Title:
Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial und Verfahren zu dessen Erzeugung
Kind Code:
T5


Abstract:

Ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial (1) enthält eine metallische Basis (10), die sich aus einer polykristallinen Substanz, worin eine Vielzahl von stabförmigen metallischen Körnern (11) in gleicher Richtung orientiert sind, und einem Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal (20) zusammensetzt, der sich aus einer Kohlenstoffnanoröhre zusammensetzt und einen Leitungskanal bildet, der ermöglicht, daß Elektrizität in einer longitudinalen Richtung der metallischen Basis (10) durchgeht, durch Vorhandensein in einem Teil der Korngrenzen (15) zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern (11) auf einer transversalen Ebene der metallischen Basis (10) und Vorhandensein entlang der longitudinalen Richtung (L) der metallischen Basis (10).




Inventors:
Tokutomi, Junichirou (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Yanagimoto, Jun (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Sugiyama, Sumio (Tokyo, JP)
Shiomi, Junichiro (Tokyo, JP)
Hanazaki, Kenichi (Shizuoka, Susono-shi, JP)
Application Number:
DE112015001736T
Publication Date:
01/26/2017
Filing Date:
02/19/2015
Assignee:
The University of Tokyo (Tokyo, JP)
YAZAKI CORPORATION (Tokyo, JP)



Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial, enthaltend:
eine metallische Basis, die sich aus einer polykristallinen Substanz zusammensetzt, worin eine Vielzahl von stabförmigen metallischen Kristallkörnern in gleicher Richtung orientiert sind; und
einen Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal, der sich aus einer Kohlenstoffnanoröhre zusammensetzt und einen Leitungskanal bildet, der ermöglicht, daß Elektrizität in einer longitudinalen Richtung der metallischen Basis durchgeleitet wird durch Vorhandensein in einem Teil der Korngrenzen zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern auf einer transversalen Ebene der metallischen Basis und entlang der longitudinalen Richtung der metallischen Basis.

2. Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal in einer Menge von 0,1 bis 1 mass% in bezug auf die metallische Basis enthalten ist.

3. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials, wobei das Verfahren enthält:
einen Grünkompakt-Bildungsschritt zur Bildung eines Pulver-Grünkompaktes durch Auferlegung eines Druckes auf gemischtes Pulver, enthaltend Metallpulver und eine Kohlenstoffnanoröhre, und
einen Extrusions-Bearbeitungsschritt zum Implementieren der Extrusionsbearbeitung für den Pulver-Grünkompakt unter Vakuumatmosphäre bei 400°C oder mehr und bei einer Belastungsrate von 0,1 bis 100 s–1.

4. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials nach Anspruch 3, worin das gemischte Pulver die Kohlenstoffnanoröhre in einer Menge von 0,1 bis 1 mass% in bezug auf das Metallpulver enthält.

5. Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 3 und 4, worin ein auf das gemischte Pulver in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegter Druck gleich oder mehr als eine Fließspannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver und gleich oder weniger als eine maximale Spannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver ist.

Description:
Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial und ein Verfahren zu dessen Erzeugung.

Hintergrund

Als Verfahren zur Verstärkung der Festigkeit eines Metallmaterials wurde ein Verfahren durchgeführt, bei dem ein zweites Metall, das von dem Basismaterial des Metallmaterials verschieden ist, mit dem Metallmaterial vermischt wird. Jedoch gibt es ein Problem, daß die Leitfähigkeit des Metallmaterials sich stark vermindert, wenn das Metallmaterial mit dem zweiten Metall vermischt wird.

Demzufolge erregt ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial Aufmerksamkeit. Eine Kohlenstoffröhre hat eine hohe Festigkeit und führt zusätzlich eine ballistische Leitung durch, und demzufolge wird erwartet, daß die Festigkeit und Leitfähigkeit davon im Vergleich zu jenen des Metallmaterial verbessert werden. Gegenwärtig wird eine Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterialien vorgeschlagen.

Beispielsweise wird in Patentliteratur 1 ein Verbundmaterialdraht beschrieben, der eine zelluläre Struktur hat, umfassend: einen Trennwandbereich, umfassend die Kohlenstoffnanoröhre, und einen Trennwandinnenbereich, der mit dem Trennwandbereich bedeckt ist und sich aus einem Aluminiummaterial oder dergleichen zusammensetzt. Bei diesem Verbundmaterialdraht ist ein Vermischungsverhältnis der Kohlenstoffnanoröhre zu dem Aluminiummaterial 0,2 mass% oder mehr bis 5 mass% oder weniger.

Die Produktion des Verbundmaterialdrahtes, beschrieben in Patentliteratur 1, wird wie folgt durchgeführt. Das heißt zunächst wird eine Mischung, die Aluminiumpulver, die Kohlenstoffnanoröhre und Elastomer enthält, einer Wärmebehandlung unterworfen, wodurch das Elastomer verdampft wird, unter Erhalt eines porösen Körpers. Dann wird der poröse Körper einem Plasmasintern in einer Dose unterworfen und ein Barren hergestellt. Darüber hinaus wird dieser Barren einem Extrusionsformen unterworfen und bei 500°C vergütet, wodurch der Verbundmaterialdraht erhalten wird.

Liste der DruckschriftenPatentliteratur

  • Patentdokument 1: japanische nicht-geprüfte Patentanmeldeveröffentlichung JP 2011-171291 A

Zusammenfassung der Erfindung

Der Verbundmaterialdraht, beschrieben in Patentliteratur 1, hatte jedoch ein Problem, daß die Leitfähigkeit davon gering ist. Der Grund liegt vermutlich darin, daß ein Oxidfilm auf einer Oberfläche eines jeden Teilchens des Aluminiumpulvers gebildet wird, unter Erhöhung des elektrischen Widerstandes des Verbundmaterialdrahtes, und daß ein Luftraum in dem porösen Körper oder dem Barren als Loch in dem Verbundmaterialdraht verbleibt.

Darüber hinaus hatte der Verbundmaterialdraht, beschrieben in Patentliteratur 1, ein Problem, daß ein Rest, der bei dem Verdampfen des Elastomers erzeugt wird, auf einer Oberfläche des Verbundmaterialdrahtes verbleibt, wodurch es leicht wird, die Leitfähigkeit des Verbundmaterialdrahtes zu vermindern.

