Procedimiento para producir una película de recubrimiento de óxido de titanio cristalino a través de anodización electrolítica.
Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que comprende las etapas (a-1) y (b) siguientes:
(a-1) una etapa que consiste en calentar titanio o una aleación de titanio en cualquiera de las condiciones (1) y (2) siguientes para formar nitruro de titanio sobre la superficie del titanio o la aleación de titanio;
(1) en una atmósfera de gas amoniaco y/o nitrógeno en presencia de un agente secuestrante de oxígeno; o
(2) en una atmósfera en la que se reduce la presión para descargar gas atmosférico, y se introduce(n) gas amoniaco y/o nitrógeno a continuación en presencia de un agente secuestrante de oxígeno; y
(b) una etapa que consiste en sumergir el titanio o la aleación de titanio obtenido/a en la etapa (a-1) anterior en un electrolito que contiene un ácido inorgánico y/o ácido orgánico, y aplicar voltaje para la anodización.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2005/015409.
Solicitante: Showa Co., Ltd.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 2443-1, Kita-tahara-cho Ikoma-city, Nara 630-0142 JAPON.
Inventor/es: TAKAYASU,Teruki, ONODA,Kinji.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J35/02 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 35/00 Catalizadores en general, caracterizados por su forma o propiedades físicas. › sólidos.
- C23C28/00 QUIMICA; METALURGIA. › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › Revestimiento para obtener al menos dos capas superpuestas, bien por procesos no previstos en uno solo de los grupos principales C23C 2/00 - C23C 26/00, bien por combinaciones de procesos previstos en las subclases C23C y C25D.
- C23C28/04 C23C […] › C23C 28/00 Revestimiento para obtener al menos dos capas superpuestas, bien por procesos no previstos en uno solo de los grupos principales C23C 2/00 - C23C 26/00, bien por combinaciones de procesos previstos en las subclases C23C y C25D. › Revestimientos solamente de materiales inorgánicos no metálicos.
- C23C8/24 C23C […] › C23C 8/00 Difusión en estado sólido solamente de elementos no metálicos en la capa superficial de materiales metálicos (difusión del silicio C23C 10/00 ); Tratamiento químico de la superficie por reacción del material metálico de la superficie y un gas reactivo, quedando en el revestimiento productos de la reacción, p. ej. revestimiento de conversión, pasivación de metales (C23C 14/00 tiene prioridad). › Nitruración.
- C25D11/26 C […] › C25 PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS. › C25D PROCESOS PARA LA PRODUCCION ELECTROLITICA O ELECTROFORETICA DE REVESTIMIENTOS; GALVANOPLASTIA (fabricación de circuitos impresos por deposición metálica H05K 3/18 ); UNION DE PIEZAS POR ELECTROLISIS; SUS APARATOS (protección anódica o catódica C23F 13/00; crecimiento de monocristales C30B). › C25D 11/00 Revestimientos electrolíticos por reacción superficial, es decir, que forman capas de conversión. › de metales refractarios o sus aleaciones.
PDF original: ES-2378888_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para producir una película de recubrimiento de óxido de titanio cristalino a través de anodización electrolítica.
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar una película de óxido de titanio cristalino útil como fotocatalizador, elemento fotovoltaico, etc.
Los óxidos de titanio cristalinos de una estructura cristalina tipo rutilo, una estructura cristalina tipo brookita, una estructura cristalina tipo anatasa, etc., pueden convertir la energía de la luz en energía eléctrica o química, y se espera que encuentren aplicaciones en diversos campos como fotocatalizadores, elementos fotovoltaicos, etc. Entre los óxidos de titanio cristalinos, es conocido que el óxido de titanio de tipo anatasa presenta unas excelentes actividades fotocatalíticas y similares, y es un material sumamente útil.
