Material multifuncional que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono,

que contiene de 0,3 a 15% de carbono, que presenta el carbono dopado en un estado de enlaces Ti-C, que es excelente en durabilidad y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible, caracterizado porque la capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie se une mediante los enlaces Ti-C al titanio, a una aleación de titanio, a un óxido de aleación de titanio, o a un óxido de titanio como capa por debajo de la capa de superficie

Campo técnico

La presente invención se refiere a un material multifuncional que presenta una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que presenta carbono dopado en el estado de enlaces Ti-C. Más específicamente, la invención se refiere a un material multifuncional que presenta una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que presenta carbono dopado en el estado de enlaces Ti-C, que resulta de una excelente durabilidad (alta dureza, resistencia al rayado, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.

Antecedentes de la técnica

El dióxido de titanio TiO2 (al que se hace referencia simplemente en la presente memoria y en las reivindicaciones como óxido de titanio) se ha conocido hasta ahora como una sustancia que muestra una función fotocatalítica. Desde la década de 1970, como procedimientos para formar una capa de óxido de titanio sobre un metal de titanio, se han conocido: un procedimiento para formar una capa de óxido de titanio sobre un metal de titanio mediante oxidación anódica, un procedimiento para formar térmicamente una capa de óxido de titanio sobre una placa de metal de titanio en un horno eléctrico provisto de suministro de oxígeno, y un procedimiento para formar una capa de óxido de titanio sobre un metal de titanio, calentando una placa de titanio en llama de gas ciudad entre 1.100 y 1.400ºC (véase el documento que no es de patente 1). En muchos campos técnicos, se han llevado a cabo numerosos estudios concebidos para alcanzar la utilización práctica de fotocatalizadores.

Para preparar los productos fotocatalizadores con el fin de obtener un efecto desodorizante, antimicrobiano, antiniebla, o antifétido, mediante dichas funciones fotocatalíticas, se ha suministrado habitualmente una solución coloidal a un sustrato, mediante revestimiento por pulverización, revestimiento por rotación, o mediante inmersión, dando lugar de esta forma a una película. Sin embargo, la capa resultante es propensa a desprenderse o a que se desgaste, resultando difícil, por lo tanto, su utilización a largo plazo.

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

Como fotocatalizadores de óxido de titanio provistos de otros elementos, tal como se ha representado anteriormente, se propusieron un fotocatalizador que comprendía un compuesto de titanio Ti-O-X con el lugar del oxígeno del óxido de titanio sustituido por un átomo X tal como el nitrógeno, o un anión X, un fotocatalizador que incluía un compuesto de titanio Ti-O-X, con un átomo X tal como nitrógeno, o un anión X, previsto en los espacios de retícula cristalina del óxido de titanio, y un fotocatalizador que comprende un compuesto de titanio Ti-O-X que presenta un átomo X tal como el nitrógeno, o un anión X, que se dispone en los límites texturales de los agregados policristalinos de los cristales de óxido de titanio (véanse documentos de patente 1 a 4).

Otro informe se refiere a que la llama de la combustión del gas natural se mantiene a una temperatura de aproximadamente 850ºC ajustando, por ejemplo, las velocidades de flujo de un gas natural y/o del oxígeno, (gas natural y/o oxígeno que se dirigieron contra un metal de titanio), para obtener óxido de titanio n-TiO2-xCx modificado químicamente, que absorbió la luz a 535 nm o menos (véase documento que no es de patente 3).

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

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

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

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

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

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

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

Exposición de la invención

Problemas que debe resolver la invención

Sin embargo, los fotocatalizadores convencionales que se basan en el óxido de titanio, sean del tipo que responde a los rayos ultravioleta, o del que responde a la luz visible, eran problemáticos con respecto a la durabilidad (alta dureza, resistencia al rayado, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), dificultando la utilización práctica.

Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un material multifuncional que presenta, como capa de superficie, una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que es excelente con respecto a la durabilidad (alta dureza, resistencia al rayado, resistencia al desgaste (por el uso), resistencia química, resistencia térmica), y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible.