Weil das Vermischungsverhältnis der Kohlenstoffnanoröhre zu dem Aluminiummaterial 0,2 mass% oder mehr bis 5 mass% oder weniger ist, hat der Verbundmaterialdraht, beschrieben in Patentliteratur 1, ein Problem, daß eine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre groß ist, wodurch die Produktionskosten erhöht werden.

Darüber hinaus erfordert der Verbundmaterialdraht, beschrieben in Patentliteratur 1, als Verarbeitungszeit ungefähr 3 Stunden zum Verdampfen des Elastomers und ungefähr 20 Minuten für das Plasmasintern und hat ein Problem, daß eine Zeit, die für die Produktion erforderlich ist, lang ist.

Diese Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obigen Umstände gemacht, und es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial anzugeben, das eine hohe Leitfähigkeit und eine kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre aufweist. Es ist ein anderes Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials, das eine hohe Leitfähigkeit und eine kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre hat, in kurzer Zeit anzugeben.

Lösung des Problems

Ein erster Aspekt dieser Erfindung gibt ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial an, umfassend: eine metallische Basis, die sich aus einer polykristallinen Substanz zusammensetzt, worin eine Vielzahl von stabförmigen metallischen Kristallkörnern in gleicher Richtung orientiert sind; und ein Leitungskanal aus Kohlenstoffnanoröhre, der sich zusammensetzt aus einer Kohlenstoffnanoröhre und einen Leitungskanal bildet, wodurch ermöglicht wird, daß Elektrizität in einer longitudinalen Richtung der metallischen Base durchgeleitet wird, durch Vorhandensein in einem Teil von Korngrenzen zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern auf einer transversalen Ebene der metallischen Basis, und Vorhandensein entlang der longitudinalen Richtung der metallischen Basis.

Ein zweiter Aspekt dieser Erfindung gibt ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial an, worin der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal in einer Menge von 0,1 bis 1 mass% in bezug auf die metallische Basis enthalten ist.

Ein dritter Aspekt dieser Erfindung gibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials an, umfassend: einen Grünkompakt-Bildungsschritt zur Bildung eines Pulver-Grünkompaktes durch Auferlegung eines Drucks auf gemischtes Pulver, enthaltend Metallpulver und eine Kohlenstoffnanoröhre; und einen Extrusions-Verarbeitungsschritt zum Implementieren der Extrusionsverarbeitung für den Pulver-Grünkompakt unter Vakuumatmosphäre bei 400°C oder mehr und bei einer Belastungsrate von 0,1 bis 100 s–1.

Ein vierter Aspekt dieser Erfindung gibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials an, worin das gemischte Pulver die Kohlenstoffnanoröhre in einer Menge von 0,1 bis 1 mass% in bezug auf das Metallpulver enthält.

Ein fünfter Aspekt dieser Erfindung gibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials an, worin ein Druck, der auf das gemischte Pulver in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird, gleich oder mehr ist als eine Fließspannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver und gleich oder weniger als eine maximale Spannung des metallischen Pulvers aus dem gemischten Pulver.

Vorteilhafte Wirkungen

Das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial dieser Erfindung hat eine hohe Leitfähigkeit und eine kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre.

Das Verfahren zur Erzeugung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials dieser Erfindung kann das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial, das eine hohe Leitfähigkeit und eine kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre hat, in kurzer Zeit erzeugen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Perspektivansicht, die einen Teil eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.

2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang einer Linie A-A von 1 zeigt.

3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang einer Linie B-B von 1 zeigt.

4(A) und 4(B) sind jeweils Beispiele von Transmissions-Elektronenmikroskop-Photographien (TEM) einer transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials des Ausführungsbeispiels dieser Erfindung.

5 ist ein Beispiel eines Elektronen-Abtastmikroskop(SEM)-Photos eines longitudinalen Querschnittes des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

6 ist ein weiteres Beispiel des Elektronen-Abtastmikroskop(SEM)-Photos des longitudinalen Querschnittes des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

7 ist eine Ansicht, die ein Beispiele eines Grünkompakt-Bildungsschrittes zeigt.

8 ist ein Diagramm, das einen Bereich eines Drucks zeigt, der auf das gemischte Pulver in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird.

9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Extrusions-Verarbeitungsschrittes zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele[Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial]

Es erfolgt eine Beschreibung bezüglich des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials dieses Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

1 ist eine Perspektivansicht, die einen Teil des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt. Ein solches Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 ist ein Draht, der sich in longitudinaler Richtung erstreckt, und 1 zeigt nur einen Teil, erhalten durch Schneiden von beiden Enden des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 entlang einer solchen longitudinalen Richtung L. 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Querschnitt entlang einer Linie A-A von 1 zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht die schematisch einen Querschnitt entlang einer Linie B-B von 1 zeigt.

Wie in 2 und 3 gezeigt ist, enthält das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 dieses Ausführungsbeispiels: eine metallische Basis 10 und Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20.

(Metallische Basis)

Die metallische Basis 10 setzt sich auf einer polykristallinen Substanz zusammen, worin eine Vielzahl von stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 in der gleichen Richtung orientiert sind.

Beispielsweise sind die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 aus Metall wie Aluminium, Aluminium-Legierung, Kupfer und Kupfer-Legierung erzeugt. Die Typen von Metall der metallischen Kristallkörner sind bevorzugt, weil deren Leitfähigkeit hoch ist. Die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 können unvermeidbare Verunreinigungen enthalten. Eine Konzentration der unvermeidbaren Verunreinigungen in den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 ist 10 mass% oder weniger.

Erfindungsgemäß stehen die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 für stabförmige metallische Kristallkörner mit einem Längenverhältnis von 1 oder mehr. Das Längenverhältnis wird als Verhältnis einer langen Seite (longitudinale Länge der stabförmigen metallischen Kristallkörner) und einer kurzen Seite (Laterallänge der stabförmigen Kristallkörner) definiert. Das Längenverhältnis kann durch ein Elektronen-Abtastmikroskop (SEM) gemessen werden.

