專利名稱：：制造多功能材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及制造多功能材料的方法。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及制造多功能材料的方法，該多功能材料甚至可容易地吸收揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，具有大的表面積并因此表現(xiàn)出高的光催化活性，其具有高的涂層硬度，并表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、耐剝離性和耐磨性。
背景技術(shù)：
：迄今為止，已知二氧化鈦(Ti02)(在本說明書和權(quán)利要求書中簡單地稱為"氧化鈦，，)為表現(xiàn)出光催化功能的物質(zhì)。自二十世紀(jì)七十年代起，就嘗試在金屬鈦的表面上形成氧化鈦薄膜。已知的氧化鈦薄膜形成方法包括通過陽極化在金屬鈦的表面上形成氧化鈦薄膜的方法；在被供給氧氣的電爐中在金屬鈦板的表面上熱形成氣化鈦薄膜的方法；和在U00-1400。C的城市煤氣燃燒火焰中加熱金屬鈦板從而在金屬鈦板的表面上形成氧化鈦薄膜的方法(見非專利文獻(xiàn)l)。為了產(chǎn)生利用其光催化功能而表現(xiàn)出除臭、抗菌、防霧或防污作用的光催化產(chǎn)品，通常通過噴涂、旋涂、浸涂或類似技術(shù)用氣化鈦溶膠涂敷基體，從而形成薄膜(參見例如專利文獻(xiàn)卜3)。但是，形成的涂膜可能會發(fā)生剝離或磨損，因此這樣制造的產(chǎn)品難以長期使用。同時(shí)，還知道通過'減射形成光催化涂層的方法(參見例如專利文獻(xiàn)4-5)。還知道，當(dāng)將通過任何工藝(例如CVD或PVD)產(chǎn)生的晶核放在時(shí)，或當(dāng)將溶膠涂布到晶核上然后固化和熱處理以借此由晶核生長氧化鈦晶體時(shí)，這樣生長的氧化鈦晶體是柱狀的，并表現(xiàn)出高的光催化活性(見例如專利文獻(xiàn)6-8)。但是，在這種情況下，柱狀晶體只由置于基體上的晶種生長，因此這樣生長的柱狀晶體對基體的結(jié)合強(qiáng)度不足。因此，這樣制造的光催化劑在耐久性(例如耐磨性)方面不能令人滿意。專利文獻(xiàn)1專利文獻(xiàn)2專利文獻(xiàn)3日本特開平09-241038號公報(bào)日本特開平09-262481號公報(bào)日本特開平10-053437號公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開平11-012720號公報(bào)專利文獻(xiàn)5:日本特開平2001-205105號公報(bào)專利文獻(xiàn)6:日本特開平2002-253975號公報(bào)專利文獻(xiàn)7:日本特開平2002-370027號公報(bào)專利文獻(xiàn)8:日本特開平2002-370034號公報(bào)非專利文獻(xiàn)1:A.Fujishima等人，J.Electrochem.Soc.Vol.l22，No.11,1487-1489頁，1975年11月
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的一個(gè)目的是提供制造多功能材料的方法，該多功能材料表現(xiàn)出高光催化活性，甚至可容易地吸收VOCs,其具有高的涂層硬度，并表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、耐剝離性和耐磨性。解決問題的手段為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究。結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)通過將任何所需燃料的燃燒火焰直接施加到基體表面在特定條件下熱處理至少其表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體時(shí)，或當(dāng)在特定條件下在含氧氣氛中熱處理基體表面時(shí)，在表面層的內(nèi)部形成具有氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱的層(下文中這種層可被稱為"林立微柱形成的層")；當(dāng)與表面層平行地切割林立微柱形成的層時(shí)，產(chǎn)生了包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上；這樣產(chǎn)生的兩種材料都為有用的多功能材料?；谶@些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明提供一種制造多功能材料的方法，該方法特征在于包括通過將燃燒火焰直接施加到基體表面上熱處理至少表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體，使得表面層的溫度升高到600。