Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono,

caracterizado porque se golpea directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, contra una superficie de un sustrato que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para tratar térmicamente la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por tratar térmicamente la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono

Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono. Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que sea excelente en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.

Antecedentes de la técnica

Hasta ahora, el dióxido de titanio TiO2 (denominado simplemente en la presente memoria y en las reivindicaciones óxido de titanio) se ha conocido como una sustancia que muestra una función fotocatalítica. Como procedimientos para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio, desde los años 1970 se conoce un procedimiento para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio mediante oxidación anódica, un procedimiento para formar térmicamente una película de óxido de titanio sobre una plancha metálica de titanio en un horno eléctrico al que se le suministra oxígeno, y un procedimiento para formar una película de óxido de titanio sobre un metal de titanio calentando una plancha de titanio en llamas de un gas ciudad a 1.100 hasta 1.400ºC (véase el documento no de patente 1). En muchos campos técnicos se han llevado a cabo numerosos estudios diseñados para lograr el uso práctico de fotocatalizadores.

Para fabricar productos fotocatalíticos para obtener un efecto desodorizante, antimicrobiano, antiniebla, o antisuciedad mediante tal función fotocatalítica, ha sido una práctica común proporcionar un sol de óxido de titanio sobre un sustrato mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por giro, o inmersión, formando de ese modo una película. Sin embargo, la película resultante se puede desprender por pelado o desgastar, y de este modo su uso a largo plazo ha sido difícil.

La radiación ultravioleta, con una longitud de onda de 400 nm o menos, es necesaria para que el óxido de titanio funcione como un fotocatalizador, pero se han llevado a cabo muchos estudios sobre fotocatalizadores de óxido de titanio que están dopados con diversos elementos para que funcionen mediante luz visible. Por ejemplo, existe un documento que compara los óxidos de titanio dopados con, por ejemplo, F, N, C, S, P y Ni, y que muestra que el óxido de titanio dopado con nitrógeno es excelente como un fotocatalizador que responde a la luz visible (véase el documento no de patente 2).

Como fotocatalizadores de óxido de titanio dopados con otros elementos como se muestra anteriormente, se han hecho propuestas para un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene el sitio de oxígeno del óxido de titanio sustituido por un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, dopado en los espacios de la red cristalina de óxido de titanio, y un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que tiene un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, dispuesto en los bordes de granos de agregados policristalinos de cristales de óxido de titanio (véanse los documentos de patente 1 a 4).

Un documento adicional afirma que llamas de combustión de gas natural, con la temperatura de las llamas de combustión mantenida en la vecindad de 850ºC, por ejemplo ajustando los caudales de un gas natural y/u oxígeno, se hicieron golpear contra un metal de titanio para obtener óxido de titanio modificado químicamente n-TiO2-xCx, que absorbió luz a 535 nm o menos (véase el documento no de patente 3).

Documento de patente 1: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2001-205103 (reivindicaciones)

Documento de patente 2: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2001-205094 (reivindicaciones)

Documento de patente 3: solicitud de patente japonesa abierta al público nº 2002-95976 (reivindicaciones)

Documento de patente 4: solicitud internacional 01/10553 folleto (reivindicaciones)

Documento no de patente 1: A. Fujishima et al., J. Electrochem. Soc. Vol. 122, nº 11, p. 1487-1489, noviembre 1975

Documento no de patente 2: R. Asahi et al., SCIENCE Vol. 293, 13 de julio de 2001, p. 269-271

Documento no de patente 3: Shahed U.M. Khan et al., SCIENCE Vol. 297, 27 de septiembre de 2002, p. 2243-2245

Exposición de la invención

Sin embargo, los fotocatalizadores convencionales a base de óxido de titanio, ya sea del tipo que responde a rayos ultravioletas o del tipo que responde a la luz visible, fueron problemáticos en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), planteando un cuello de botella en el uso práctico.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para producir un sustrato que tenga una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que sea excelente en cuanto a la durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funcione como un fotocatalizador que responde a la luz visible.

Se han llevado a cabo estudios en profundidad en un intento por lograr el objeto anterior, y se han encontrado los siguientes hechos: una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo se hace golpear directamente contra la superficie de un sustrato que tiene una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, o un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, para termotratar la superficie del sustrato a una temperatura elevada; o la superficie del sustrato es termotratada a una temperatura elevada en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo; o la superficie del sustrato es termotratada a una temperatura elevada en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, con lo que se obtiene el sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono. Basándose en este hallazgo, se logró la presente invención.

Es decir, el procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención se caracteriza por golpear directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo contra una superficie de un sustrato que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para termotratar la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por termotratar la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

Como alternativa, el procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención se caracteriza por termotratar una superficie de un sustrato, que tiene por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

Efectos de la invención

El procedimiento para producir un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la presente invención hace posible obtener un sustrato que tiene una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que es excelente en cuanto a durabilidad (elevada dureza, resistencia a ralladuras, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funcione como un fotocatalizador que responde a la luz visible.

Breve descripción de los dibujos

La Fig....

1. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, caracterizado porque se golpea directamente una llama de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, contra una superficie de un sustrato que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, para tratar térmicamente la superficie del sustrato de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC; o por tratar térmicamente la superficie del sustrato en una atmósfera de gas de combustión de un gas que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato esté comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

2. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, caracterizado porque se trata térmicamente una superficie de un sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, en una atmósfera gaseosa que consiste esencialmente en un hidrocarburo, de forma que la temperatura de la superficie del sustrato está comprendida entre 900 y 1200ºC, formando de ese modo una capa de óxido de titanio dopado con carbono.

3. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el sustrato, que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto, en su totalidad, de uno de entre titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio.

4. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, está compuesto de una capa formadora de la porción de superficie y un material central, y los materiales para la capa formadora de la porción de superficie y el material central son diferentes.

5. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sustrato, que comprende por lo menos una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio, es pulverulento.

6. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la aleación de titanio es Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-7Al-4Mo, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-5Zr-0,5Mo-0,2Si, Ti-5,5Al-3,5Sn-3Zr-0,3Mo-1Nb-0,3Si, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, o Ti-13V-11Cr-3Al.

7. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el gas consiste esencialmente en un hidrocarburo que contiene 30% o más en volumen de un hidrocarburo insaturado.

8. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el gas consiste esencialmente en un hidrocarburo que contiene el 50% o más en volumen de acetileno.

9. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que contiene entre el 0,3 y el 15% atómico de carbono.

10. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que presenta una dureza Vickers de 300 o superior.

11. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según la reivindicación 10, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que presenta una dureza Vickers de 1.000 o superior.

12. Procedimiento para producir un sustrato que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se forma la capa de óxido de titanio dopado con carbono que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.