Eine Querschnittsform der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 ist nicht besonders beschränkt. 2 zeigt einen Fall, bei dem die Querschnittsform des stabförmigen metallischen Kristallkorns 11 ein Hexagon ist; jedoch kann die Querschnittsform der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 eine andere Form als ein Hexagon haben.

Zum Beispiel ist eine Länge der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 0,1 bis 200 μm. Die Länge der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 steht für eine longitudinale Länge der stabförmigen metallischen Kristallkörner. In bezug auf die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 ist beispielsweise ein Kreis-äquivalenter Durchmesser der Kristallkörner davon 0,1 bis 100 μm. Der Kreis-äquivalente Durchmesser der Kristallkörner der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 steht für einen durchschnittlichen Kristallkorn-Durchmesser auf einer transversalen Ebene der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11. Wenn die Länge und der Kreis-äquivalente Durchmesser der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegt und die metallischen Kristallkörner 11 feiner sind, ist die Festigkeit der metallischen Basis 10 größer.

Die metallische Basis 10 wird aus einer polykristallinen Substanz gebildet, worin die Vielzahl dieser stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 in der gleichen Richtung orientiert sind und die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11, die einander benachbart sind, aneinander an Korngrenzen gekuppelt sind. Der Ausdruck, daß die Vielzahl von stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 in gleicher Richtung orientiert sind, steht dafür, daß die longitudinalen Richtungen der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 in der gleichen Richtung gerichtet sind.

Das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 dieses Ausführungsbeispiels ist eines, das erzeugt ist durch Durchführen einer Extrusionsbearbeitung entlang der longitudinalen Richtung L, gezeigt in den 1 und 3. In 3 ist die Vielzahl der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 in gleicher Richtung wie die longitudinale Richtung L orientiert.

Ein Grund, warum die Vielzahl der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 in gleicher Richtung wie die longitudinale Richtung L orientiert ist, ist daß metallische Kristallkörner, die nicht in einer spezifischen Richtung angeordnet sind, in gleicher Richtung durch die Extrusionsbearbeitung bei der Produktion gezogen werden.

Obwohl das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 dieses Ausführungsbeispiels durch Durchführen einer Extrusionsbearbeitung erzeugt wird, kann das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial dieser Erfindung durch ein anderes Verfahren als Extrusionsbearbeitung erzeugt werden.

(Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal)

Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, sind in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 an einem Teil der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 vorhanden. Eine Vielzahl der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 ist in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gebildet.

Die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 setzen sich auf Kohlenstoffnanoröhren zusammen und bilden Leitungskanäle, die es ermöglichen, daß Elektrizität in einer longitudinalen Richtung der metallischen Basis 10 durchgeleitet wird. Die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 setzen sich aus einer oder mehreren Kohlenstoffnanoröhren zusammen. Allgemein bekannte können als Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden, die die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 ausmachen. Ein Durchmesser der Kohlenstoffnanoröhren ist beispielsweise 0,4 bis 50 nm. Eine durchschnittliche Länge der Kohlenstoffnanoröhren ist beispielsweise 1 μm oder mehr.

Als Kohlenstoffnanoröhren, die die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 ausmachen, können ein oder zwei oder mehrere Kohlenstoffnanoröhren in gerecktem Zustand vorhanden sein, oder die Kohlenstoffnanoröhren können in massiver Form aggregiert sein.

Wie in 2 gezeigt ist, sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 an einem Teil der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 auf einer transversalen Ebene der metallischen Basis 10 vorhanden. Auf der transversalen Ebene der metallischen Basis 10 sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 nicht an den gesamten Korngrenzen 15 der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 vorhanden. Daher haben die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 keine Struktur zum Bedecken der Peripherien der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11. Wie in 2 gezeigt ist, sind dann, wenn die Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 vorhanden sind, üblicherweise die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 so vorhanden, daß sie voneinander beabstandet sind.

Als konventionelles Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial ist eines bekannt, das eine sogenannte zelluläre Struktur hat, worin vollständige Peripherien der stabförmigen metallischen Kristallkörner mit den Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanälen bedeckt sind. Diese zelluläre Struktur ist eine Struktur, worin die stabförmigen metallischen Kristallkörner Zellen betreten, die die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle bilden. Üblicherweise wird die zelluläre Struktur als wabenartige Struktur gebildet, die sich aus einer Vielzahl von Zellen zusammensetzt, und zusätzlich setzt sie sich so zusammen, daß zwei zueinander benachbarte Zellen aneinander gebunden sind, so daß sie eine Wandoberfläche teilen. Bei dieser zellulären Struktur wird eine Struktur gebildet, worin die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle auf den gesamten Korngrenzen zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern vorhanden sind.

Im Gegensatz dazu sind bei dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf der transversalen Ebene der metallischen Basis die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 nur auf einem Teil der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 vorhanden und nicht an den gesamten Korngrenzen 15. Daher bilden in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 nicht solche Zellen, die die stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 bedecken und das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 hat eine verschiedene Struktur von der zellulären Struktur.

Wie in 3 gezeigt ist, sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden und bilden dadurch Leitungskanäle, die ermöglichen, daß Elektrizität in der longitudinalen Richtung der metallischen Basis 10 hindurchgeht. In dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 kontinuierlich, absatzweise oder sowohl kontinuierlich als auch absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden.

Beispielsweise sind in 3 drei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20a, 20b und 20c kontinuierlich entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden. Der Ausdruck, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle kontinuierlich vorhanden sind, steht dafür, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20, die in der longitudinalen Richtung L einander benachbart sind, einander kontaktieren.

In 3 sind drei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20d, 20e und 20f intermittierend entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden. Der Ausdruck, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle intermittierend vorhanden sind, steht dafür, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20, die in longitudinaler Richtung L einander benachbart sind, einander nicht kontaktieren.

In bezug auf die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 muß zumindest ein Teil der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden sein. Daher ist es nicht notwendig, daß alle Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden ist. Beispielsweise muß bei dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Orientierungsrichtung eines Teils der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 nicht entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 sein. In diesem Fall wird eine Orientierungsrichtung der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 statistisch.