C或更高，或在含氧氣氛中熱處理基體表面使得表面層的溫度升高到600。C或更高，借此使在表面層的內(nèi)部形成由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層；和隨后通過施加例如熱應(yīng)力、剪切應(yīng)力或拉力與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氣化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。本發(fā)明還提供了一種制造多功能材料的方法，該方法特征在于包括通過將燃燒火焰直接施加到基體表面上熱處理至少表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體使得表面層的溫度升高到600'C或更高，或在含氣氣氛中熱處理基體表面使得表面層的溫度升高到600。C或更高，借此在表面層的內(nèi)部形成由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層；和隨后通過施加由于基體表面和背面之間的溫度差引起的熱應(yīng)力與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。發(fā)明效果本發(fā)明的制造方法產(chǎn)生以下多功能材料包括基體和由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層的材料，微柱露出在基體的至少一部分上；和包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。這些材料中的每一種都表現(xiàn)出高的光催化活性，甚至可容易地吸收VOCs，具有高的涂層硬度，并表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、耐剝離性和耐磨性.圖1是實(shí)施例1中得到的多功能材料的顯微照片。圖2為顯示從與薄膜表面相對的側(cè)觀察的小片材料3的薄膜表面狀態(tài)的顯微照片，在薄膜表面上具有氧化鈦形成的大量連續(xù)白色小寬度突起，林立微柱在突起上被露出。圖3為從薄膜上具有氧化鈦形成的大量連續(xù)白色小寬度突起的側(cè)觀察的小片材料3的表面狀態(tài)的顯微照片，微柱在突起上被露出。[圖4]圖4為顯示由白色氣化鈦林立微柱形成的層2的狀態(tài)的顯微照片。圖5為顯示已除去林立微柱形成的層2的鈦板表面1的狀態(tài)的顯微照片。圖6為顯示由白色氧化鈦林立微柱形成的層的狀態(tài)的顯微照片，所述層構(gòu)成實(shí)施例5中得到的材料，其中由林立微柱形成的層露出在鈦板表面的大部分上。圖7為顯示試驗(yàn)例4(防污試驗(yàn))中得到的結(jié)果的圖，[圖8]圖8為顯示試驗(yàn)例5(晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合特性)中得到的結(jié)果的圖。圖9為顯示實(shí)施例8中被加熱120秒的試樣的SEM顯微照片。圖10為顯示實(shí)施例8中被加熱180秒的試樣的SEM顯微照片。圖11為顯示實(shí)施例8中被加熱480秒的試樣的SEM顯微照片。具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的制造方法中使用的至少表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體可完全由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成?；蛘?，基體可包括由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的表面部形成層，和由不同于這些鈦材料的材料形成的芯材。對用于形成表現(xiàn)出光催化活性的最終產(chǎn)品的基體形狀沒有特殊限制，基體可具有任何形狀(例如平板狀、立體狀)。在至少表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氣化物形成的基體包括由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氣化物形成的表面部形成層和由不同于這些鈦材料的材料形成的芯材的情況下，表面部形成層的厚度(量)可等于由氣化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層的厚度(即表面部形成層整個(gè)用作氣化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層)，或可大于由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的厚度(即表面部形成層的一部分(在厚度方向上)用作林立微柱形成的層，剩余部分未發(fā)生任何變化)。對芯材的材料沒有特殊限制，只要該材料在本發(fā)明的制造方法的熱處理過程中不燃燒、熔化或變形即可。