Como procedimiento para producir una película de óxido de titanio sobre la superficie de titanio o aleaciones de titanio, se conoce generalmente un procedimiento que implica anodizar titanio o aleaciones de titanio en un electrolito convencional de, por ejemplo, ácido fosfórico o similares. Sin embargo, según procedimientos de este tipo de la técnica anterior para producir una película de óxido de titanio, se encontró que se genera óxido de titanio amorfo y no se genera óxido de titanio cristalino tipo anatasa.
En los últimos años, se han examinado enérgicamente los procedimientos para producir una película de óxido de titanio cristalino que presenta, por ejemplo, una estructura cristalina tipo anatasa, y se han propuesto diversos procedimientos. Por ejemplo, el documento de patente 1 propone un procedimiento que implica anodizar titanio en una disolución ácida diluida, y luego calentar las muestras anodizadas obtenidas en una atmósfera oxidante. El documento de patente 2 da a conocer un procedimiento que implica anodizar titanio en electrolitos compuestos por ácidos y partículas finas que presentan actividades fotocatalíticas al voltaje equivalente a o superior al voltaje de descarga de chispa. Además, el documento de patente 3 da a conocer un procedimiento que implica anodizar titanio en un electrolito compuesto por ácido sulfúrico, ácido fosfórico y peróxido de hidrógeno. Sin embargo, estos procedimientos son desventajosos porque son complicados y poco prácticos. Además, estos procedimientos plantean problemas porque la generación de óxido de titanio no uniforme y la mezcla de óxido de titanio (óxido de titanio de baja valencia) no puede impedirse; el óxido de titanio de tipo anatasa obtenido presenta malas propiedades fotocatalíticas; la cantidad de óxido de titanio de tipo anatasa obtenida es pequeña; etc.
Además, se ha propuesto un procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que implica calentar titanio en una atmósfera de nitrógeno, y luego anodizar las muestras anodizadas obtenidas en un electrolito que contiene un ácido. Sin embargo, simplemente anodizar el titanio calentado en una atmósfera de nitrógeno es desventajoso porque el óxido de titanio cristalino no es uniforme y la cantidad de óxido de titanio cristalino obtenida es pequeña.
A partir de dichas técnicas de la técnica anterior, existe una demanda para establecer un procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que sea adecuada para la producción industrial; que forme una gran cantidad de óxido de titanio cristalino que presenta excelentes actividades fotocatalíticas; y similares.
[Documento de patente 1]
Publicación de patente no examinada japonesa nº Hei. 8-246192
[documento de patente 2]
Publicación de patente no examinada japonesa nº Hei. 11-1006952
[documento de patente 3]
Publicación de patente no examinada japonesa nº Hei. 11-315398
La presente invención pretende solucionar los problemas descritos anteriormente de las técnicas de la técnica anterior. Específicamente, la presente invención pretende proporcionar un procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que es adecuada para la producción industrial; que forma una gran cantidad de óxido de titanio cristalino; que presenta unas excelentes actividades fotocatalíticas; y que es útil como fotocatalizador, elemento fotovoltaico y similares.
Se realizó una investigación exhaustiva con el fin de superar los problemas descritos anteriormente, y se obtuvo el descubrimiento siguiente. Más específicamente, puede obtenerse una película de óxido de titanio cristalino que puede formar una gran cantidad de óxido de titanio cristalino de tipo anatasa y que es adecuada para fotocatalizadores, elementos fotovoltaicos y similares a través de la etapa (a-1) que consiste en hacer reaccionar titanio o aleación de titanio con gas amoniaco y/o nitrógeno en condiciones específicas o la etapa (a-2) que consiste en someter titanio o aleación de titanio a procesamiento por PVD o CVD, formando de ese modo nitruro de titanio sobre la superficie del titanio o la aleación de titanio y, posteriormente, anodizar el titanio o la aleación de titanio obtenido en la etapa (a-1) o (a-2) en condiciones específicas.
La presente invención se ha logrado mediante mejoras adicionales basándose en estos hallazgos.