Wie oben beschrieben ist bei dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesen Ausführungsbeispiel die Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanälen 20 nicht notwendigerweise kontinuierlich entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden. Weil die metallische Basis 10 selbst eine Leitfähigkeit aufweist, ist es jedoch möglich, die Leitung durch die metallische Basis 10 zu erzeugen, selbst wenn die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 voneinander beabstandet sind.

In dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind in bezug auf die metallische Basis 10 die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 möglicherweise in einer Menge von 0,1 bis 1 mass%, bevorzugt 0,2 bis 0,8 mass%, mehr bevorzugt 0,5 bis 0,8 mass% enthalten. 1 mass% steht dafür, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in einer Menge von 1 Massenteil in bezug auf 100 Massenteile der metallischen Basis 10 vorhanden sind. 100 Massenteile der metallischen Basis 10 haben die gleiche Bedeutung wie 100 Massenteile der stabförmigen metallischen Kristallkörner 11.

Wenn ein Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 innerhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt, wird es leicht, eine solche Situation zu erzielen, daß das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial in einem Teil der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 auf der transversalen Ebene der metallischen Basis 10 vorhanden ist.

In dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial mit der konventionellen zellulären Struktur bilden die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle Wandoberflächen der Zellen. In dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial mit der konventionellen zellulären Struktur ist der Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle im wesentlichen 1 bis 5 mass%.

Im Gegensatz dazu nimmt das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine zelluläre Struktur an, und die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 müssen nur in einem Teil der Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 auf der transversalen Ebene der metallischen Basis 10 vorhanden sein. Daher kann das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Gehalt der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 vermindern.

In bezug auf das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind Beispiele von Querschnittsphotographien davon gezeigt. Die 4(A) und 4(B) sind jeweils Beispiele von Transmissions-Elektronenmikroskop(TEM)-Photos der transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Die 4(A) und 4(B) sind jeweils Beispiele von TEM-Photos der transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1, das heißt ein Querschnitt, erhalten durch Schneiden des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 entlang einer Ebene senkrecht zu der longitudinalen Richtung davon. Die 4(A) und 4(B) sind das gleiche TEM-Photo, worin nur die zugewiesenen Referenzsymbole und Nummern geändert sind. Darüber hinaus ist 4 ein TEM-Photo einer transversalen Ebene von Beispiel 1, das später beschrieben wird.

Wie in 4(A) beschrieben, sind auf der transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in einem Teil der Korngrenze 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 vorhanden.

4(B) ist ein Photo, das einen Bereich von 4(A) zeigt, worin die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 vorhanden sind, wobei dies durch Referenzsymbol C gezeigt ist. Von 4(B) ist zu verstehen, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20, die in dem Bereich, der mit Referenzsymbol C bezeichnet ist, vorhanden sind, nicht an den gesamten Korngrenzen 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11 vorhanden sind, sondern in einem Teil der Korngrenzen 15.

5 ist ein Beispiel eines Elektronen-Abtastmikroskop(SEM)-Photos eines longitudinalen Querschnittes des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. 6 ist ein anderes Beispiel des Elektronen-Abtastmikroskop(SEM)-Photos des longitudinalen Querschnitts des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Das heißt die 5 und 6 sind Beispiele von SEM-Photos des longitudinalen Querschnitts des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1, das heißt ein Querschnitt, erhalten durch Schneiden des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials entlang einer Ebene, die parallel zu der longitudinalen Richtung davon ist. Die 5 und 6 sind SEM-Photos einer longitudinalen Querschnittes von Beispiel 1, das später beschrieben wird.

Spezifisch ist 5 ein Photo, das einen Zustand zeigt, wo die Vielzahl von Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanälen 20 in einer Netzwerkart abgebildet sind. Darüber hinaus ist 6 ein Photo, das einen Zustand zeigt, bei dem die Vielzahl der Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in Kugelform aggregiert und nicht in einer Netzwerkform gebildet sind.

Wie in 5 gezeigt ist, sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden und bilden hierdurch leitende Kanäle, die ermöglichen, daß Elektrizität in der longitudinalen Richtung der metallischen Basis 10 durchgeht. In dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 sind die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 kontinuierlich, absatzweise oder sowohl kontinuierlich als auch absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L der metallischen Basis 10 vorhanden. Beispielsweise sind in 5 drei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20l und 20n kontinuierlich entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden.

In 6 sind Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20p, 20q, 20r und 20s in einer massiven Form als Ergebnis der Aggregation der Kohlenstoffnanoröhren gebildet. Die Tatsache, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in der massiven Form gebildet sind, kann bestimmt werden von der Tatsache, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 nicht in einer solchen Form gebildet sind, die sich entlang der longitudinalen Richtung L erstreckt. In 6 sind zwei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20p und 20q absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden. In 6 sind zwei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20r und 20s absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden.

Das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine hohe Leitfähigkeit und eine kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre. Ein Grund, warum die Leitfähigkeit des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 erhöht ist, liegt vermutlich darin, daß, weil das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 keine zelluläre Struktur hat, es nicht notwendig ist, ein Elastomer bei der Produktion des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 zu verwenden und ein Rest, der durch Verdampfung des Elastomers erzeugt wird, nicht vorhanden ist.

[Verfahren zur Erzeugung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials]

Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Erzeugung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß dem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Das Verfahren zur Erzeugung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß diesem Ausführungsbeispiel enthält: einen Grünkompakt-Bildungsschritt und einen Extrusions-Bearbeitungsschritt.

(Grünkompakt-Bildungsschritt)

Der Grünkompakt-Bildungsschritt ist ein Schritt zur Bildung eines Pulver-Grünkompaktes durch Auferlegung eines Drucks auf ein gemischtes Pulver, das metallisches Pulver und die Kohlenstoffnanoröhre enthält.

