTと平均粒径が30μmの純Cu粉末をAr気流にのせてロータが回転する容器中で衝撃力を付加してCNT含有金属粉末を作製した。
得られたCNT含有金属粉末のCNT含有率は3.5体積%であった。
(Example 2)
As a reinforcing material, a multi-walled CNT having a diameter of 20 to 50 nm and a pure Cu powder having an average particle diameter of 30 μm were placed on an Ar air stream, and an impact force was applied in a container in which a rotor was rotated to produce a CNT-containing metal powder.
The CNT content of the obtained CNT-containing metal powder was 3.5% by volume.

得られたCNT含有金属粉末を用いて、HVOFによって、純アルミニウム板(厚さ:5mm)上に厚さ3〜4mmの肉盛層(CNTを含有する複合材層)を形成し、本例の積層型CNT含有複合材を得た。
得られた積層型CNT含有複合材は、割れや大きなポロシティの観察されない健全な肉盛層を有していた。
Using the obtained CNT-containing metal powder, an overlay layer (composite layer containing CNT) having a thickness of 3 to 4 mm is formed on a pure aluminum plate (thickness: 5 mm) by HVOF. A laminated CNT-containing composite material was obtained.
The obtained laminated CNT-containing composite material had a sound build-up layer in which no cracks or large porosity was observed.

(実施例3)
実施例1で得られたCNT含有金属粉末を用いて、コンテナに挿入し、脱気し、シールした状態で、熱間で押出しして、本例のCNT含有複合材(焼結体)を得た。
得られたCNT含有複合材は、相対密度が100%の健全なバルクであった。
本実施例では、押出し温度400℃、押出し速度10mm/分、押出し比15とした。
(Example 3)
Using the CNT-containing metal powder obtained in Example 1, the CNT-containing composite material (sintered body) of this example was obtained by inserting into a container, degassing, and extruding hot in a sealed state. It was.
The obtained CNT-containing composite was a healthy bulk with a relative density of 100%.
In this example, the extrusion temperature was 400 ° C., the extrusion speed was 10 mm / min, and the extrusion ratio was 15.

(比較例1)
CNT複合粉末の代わりに、平均粒径30μmのAl−Si合金粉末のみを使用した以外は、実施例1と同様の操作を繰り返し、本例の部材を得た。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was repeated except that only the Al—Si alloy powder having an average particle size of 30 μm was used in place of the CNT composite powder to obtain a member of this example.

(比較例2)
CNT複合粉末の代わりに、平均粒径30μmの純Cu粉末のみを使用した以外は、実施例2と同様の操作を繰り返し、本例の部材を得た。
(Comparative Example 2)
A member of this example was obtained by repeating the same operation as in Example 2 except that only pure Cu powder having an average particle size of 30 μm was used instead of the CNT composite powder.

(比較例3)
CNT複合粉末の代わりに、平均粒径30μmのAl−Si合金粉末のみを使用した以外は、実施例3と同様の操作を繰り返し、本例の部材を得た。
(Comparative Example 3)
The same operation as in Example 3 was repeated except that only the Al—Si alloy powder having an average particle size of 30 μm was used in place of the CNT composite powder to obtain a member of this example.

[性能評価]
上記各例の部材から試料を切り出し、各種評価試験に供した。
[Performance evaluation]
Samples were cut out from the members of the above examples and subjected to various evaluation tests.

(引張り強度試験)
実施例1及び比較例1の試料について、下記条件のもとで引張り強度を測定したところ、比較例1に対して実施例1の引張り強度が26%向上していた。
また、実施例3及び比較例3の試料について、同様に引張り強度を測定したところ、比較例3に対して実施例3の引張り強度がおよそ25%向上していた。
(Tensile strength test)
When the tensile strength of the samples of Example 1 and Comparative Example 1 was measured under the following conditions, the tensile strength of Example 1 was improved by 26% with respect to Comparative Example 1.
Moreover, when the tensile strength was similarly measured about the sample of Example 3 and the comparative example 3, the tensile strength of Example 3 improved about 25% with respect to the comparative example 3. FIG.

(試験条件)
肉盛層から厚さ2mmの短冊状試験片を切り出し、室温で引張り試験を行った。
(Test conditions)
A strip-shaped test piece having a thickness of 2 mm was cut out from the built-up layer, and a tensile test was performed at room temperature.