Medios para resolver los problemas

Se han realizado estudios en profundidad, en un intento para alcanzar el objetivo anteriormente mencionado, y se han descubierto los hechos siguientes: La superficie de un sustrato que presente una capa de superficie que comprende titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, se trata térmicamente a una temperatura alta, utilizando una llama de combustión de un gas, que consiste esencialmente en un hidrocarburo. Llevando esto a cabo, se obtiene un material multifuncional que presenta, como capa de superficie, una capa de óxido de titanio dopado con carbono, en la que éste forma enlaces Ti-C, que es excelente con respecto a la durabilidad (alta dureza, resistencia al rayado, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible. Basándose en este hallazgo, se realizó la presente invención.

La presente invención proporciona lo siguiente:

Un material multifuncional que presenta, por lo menos, una capa de superficie que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que contiene de 0,3 a 15% de átomos de carbono, formando dicho carbono enlaces Ti-C, mostrando dicha capa de óxido de titanio dopado con carbono una excelente durabilidad, y funcionando como un fotocatalizador que responde a la luz visible, caracterizado porque la capa de óxido de titanio provista del carbono, como capa de superficie, se une mediante los enlaces Ti-C al titanio, aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, como una capa por debajo de la capa de superficie.

Un fotocatalizador que responde a la luz visible, según la reivindicación 9.

Efectos de la invención

El material multifuncional de la presente invención es excelente con respecto a la durabilidad (alta dureza, resistencia al rayado, resistencia al desgaste, resistencia química, resistencia térmica), y funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible. Así, el material multifuncional no sólo puede utilizarse como un fotocatalizador que responde a la luz visible, sino que puede también utilizarse significativamente en varios campos técnicos, en los que hasta ahora se utilizaban cromados duros.

Breve descripción de las figuras

[Figura 1] La figura 1 es una vista que representa los resultados de un ensayo de la dureza de una película del ejemplo del Ensayo 1.

[Figura 2] La figura 2 es una vista que representa los resultados del análisis XPS del ejemplo del Ensayo 5.

[Figura 3] La figura 3 es una vista que representa la respuesta de la longitud de onda de una densidad de corriente fotónica en el ejemplo del Ensayo 6.

[Figura 4] La figura 4 es una vista que representa... [Seguir leyendo]

1. Material multifuncional que presenta por lo menos una capa de superficie que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, que contiene de 0,3 a 15% de carbono, que presenta el carbono dopado en un estado de enlaces Ti-C, que es excelente en durabilidad y que funciona como un fotocatalizador que responde a la luz visible, caracterizado porque la capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie se une mediante los enlaces Ti-C al titanio, a una aleación de titanio, a un óxido de aleación de titanio, o a un óxido de titanio como capa por debajo de la capa de superficie.

2. Material multifuncional según la reivindicación 1, caracterizado porque la dureza Vickers de la capa de óxido de titanio dopado con carbono, es 300 o superior.

3. Material multifuncional según la reivindicación 2, caracterizado porque la dureza Vickers de la capa de óxido de titanio dopado con carbono, es 1.000 o superior.

4. Material multifuncional según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material multifuncional está constituido por la capa de óxido de titanio dopado con carbono como la capa de superficie, y un material de núcleo, y siendo el material de núcleo titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio u óxido de titanio.

5. Material multifuncional según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el material multifuncional está constituido por la capa de óxido de titanio dopado con carbono, como capa de superficie, una capa intermedia y un material de núcleo, siendo la capa intermedia titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, o un óxido de titanio, y estando el material de núcleo constituido por un material distinto del titanio, una aleación de titanio y del óxido de titanio.

6. Material multifuncional según la reivindicación 1, 4 ó 5, caracterizado porque el material multifuncional es pulverulento.

7. Material multifuncional según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la capa de óxido de titanio dopado con carbono contiene un componente de aleación de titanio.

8. Material multifuncional según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, 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-6Zr4,5Sn, Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-15Mo-5Zr, o Ti-13V-11Cr-3Al.

9. Fotocatalizador que responde a la luz visible, caracterizado porque presenta por lo menos una capa de superficie que comprende una capa de óxido de titanio dopado con carbono, y porque presenta el carbono dopado en un estado de enlaces Ti-C, en el que la capa de óxido de titanio dopado con carbono contiene de 0,3 a 15% de carbono, caracterizado porque la capa de óxido de titanio dopado con carbono como capa de superficie se une mediante los enlaces Ti-C al titanio, una aleación de titanio, un óxido de aleación de titanio, u óxido de titanio como una capa por debajo de la capa de superficie.