<Metallpulver>

Als Metallpulver wird beispielsweise Aluminiumpulver, Aluminium-Legierungspulver, Kupferpulver oder Kupfer-Legierungspulver verwendet. Diese Typen des Metallpulvers sind bevorzugt, weil deren Leitfähigkeit hoch ist. Ein mittlerer Teilchendurchmesser D50 des Metallpulvers ist zum Beispiel 1 bis 500 μm, mehr bevorzugt 3 bis 300 μm. D50 steht für einen mittleren Durchmesser. Wenn der mittlere Teilchendurchmesser D50 des Metallpulvers innerhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt, ist es leicht, das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 dieses Ausführungsbeispiels zu erhalten. Das Metallpulver kann eine Mischung aus mehreren Typen von Metallpulvern mit unterschiedlichem mittlerem Teilchendurchmesser D50 sein. Wenn das Metallpulver die Mischung aus mehreren Typen von Metallpulvern mit unterschiedlichem Teilchendurchmesser D50 ist, werden die Zwischenräume zwischen den Metallpulverteilchen klein und demzufolge ist es leicht, den Pulver-Grünkompakt zu bilden.

<Kohlenstoffnanoröhre>

Als Kohlenstoffnanoröhre wird die gleiche verwendet, die in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird. Die Kohlenstoffnanoröhre kann beispielsweise eine sein, von der ein Metallkatalysator wie Platin und amorpher Kohlenstoff durch Waschen unter Verwendung ein Säure vorher entfernt sind, oder kann eine sein, mit der vorher eine Hoch-Temperaturbehandlung zur Graphitierung durchgeführt ist. Wenn eine solche Vorbehandlung wie oben beschrieben für die Kohlenstoffnanoröhre implementiert wird, können die Reinheit und Kristallinität der Kohlenstoffnanoröhre verstärkt werden. Andere Punkte als diese sind gleich wie oben bei dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial dieses Ausführungsbeispiels beschrieben und demzufolge wird eine Beschreibung davon in bezug auf die Kohlenstoffnanoröhre weggelassen.

<Gemischtes Pulver>

Das gemischte Pulver ist ein Pulver, das das Metallpulver und die Kohlenstoffnanoröhre enthält. Beispielsweise wird das gemischte Pulver erhalten durch ein Verfahren zum Mischen des Metallpulvers und der Kohlenstoffnanoröhre miteinander in einem Lösungsmittel wie einem Lösungsmittel auf Alkohol-Basis und Verdampfen des Lösungsmittels.

Unter Bezug auf das Metallpulver enthält das gemischte Pulver üblicherweise 0,1 bis 1 mass%, bevorzugt 0,2 bis 0,8 mass%, mehr bevorzugt 0,5 bis 0,8 mass% Kohlenstoffnanoröhre. 1 mass% steht dafür, daß die Kohlenstoffnanoröhre in einer Menge von 1 Massenteil in bezug auf 100 Massenteile des Metallpulvers enthalten ist.

In dem Grünkompakt-Bildungsschritt wird der Pulver-Grünkompakt gebildet durch Auferlegung eines Drucks auf das oben beschriebene gemischte Pulver und Pressen des gemischten Pulvers. In dem Grünkompakt-Bildungsschritt wird das gemischte Pulver so gepreßt, daß die Zwischenräume zwischen den Metallpulverteilchen in dem gemischten Pulver minimal werden. Ein bekanntes Verfahren kann als Verfahren zum Auferlegen eines Drucks auf das gemischte Pulver verwendet werden, und beispielsweise wird ein Verfahren angewandt, bei dem das gemischte Pulver in einen zylindrischen Grünkompakt-Bildungsbehälter gegossen und danach das gemischte Pulver in diesen gepreßt wird.

In dem erhaltenen Pulver-Grünkompakt ist die Kohlenstoffnanoröhre üblicherweise in den Zwischenräumen zwischen dem gepreßten Metallpulverteilchen enthalten. Als Kohlenstoffnanoröhre können eine oder zwei oder mehrere Kohlenstoffnanoröhren in einem gestreckten Zustand vorhanden sein oder in einer massiven Form aggregiert sein, solange die Kohlenstoffnanoröhre in den Zwischenräumen zwischen den Metallpulverteilchen vorhanden ist.

Eine Beschreibung erfolgt bezüglich des Grünkompakt-Bildungsschrittes unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. 7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Grünkompakt-Bildungsschrittes zeigt. Ein Grünkompakt-Bildungsbehälter 80, gezeigt in 7, ist ein Behälter zur Bildung eines Pulver-Grünkompaktes 60 durch Auferlegung eines Drucks auf das gemischte Pulver 50. Der Grünkompakt-Bildungsbehälter 80 setzt sich aus einem zylindrischen Behälterkörper 81 zusammen, der einen säulenartigen Hohlraumbereich 83 aufweist, der in axialer Richtung den Behälterkörper 81 durchdringt.

In dem Grünkompakt-Bildungsschritt ist zunächst der Grünkompakt-Bildungsbehälter 80 auf einer Bodenplatte (nicht gezeigt) befestigt. Der Grünkompakt-Bildungsbehälter 80 wird so befestigt, daß kein Zwischenraum zwischen einer Bodenoberfläche des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80 und einer Oberfläche der Bodenplatte auftreten kann. Dann wird das gemischte Pulver 50 in den Hohlraumbereich 83 des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80, worin die Bodenbereichseite durch die Bodenplatte geschlossen ist, gegossen. Ein Druck wird durch eine Kraft gemäß Referenzsymbol F1 auf das gemischte Pulver 50 in dem Hohlraumbereich 83 auferlegt, und das gemischte Pulver 50 wird gepreßt, wodurch der Pulver-Grünkompakt 60 gebildet wird.

Der Druck, der auf das gemischte Pulver 50 durch die Kraft gemäß Referenzsymbol F1 in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird, wird auf gleich oder mehr als eine Fließspannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver 50 und gleich oder weniger als eine maximale Spannung davon eingestellt. Wenn beispielsweise das Metallpulver in dem gemischten Pulver 50 Aluminiumpulver ist, wird ein Druck auf das gemischte Pulver 50 so auferlegt, daß der Druck gleich oder mehr als eine Fließspannung des Aluminiumpulvers und gleich oder weniger als eine maximale Spannung davon wird. Wenn der Druck, der auf das gemischte Pulver 50 auferlegt wird, gleich oder mehr als die Fließspannung des Metallpulvers in dem gemischten Pulver 50 und gleich oder weniger als die maximale Spannung davon ist, wird der Pulver-Grünkompakt 60 gebildet, worin das gemischte Pulver 50 so gepreßt wird, daß die Zwischenräume zwischen den Metallpulverstücken in dem gemischten Pulver 50 minimal werden können.