(熱伝導性試験)
実施例2及び比較例2の試料について、下記条件のもとで熱伝導率を測定したところ、比較例2に対して実施例2の熱伝導率が15%向上していた。
(Thermal conductivity test)
When the thermal conductivity of the samples of Example 2 and Comparative Example 2 was measured under the following conditions, the thermal conductivity of Example 2 was improved by 15% with respect to Comparative Example 2.

(試験条件)
肉盛層から厚さ1mmの円板状試験片を切り出し、レーザフラッシュ法にて測定を行なった。
(Test conditions)
A disk-shaped test piece having a thickness of 1 mm was cut out from the built-up layer and measured by a laser flash method.

このような結果から、優れた性能を有するCNT含有複合材や積層型CNT含有複合材が得られていることが分かる。   From these results, it can be seen that CNT-containing composite materials and laminated CNT-containing composite materials having excellent performance are obtained.

CNT含有金属粉末の製造方法により得られるCNT含有金属粉末の概念図である。It is a conceptual diagram of the CNT containing metal powder obtained by the manufacturing method of a CNT containing metal powder. 積層型CNT含有複合材をプラズマ粉体肉盛装置により製造する様子を示す概念説明図である。It is a conceptual explanatory drawing which shows a mode that laminated type CNT containing composite material is manufactured with a plasma powder cladding apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 積層型CNT含有複合材
12 基材
14 肉盛層(CNTを含有する複合材層)
14a CNT含有金属粉末
100 プラズマ粉体肉盛装置
110 トーチ
112 非消耗電極
114 センターガス流路
116 原料粉末供給路
118 シールドガス流路
120 溶接電源
10 Stacked CNT-containing composite material 12 Base material 14 Overlay layer (composite layer containing CNT)
14a CNT-containing metal powder 100 Plasma powder cladding apparatus 110 Torch 112 Non-consumable electrode 114 Center gas flow path 116 Raw material powder supply path 118 Shield gas flow path 120 Welding power source

Claims (18)