Más específicamente, la presente invención proporciona el siguiente procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino, y una película de óxido de titanio cristalino:
Punto 1. Un procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que comprende las etapas (a-1) y (b) siguientes:
(a-1) una etapa de calentar titanio o aleación de titanio en cualquiera de las siguientes condiciones (1) y (2) para formar nitruro de titanio sobre la superficie del titanio o la aleación de titanio; 15
(1) en una atmósfera de gas amoniaco y/o nitrógeno en presencia de un agente secuestrante de oxígeno; o
(2) en una atmósfera en la que se reduce la presión para descargar gas atmosférico, y luego se introduce (n) gas
amoniaco y/o nitrógeno en presencia de agente secuestrante de oxígeno; y 20
(b) una etapa que consiste en sumergir el titanio o la aleación de titanio obtenido en la etapa (a-1) anterior en un electrolito que contiene un ácido inorgánico y/o ácido orgánico, y aplicar voltaje para la anodización.
Punto 2. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que el 25 óxido de titanio cristalino incluye un óxido de titanio de tipo anatasa.
Punto 3. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que el titanio o la aleación de titanio se calienta a 750º C o más en la etapa (a-1) .
Punto 4. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que el ácido inorgánico y/o ácido orgánico utilizado en la etapa (b) presenta un efecto decapante sobre el titanio.
Punto 5. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que se aplica un voltaje igual a o superior al voltaje de descarga de chispa para la anodización en la etapa (b) .
Punto 6. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que el electrolito utilizado en la etapa (b) contiene por lo menos un ácido seleccionado de entre el grupo constituido por ácido sulfúrico, ácido fosfórico y ácido fluorhídrico.
Punto 7. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que el electrolito utilizado en la etapa (b) comprende además peróxido de hidrógeno.
Punto 8. El procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según el punto 1, en el que la película de óxido de titanio cristalino es un material para un fotocatalizador o elemento fotovoltaico.
45 Además, la presente invención proporciona una película de óxido de titanio cristalino, que se produce mediante las siguientes etapas:
(a-1) una etapa que consiste en calentar titanio o aleación de titanio en cualquiera de las siguientes condiciones (1) y 50 (2) , para formar nitruro de titanio sobre una superficie del titanio o la aleación de titanio;
(1) en una atmósfera de gas amoniaco y/o nitrógeno en presencia de... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino que comprende las etapas (a-1) y (b) siguientes:
(a-1) una etapa que consiste en calentar titanio o una aleación de titanio en cualquiera de las condiciones (1) y (2) siguientes para formar nitruro de titanio sobre la superficie del titanio o la aleación de titanio;
(1) en una atmósfera de gas amoniaco y/o nitrógeno en presencia de un agente secuestrante de oxígeno; o 10
(2) en una atmósfera en la que se reduce la presión para descargar gas atmosférico, y se introduce (n) gas amoniaco y/o nitrógeno a continuación en presencia de un agente secuestrante de oxígeno; y
(b) una etapa que consiste en sumergir el titanio o la aleación de titanio obtenido/a en la etapa (a-1) anterior en un 15 electrolito que contiene un ácido inorgánico y/o ácido orgánico, y aplicar voltaje para la anodización.
2. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que el óxido de titanio cristalino incluye un óxido de titanio de tipo anatasa.
4. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que el ácido inorgánico y/o ácido orgánico utilizado en la etapa (b) presenta un efecto decapante sobre el titanio. 25 5. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que se aplica un voltaje igual o superior al voltaje de descarga de chispa para la anodización en la etapa (b) . 6. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que el electrolito utilizado en la etapa (b) contiene por lo menos un ácido seleccionado de entre el grupo constituido por ácido sulfúrico, ácido fosfórico y ácido fluorhídrico. 7. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que el electrolito utilizado en la etapa (b) comprende además peróxido de hidrógeno. 35 8. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que la película de óxido de titanio cristalino es un material para un fotocatalizador o un elemento fotovoltaico. 20 3. Procedimiento para producir una película de óxido de titanio cristalino según la reivindicación 1, en el que el titanio o la aleación de titanio se calienta a 750º C o más en la etapa (a-1) .
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