Die Fließspannung steht für eine Spannung an einem Grenzpunkt zwischen einer elastischen Deformation und einer plastischen Deformation. Das heißt in bezug auf ein Metallmaterial wie Metallpulver wird üblicherweise in einem Bereich mit einer geringen Spannungsmenge eine Spannung in Proportion zur Erhöhung der Spannungsmenge erhöht (elastische Deformation); jedoch hört die Spannung auf, die in Proportion erhöht wird, wenn die Spannungsmenge erhöht wird, wenn die Spannungsmenge eine bestimmte Spannungsmenge übersteigt (plastische Deformation). Diese Spannung bei der bestimmten Spannungsmenge wird als Fließspannung bezeichnet. Darüber hinaus steht die maximale Spannung für einen maximalen Wert der Spannung in beiden Bereichen der plastischen und der elastischen Deformation. Die maximale Spannung des Metallmaterials ist üblicherweise in dem Bereich der plastischen Deformation vorhanden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung erfolgt eine Beschreibung wenn der Druck, der auf das gemischte Pulver 50 auferlegt wird, gleich oder mehr ist als die Fließspannung des Metallpulvers und gleich oder weniger als die maximale Spannung davon. 8 ist ein Diagramm, das einen Bereich des Drucks erläutert, der auf das gemischte Pulver in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird. Spezifisch ist 8 ein Diagramm, das ein Spannungs-Belastungs-Diagramm zeigt, wenn das Metallpulver reines Al (Aluminium) oder eine Aluminium-Legierung ist. Das Spannungs-Belastungs-Diagramm gemäß 8 ist ein halb-logarithmisches Diagramm, worin eine Achse, die die Spannung anzeigt, durch Logarithmus angezeigt wird.

Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn das Metallpulver sich aus reinem Al (Aluminium) zusammensetzt, die Fließspannung YS1, das heißt eine Spannung an einem Punkt A1, und die maximale Spannung wird MS1, das heißt eine Spannung bei dem Punkt A2. Daher wird, wenn das Metallpulver, das in dem gemischten Pulver 50 enthalten ist, sich aus reinem Al (Aluminium) zusammensetzt, der Druck, der auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird, auf gleich oder mehr als die Fließspannung YS1 und gleich oder weniger als die maximale Spannung MS1 eingestellt.

Während ein Bereich zwischen einem Punkt 0 und dem Punkt A1 auf einer Spannungs-Belastungs-Kurve von reinem Al gemäß 8 als Kurve gezeigt ist, ist dieser Bereich ein elastischer Deformationsbereich, worin eine Spannung proportional zu einer Erhöhung der Belastungsmenge wird. Der Grund, warum dieser Bereich als Kurve gezeigt ist, liegt darin, daß 8 ein semi-logarithmisches Diagramm ist.

Wenn das Metallpulver sich aus einer Aluminium-Legierung zusammensetzt, wird die Fließspannung YS2, die eine Spannung bei einem Punkt B1 ist, und die maximale Spannung wird MS2, die eine Spannung bei einem Punkt B2 ist. Daher wird, wenn das Metallpulver, das in dem gemischten Pulver 50 enthalten ist, sich aus einer Aluminium-Legierung zusammensetzt, der Druck, der auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird, auf gleich oder mehr als die Fließspannung YS2 und gleich oder weniger als die maximale Spannung MS2 eingestellt. Auf ähnliche Weise wie bei dem oben beschriebenen Bereich zwischen dem Punkt 0 und dem Punkt A1 ist ein Bereich zwischen dem Punkt 0 und dem Punkt B1 auf einer Spannungs-Belastungs-Kurve der Aluminium-Legierung gemäß 8 ein elastischer Deformationsbereich.

Die Auferlegung eines Druck auf das gemischte Pulver 50 bei dem Grünkompakt-Bildungsschritt wird üblicherweise bei normaler Temperatur durchgeführt. Eine Zeit zum Auferlegen eines Drucks auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünkompakt-Bildungsschritt ist üblicherweise 5 bis 60 Sekunden, bevorzugt 10 bis 40 Sekunden. Bei diesem Schritt enthält das gemischte Pulver 50 keinen organischen Stoff wie ein Elastomer, das mehrere Stunden Wärmebehandlung erfordert, und die physikalische Bearbeitung zur Bildung des Pulver-Grünkompaktes 60 durch Pressen des gemischten Pulvers 50 wird implementiert, und demzufolge kann die Zeit für die Auferlegung eines Drucks auf das gemischte Pulver 50 auf eine extrem kurze Zeit eingestellt werden.

Wenn ein Druck innerhalb eines bestimmten Bereiches auf das gemischte Pulver 50 in dem Grünkompakt-Bildungsschritt auferlegt wird, wird der Pulver-Grünkompakt 60 aus dem gemischten Pulver 50 in dem Hohlraumbereich 83 des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80 gebildet. Der Pulver-Grünkompakt 60 wird von dem Hohlraumbereich 83 des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80 ejiziert, beispielsweise durch Hervorstehen. Der erhaltene Pulver-Grünkompakt 60 wird bei dem Extrusions-Bearbeitungsschritt verwendet, der ein nachfolgender Schritt ist.

(Extrusions-Bearbeitungsschritt)

Der Extrusions-Bearbeitungsschritt ist ein Schritt zur Durchführung der Extrusionsbearbeitung mit dem Pulver-Grünkompakt 60 unter Vakuumatmosphäre bei 400°C oder mehr und einer Spannungsrate von 0,1 bis 100 s–1.

Bei dem Extrusions-Bearbeitungsschritt wird der Pulver-Grünkompakt 60 erwärmt und der Extrusionsbearbeitung unterworfen, wodurch das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 erhalten wird. Ein allgemein bekanntes Verfahren kann als Verfahren zum Implementieren der Extrusionsbearbeitung für den Pulver-Grünkompakt 60 verwendet werden, und beispielsweise wird ein Verfahren zum Gießen des Pulver-Grünkompaktes 60 in eine zylindrische Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung und anschließendes Erwärmen des Pulver-Grünkompaktes 60 in diesen Behälter und Implementieren der Extrusionsbearbeitung angewandt.