金属粉末の内部及び/又は表面にカーボンナノチューブを保持して成ることを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属粉末。   A carbon nanotube-containing metal powder comprising carbon nanotubes held inside and / or on the surface of a metal powder. 上記カーボンナノチューブの含有率が2〜20体積%であることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末。   The carbon nanotube-containing metal powder according to claim 1, wherein the content of the carbon nanotube is 2 to 20% by volume. 上記金属粉末が、銅、コバルト、ニッケル、鉄及びアルミニウムから成る群より選ばれた少なくとも1種の金属を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末。   3. The carbon nanotube-containing metal powder according to claim 1 or 2, wherein the metal powder contains at least one metal selected from the group consisting of copper, cobalt, nickel, iron and aluminum. 請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を焼結して成ることを特徴とするカーボンナノチューブ含有複合材。   A carbon nanotube-containing composite material obtained by sintering the carbon nanotube-containing metal powder using the carbon nanotube-containing metal powder according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を基材表面に肉盛して成ることを特徴とする積層型カーボンナノチューブ含有複合材。   A laminated carbon nanotube-containing composite material comprising the carbon nanotube-containing metal powder according to any one of claims 1 to 3 and overlaying the carbon nanotube-containing metal powder on a substrate surface. . 上記基材が耐熱鋼であることを特徴とする請求項5に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材。   6. The laminated carbon nanotube-containing composite material according to claim 5, wherein the base material is heat-resistant steel. 上記基材がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項5に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材。   6. The laminated carbon nanotube-containing composite material according to claim 5, wherein the base material is an aluminum alloy. 上記基材が鉄基合金であることを特徴とする請求項5に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材。   6. The laminated carbon nanotube-containing composite material according to claim 5, wherein the base material is an iron-based alloy. 請求項6に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材を用いた部材であって、コバルト及び/又はニッケルを含むカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を基材表面に肉盛して成ることを特徴とするバルブフェース部材。   A member using the multilayer carbon nanotube-containing composite material according to claim 6, wherein the carbon nanotube-containing metal powder containing cobalt and / or nickel is used, and the carbon nanotube-containing metal powder is deposited on the surface of the substrate. A valve face member characterized by comprising: 請求項7に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材を用いた部材であって、銅を含むカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を基材表面に肉盛して成ることを特徴とするシリンダヘッドバルブシート部材。   A member using the multilayer carbon nanotube-containing composite material according to claim 7, wherein the carbon nanotube-containing metal powder containing copper is used to build up the carbon nanotube-containing metal powder on the surface of the substrate. A cylinder head valve seat member. 請求項7に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材を用いた部材であって、アルミニウムを含むカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を基材表面に肉盛して成ることを特徴とするシリンダヘッド弁間部材。   A member using the laminated carbon nanotube-containing composite material according to claim 7, wherein the carbon nanotube-containing metal powder containing aluminum is used to build up the carbon nanotube-containing metal powder on the surface of the substrate. A cylinder head valve member as a feature. 請求項8に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材を用いた部材であって、鉄を含むカーボンナノチューブ含有金属粉末を用い、該カーボンナノチューブ含有金属粉末を基材表面に肉盛して成ることを特徴とする成形用金型部材。   A member using the laminated carbon nanotube-containing composite material according to claim 8, wherein the carbon nanotube-containing metal powder containing iron is used to build up the carbon nanotube-containing metal powder on a substrate surface. A mold member for molding characterized. 請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末を製造する方法であって、
金属粉末とカーボンナノチューブに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させることを特徴とするカーボンナノチューブ含有金属粉末の製造方法。
A method for producing the carbon nanotube-containing metal powder according to any one of claims 1 to 3,
What is claimed is: 1. A carbon nanotube-containing metal powder comprising a metal powder and a carbon nanotube, wherein at least one mechanical action selected from the group consisting of impact force, compressive force, friction force and shear force is repeatedly applied and integrated. Production method.
金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、その雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項13に記載のカーボンナノチューブ含有金属粉末の製造方法。   14. The method for producing carbon nanotube-containing metal powder according to claim 13, wherein the atmosphere is an inert gas atmosphere when integrating the metal powder and the carbon nanotube. 請求項4に記載のカーボンナノチューブ含有複合材を製造する方法であって、
金属粉末とカーボンナノチューブに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させてカーボンナノチューブ含有金属粉末を得、得られたカーボンナノチューブ含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、焼結させることを特徴とするカーボンナノチューブ含有複合材の製造方法。
A method for producing the carbon nanotube-containing composite material according to claim 4,
At least one mechanical action selected from the group consisting of impact force, compression force, friction force and shear force is repeatedly applied to the metal powder and the carbon nanotube, and integrated to obtain a metal powder containing carbon nanotube. A method for producing a carbon nanotube-containing composite material, comprising heating and sintering a carbon nanotube-containing metal powder in a non-oxidizing atmosphere.
金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、その雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項15に記載のカーボンナノチューブ含有複合材の製造方法。   The method for producing a carbon nanotube-containing composite material according to claim 15, wherein the atmosphere is an inert gas atmosphere when the metal powder and the carbon nanotube are integrated. 請求項5〜8のいずれか1つの項に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材を製造する方法であって、
金属粉末とカーボンナノチューブに衝撃力、圧縮力、摩擦力及び剪断力から成る群より選ばれた少なくとも1種の機械的作用を繰り返し加えて、一体化させてカーボンナノチューブ含有金属粉末を得、得られたカーボンナノチューブ含有金属粉末を非酸化性雰囲気下で加熱して、溶融または半溶融状態にし、基材表面に積層させることを特徴とする積層型カーボンナノチューブ含有複合材の製造方法。
A method for producing a laminated carbon nanotube-containing composite material according to any one of claims 5 to 8,
At least one mechanical action selected from the group consisting of impact force, compression force, friction force and shear force is repeatedly applied to the metal powder and the carbon nanotube, and integrated to obtain a metal powder containing carbon nanotube. A method for producing a laminated carbon nanotube-containing composite material, characterized in that the carbon nanotube-containing metal powder is heated in a non-oxidizing atmosphere to be melted or semi-molten and laminated on the substrate surface.
金属粉末とカーボンナノチューブを一体化させるに当たり、その雰囲気を不活性ガス雰囲気とすることを特徴とする請求項17に記載の積層型カーボンナノチューブ含有複合材の製造方法。   18. The method for producing a laminated carbon nanotube-containing composite according to claim 17, wherein the atmosphere is an inert gas atmosphere when the metal powder and the carbon nanotube are integrated.
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