芯材可由例如鐵、鐵合金、非鐵合金、玻璃或陶瓷材料形成.這種包括薄膜狀表面層和芯材的基體可通過例如以下方法來制備通過濺射、氣相沉積、噴涂或類似技術(shù)在芯材表面上形成鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物涂層的方法，或通過噴涂、旋涂或浸涂施加市售氧化鈦溶膠到芯材表面上以借此在芯材表面上形成涂層的方法。這樣形成的表面層的厚度優(yōu)選為0.5jam或0.5fxm以上，更優(yōu)選為4>im或4(xm以上。在本發(fā)明的制造方法中，對使用的鈦合金沒有特殊限制，可使用各種已知的鈦合金?？墒褂玫拟伜辖鸬睦影═i-6A1-4V、Ti-6A1-6V-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-lNb-0.3Si、Ti-8A1-脇-lV、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-醒o-5Zr-3Al、Ti-15Mo-5Zr和Ti-13V畫UCr-3Al。本發(fā)明的制造方法使用燃燒火焰或高溫含氧氣氛。燃燒火焰可來源于例如固體燃料、氫或主要包含烴的氣體。本文使用的術(shù)語"主要包含烴的氣體"是指包含50vol.。/?；蚋嗟臒N的氣體；例如，包含50vol.。/o或更多的天然氣、LPG、烴(例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯或乙炔)或它們的適當(dāng)氣體混合物，并包含例如適量的空氣、氫或氣的氣體。對含氧氣氛的成分(除氧外)沒有特殊限制，只要?dú)夥瞻瑲饧纯?。氣氛可為例如通過上述燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣、上迷燃料的未燃燒氣體或不包含上述燃料的氣體。在本發(fā)明的制造方法中，當(dāng)被熱處理的基體的表面層由鈦或鈦合金形成時(shí)，需要用于氧化表面層的氧，使用的燃燒火焰或燃燒廢氣必須包含氧化表面層所需量的空氣或氣。在本發(fā)明的制造方法中，通過將燃燒火焰直接施加到基體表面上在高溫下熱處理具有由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氣化物形成的表面層的基體；或在含氣氣氛中在高溫下熱處理該基體表面?？衫美缛?xì)鈬娮爝M(jìn)行熱處理，或可在爐中進(jìn)行.必須調(diào)整熱處理的溫度和時(shí)間，使得在由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的表面層內(nèi)部形成由氣化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層；和隨后通過施加例如熱應(yīng)力、剪切應(yīng)力或拉力與表面層平行地切割林立微柱形成的層，以借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。優(yōu)選地，在600-1500'C下熱處理超過200秒，或在高于1500。C的溫度下進(jìn)行。更優(yōu)選地，在600-1500'C下熱處理超過400秒，或在高于1500'C的溫度下進(jìn)行。在上述條件下的熱處理形成中間體，所述中間體包括林立微柱形成的層(層高度約1-約20nm，微柱的平均直徑約0.2-約3pm)和位于該層上并具有約0.1-約10pm厚度的薄膜。然后，通過施加例如熱應(yīng)力、剪切應(yīng)力或拉力與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，以借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化上的薄膜整個(gè);被從層上剝離，或一部分不1&被剝離并保留在層上)一，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。當(dāng)通過施加熱應(yīng)力與表面層平行地切割林立微柱形成的層時(shí)，例如，基體的表面和背面中的任何一個(gè)被冷卻或加熱，以使這些表面之間產(chǎn)生溫度差。在這種情況下，通過例如使上迷熱中間體的表面或背面接觸冷物體(例如不銹鋼塊)或吹冷空氣(環(huán)境溫度的空氣)到上述熱中間體的表面或背面上來進(jìn)行冷卻。當(dāng)熱中間體被放置冷卻時(shí)，也產(chǎn)生熱應(yīng)力，^旦應(yīng)力小。當(dāng)通過施加剪切應(yīng)力與表面層平行地切割林立微柱形成的層時(shí)，例如，以相反的方向施加摩擦力到上迷中間體的表面和背面上。當(dāng)通過施加拉力與表面層平行地切割林立微柱形成的層時(shí)，例如，利用例如真空抽吸墊以垂直于表面的相反方向施加拉力到上述中間體的表面和背面上。