Es folgt eine Beschreibung der Extrusionsbearbeitung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. 9 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des Extrusions-Bearbeitungsschrittes zeigt. Eine Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung 90, die in 9 gezeigt ist, ist eine Vorrichtung zur Bildung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 durch Erwärmen des Pulver-Grünkompaktes 60 und Implementieren der Extrusionsbearbeitung. Die Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung 90 enthält: einen zylindrischen Vorrichtungskörper 91, versehen mit einem säulenförmigen Hohlraumbereich 93, in den der Pulver-Grünkompakt 60 gegeben wird, und eine Düse 95, die an einem Bodenbereich des Vorrichtungskörpers 91 vorgesehen ist, und ejiziert ein Extrusions-Arbeitsstück.

Bei dem Extrusions-Bearbeitungsschritt wird der Pulver-Grünkompakt 60, der in den Hohlraumbereich 93 der Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung 90 gegeben ist, unter Vakuumatmosphäre erwärmt, danach wird eine Kraft mit Bezugszeichen F2 auferlegt und es erfolgt eine Extrusion von der Düse 95 in einer Extrusionsrichtung M. Eine solche Atmosphäre in dem Extrusions-Bearbeitungsschritt kann auf eine Inertgasatmosphäre anstelle der Vakuumatmosphäre eingestellt werden.

Das Erwärmen des Pulver-Grünkompaktes 60 wird so durchgeführt, daß die Temperatur des Pulver-Grünkompaktes 60 üblicherweise 400°C oder mehr, bevorzugt 400 bis 700°C, mehr bevorzugt 400 bis 660°C, noch mehr bevorzugt 400 bis 650°C werden kann. Wenn die Temperatur des Pulver-Grünkompaktes 60 weniger als 400°C ist, wird es schwierig, die Extrusionsbearbeitung zu implementieren. Wenn die Temperatur des Pulver-Grünkompaktes 60 660°C übersteigt, kann Aluminiumcarbid in dem Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 erzeugt werden.

Das Erwärmen des Pulver-Grünkompaktes 60 wird so durchgeführt, daß die Zeit, für die die Temperatur des Pulver-Grünkompaktes innerhalb des oben beschriebenen Temperaturbereiches liegt, üblicherweise 0,3 bis 5 Minuten, bevorzugt 0,5 bis 3 Minuten werden kann. Bei diesem Schritt enthält der Pulver-Grünkompakt 60 keinen organischen Stoff wie Elastomer, das mehrere Stunden Wärmebehandlung erfordert, und das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1, erhalten durch diesen Schritt, hat keine zelluläre Struktur. Daher kann in diesem Schritt eine solche Erwärmungszeit des Pulver-Grünkompaktes 60 auf eine extrem kurze Zeit eingestellt werden.

Die Belastungsrate der erwärmten Pulver-Grünkompaktes 60 bei der Extrusions-Bearbeitungszeit ist üblicherweise 0,1 bis 100 s–1, bevorzugt 0,3 bis 3 s–1. Wenn die Belastungsrate innerhalb dieses Bereiches liegt, hat das erhaltene Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 die Struktur und Eigenschaften des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß diesem Ausführungsbeispiel.

Ein Extrusionsverhältnis bei der Extrusions-Bearbeitungszeit ist üblicherweise 4 oder mehr. Wenn das Extrusionsverhältnis weniger als 4 ist, kann das Sintern des Pulver-Grünkompaktes 60 unzureichend werden. Das Extrusionsverhältnis steht für ein Verhältnis einer Querschnittsfläche der transversalen Ebene des Pulver-Grünkompaktes 60 in bezug auf eine Querschnittsfläche der transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1, das ein Extrusionsmaterial ist.

Das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1, erhalten durch die oben beschriebene Extrusionsverarbeitung hat eine gleiche oder ähnliche Struktur wie das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 dieses Ausführungsbeispiels. Daher wird eine Beschreibung des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 weggelassen.

Das Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial, das eine hohe Leitfähigkeit und kleine Vermischungsmenge der Kohlenstoffnanoröhre hat, in kurzer Zeit herstellen. Ein Grund, warum die Leitfähigkeit des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 erhöht ist, liegt vermutlich darin, daß, weil Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 keine zelluläre Struktur hat, es nicht notwendig ist, ein Elastomer bei der Produktion des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 zu verwenden, und der Rest, der durch die Verdampfung des Elastomers erzeugt ist, nicht vorhanden ist. Ein Grund, warum das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 in kurzer Zeit erzeugt werden kann, liegt darin, daß ein Verdampfungsvorgang des Elastomers nicht notwendig ist, und das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial 1 kann in ungefähr 2 Minuten erzeugt werden, selbst wenn der Grünkompakt-Bildungsschritt und der Extrusions-Bearbeitungsschritt darin enthalten sind.

Beispiele

Diese Erfindung wird detailliert unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele erläutert; jedoch ist diese Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.

[Beispiel 1](Grünkompakt-Bildungsschritt)

Zunächst wurden 100 Massenteile Aluminiumpulver mit einer Reinheit von 99,9 % und einem mittleren Teilchendurchmesser D50 von 50 μm und 1 Massenteil einer Kohlenstoffnanoröhre mit einem Durchmesser von ungefähr 40 nm und einer durchschnittlichen Länge von ungefähr 5 μm miteinander in einem Lösungsmittel auf Alkoholbasis vermischt. Danach wurde das Lösungsmittel auf Alkoholbasis verdampft, und das gemischte Pulver, enthaltend das Aluminiumpulver und die Kohlenstoffnanoröhre, wurde hergestellt.

Dann wurde das gemischte Pulver in den Hohlraumbereich 83 des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80, gezeigt in 7, gegossen und ein Druck wurde auf das gemischte Pulver bei normaler Temperatur (20°C) 20 Sekunden lang auferlegt. Ein Druck, der gleich oder mehr als die Fließspannung des Aluminiumpulvers in dem gemischten Pulver und gleich oder weniger als die maximale Spannung davon war, wurde auf das gemischte Pulver auferlegt. Als Ergebnis wurde ein Grünkompakt in dem Hohlraumbereich 83 des Grünkompakt-Bildungsbehälters 80 gebildet.

(Extrusions-Bearbeitungsschritt)

Der Pulver-Grünkompakt wurde in den Hohlraum 93 der Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung 90, gezeigt in 9, gegossen, und eine Einstelltemperatur der Düse 95 wurde auf 500°C eingestellt und für ungefähr 2 Minuten unter Vakuum gehalten und der Pulver-Grünkompakt wurde der Extrusionsbearbeitung unterworfen. Bei der Extrusionsbearbeitung wurde eine Spannungsrate auf 1 s–1 eingestellt. Ein Extrusionsverhältnis der Extrusionsbearbeitung wurde auf 4 eingestellt.

Nach Beendigung der Extrusionsbearbeitung wurde ein Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial erhalten. Das erhaltene Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial war eines, das enthält: eine metallische Basis, die sich aus einer polykristallinen Substanz zusammensetzt, worin eine Vielzahl von stabförmigen metallischen Kristallkörnern in der gleichen Richtung orientiert waren; und Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle, die sich aus Kohlenstoffnanoröhren zusammensetzten. Die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle waren solche, die Leitungskanäle bilden, wodurch ermöglicht wird, daß Elektrizität in der longitudinalen Richtung der metallischen Basis durchgeleitet wird, indem sie in einem Teil der Korngrenzen zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern auf einer transversalen Ebene der metallischen Basis und entlang der longitudinalen Ebene der metallischen Basis vorhanden sind.

4 zeigt Elektronen-Transmissionsmikroskop(TEM)-Photos der transversalen Ebene des erhaltenen Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials. 4(A) und 4(B) sind jeweils Beispiele von TEM-Photos des Querschnittes der Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1, erhalten durch Schneiden des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 entlang der transversalen Ebene davon. Die 4(A) und 4(B) sind das gleiche TEM-Photo, worin nur zugewiesene Referenzsymbole und Nummern geändert sind.

Von 4(A) ist zu verstehen, daß auf der transversalen Ebene des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials 1 die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20 in einem Teil der Korngrenze 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörner 11 vorhanden sind. Von 4(B) ist zu verstehen, daß die Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20, die in dem Bereich, der mit Referenzsymbol C bezeichnet ist, nicht an den gesamten Grenzkörnern 15 zwischen den stabförmigen metallischen Kristallkörnern 11, sondern in einem Teil der Korngrenzen 15 vorhanden sind.

Die 5 und 6 zeigen Elektronen-Abtastmikroskop(SEM)-Photos von longitudinalen Querschnitten des erhaltenen Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials.

Von 5 wird verstanden, daß drei Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20l und 20m kontinuierlich entlang einer longitudinalen Richtung L vorhanden sind. Von 6 wird verstanden, daß Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20p, 20q, 20r und 20s in einer massiven Form als Ergebnis der Aggregation der Kohlenstoffnanoröhren gebildet sind. Aus 6 ist zu verstehen, daß die beiden Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20p und 20q absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden sind und daß die beiden Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanäle 20r und 20s absatzweise entlang der longitudinalen Richtung L vorhanden sind.

(Auswertung)

In bezug auf das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial wurde die Leitfähigkeit davon entsprechend JIS C3002 ausgewertet. In bezug auf die Leitfähigkeit wurde ein spezifischer Widerstand des Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterials unter Verwendung eines Vier-Klemmverfahrens in einem Thermostatofen, der bei 20°C (±0,5°C) gehalten wurde, gemessen und die Leitfähigkeit wurde von diesem spezifischen Widerstand berechnet. Ein Interklemmabstand bei der Messung des spezifischen Widerstandes wurde auf 1000 mm eingestellt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

[Beispiele 2 bis 4, Vergleichsbeispiele 1 und 2]

Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterialien (Beispiele 2 bis 4) oder Metallmaterialien (Vergleichsbeispiele 1 und 2) wurden auf ähnliche Weise wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Metallpulver in dem gemischten Pulver und die Vermischungsmenge von CNT (Kohlenstoffnanoröhre) in bezug auf das Metallpulver verändert wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt ist.

In bezug auf die erhaltenen Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterialien (Beispiele 2 bis 4) und die erhaltenen Metallmaterialien (Vergleichsbeispiele 1 und 2) wurden die Leitfähigkeiten davon auf ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 berechnet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Von Tabelle 1 ist zu verstehen, daß dann, wenn die Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterialien der Beispiele 1 und 3 und das Metallmaterial von Vergleichsbeispiel 1, die unter Verwendung des gleichen Metallpulvers hergestellt wurden, miteinander verglichen werden, die Leitfähigkeit bei den Beispielen 1 und 3 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 erhöht ist. Auf ähnliche Weise ist, wenn die Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterialien der Beispiele 2 und 4 und des Metallmaterials von Vergleichsbeispiel 2, die unter Verwendung des gleichen Metallpulvers hergestellt wurden, miteinander verglichen wurden, die Leitfähigkeit bei den Beispielen 2 und 4 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 2 erhöht.

Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung 2014-079352 (angemeldet am 8. April 2014) wird hierin durch Bezugnahme eingeführt.

Die Beschreibung erfolgte durch die Ausführungsbeispiele; jedoch ist diese Erfindung nicht hierauf beschränkt und kann auf verschiedene Weisen innerhalb des Rahmens des Umfangs dieser Erfindung variiert werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Das Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise als Draht für einen Kabelbaum im Auto verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1
Kohlenstoffnanoröhren-Verbundmaterial
10
metallische Base
11
stabförmiges metallisches Kristallkorn
15
Korngrenze
20
Kohlenstoffnanoröhren-Leitungskanal
50
gemischtes Pulver
60
Pulver-Grünkompakt
80
Grünkompakt-Bildungsbehälter
81
Behälterkörper
83
Hohlraumbereich
90
Extrusions-Bearbeitungsvorrichtung
91
Vorrichtungskörper
93
Hohlraumbereich
L
longitudinale Richtung
M
Extrusionsrichtung