在只從整體分離氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層被露出在基體至少一部分上的材料的情況下，可通過研磨、濺射或類似技術(shù)除去上述中間體的一部分，該部分對應(yīng)于包括薄膜、位于薄膜上并由氧化鈦或鈦合金氣化物形成的大量連續(xù)小寬度突起和露出在突起上的林立微柱的材料。在這樣得到的材料中，由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層露出在基體的至少一部分上，由林立微柱形成的層的高度隨與表面層平行地切割林立微柱形成的層的微柱高度變化。但是，由林立微柱形成的層的高度為約1-約2(Him，微柱的平均直徑為約0.5-約3pm。這種材料為多功能材料，其可容易地吸收VOCs，其具有大的表面積并因此表現(xiàn)出高的光催化活性，其具有高的涂層硬度，并且其表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、耐剝離性和耐磨性。同時(shí)，上面得到的包括薄膜、位于薄膜上并由氣化鈦或鈦合金氧化物形成的大量連續(xù)小寬度突起和露出在突起上的林立微柱的材料為小片狀，每個(gè)小片上的突起具有約2-約12pm的高度。微柱高度隨與表面層平行地切割林立微柱形成的層所在的微柱高度變化，但通常，微柱高度為約l-約5pm，微柱的平均直徑為約0.2-約0.5pm。但是，在與表面層平行地切割林立微柱形成的層的一些條件下，實(shí)際上大量連續(xù)小寬度突起上可能不存在微柱，并且突起可能露出。而且，這種材料可吸收VOCs，具有大的表面積，并因此表現(xiàn)出高的光催化活性?？芍苯邮褂眠@種材料，或在使用前粉碎。這樣粉碎的產(chǎn)品也能容易地吸收VOCs。具有大的表面積，并因此表現(xiàn)出高的光催化活性。在本發(fā)明的制造方法中，通過控制熱處理?xiàng)l件(溫度和處理時(shí)間)，氧化鈦或鈦合金氣化物的微柱、大量連續(xù)小寬度突起或位于突起上的林立微柱可被摻雜碳，并且碳摻雜量可被調(diào)節(jié)。在摻雜碳的情況下，例如，使用主要包含烴的氣體作為產(chǎn)生燃燒火焰或燃燒廢氣的燃料。含烴氣體優(yōu)選包含30體積％或更多的不飽和烴。更優(yōu)選地，含烴氣體包含50體積％或更多的乙炔。最優(yōu)選地，含烴氣體包含100%的乙炔。當(dāng)使用不飽和烴(尤其是具有碳-碳三鍵的乙炔)時(shí)，在烴的燃燒過程中，通過這類不飽和鍵尤其在還原火焰中的分解形成中間碳自由基。這樣形成的碳自由基表現(xiàn)出強(qiáng)活性，易引起碳摻雜，并且這樣摻雜的碳以Ti-C鍵形式被包含。因此，當(dāng)氧化鈦或鈦合金氧化物形成的微柱、大量連續(xù)小寬度突起或位于突起上的微柱被摻雜碳時(shí)，這些微柱或突起表現(xiàn)出增強(qiáng)的硬度，因此得到的多功能材料表現(xiàn)出提高的機(jī)械性能(例如涂層硬度和耐磨性)，以及提高的耐熱性和耐腐蝕性，當(dāng)氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層、大量連續(xù)小寬度突起和位于突起上的微柱被碳摻雜時(shí)，得到的材料能響應(yīng)波長為400nm或以上的可見光(更不用說uv射線)，作為光催化刑特別有效。也就是說，材料可用作可見光響應(yīng)光催化劑，即使在室內(nèi)也表現(xiàn)出光催化功能(更不用說室外)。在基體上由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層中，該層通過本發(fā)明的制造方法形成，如圖1、4和6的顯微照片所顯示，每個(gè)微柱為例如棱柱狀、圓柱狀、棱錐狀、圓錐狀、倒棱錐狀或倒圓錐狀。例如，每個(gè)微柱在垂直或傾斜于基體表面的方向上直向延伸，以彎折或彎曲形式延伸，以分支形式延伸，或以它們的組合形式延伸。微柱的整體形狀可用各種表現(xiàn)形式來表示，包括霜狀晶體形式、起毛的地毯形式、珊瑚形式、柱廓形式和積木組合得到的柱狀等。微柱的寬度、高度、底部尺寸等隨例如熱處理?xiàng)l件變化。在包括薄膜、位于薄膜上并由氣化鈦或鈦合金氧化物形成的大量連續(xù)小寬度突起和露出在突起上的林立微柱的材料中，該材料通過本發(fā)明的制造方法形成，如圖3的顯微照片顯示，大量連續(xù)小寬度突起具有核桃殼外側(cè)的外觀或浮石外觀，每個(gè)連續(xù)小寬度突起都具有彎曲皺折樣或皺紋樣圖案的外觀。露出在突起上的微柱形狀與構(gòu)成位于基體上的層的微柱的形狀相同。但是，由于大多數(shù)微柱在微柱和薄膜之間的結(jié)合部分處被切割，通常，露出在突起上的微柱的密度小于構(gòu)成位于基體上的層的微柱的密度。實(shí)施例下面將參考實(shí)施例和比較例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。實(shí)施例1-5用表l中所示燃料的燃燒火焰在表l中所示的表面層溫度下將鈦板(厚度0.3mm)表面熱處理表1中所示的時(shí)間。然后，當(dāng)使受到燃燒火焰的表面與不銹鋼塊(厚度30mm)的平表面接觸冷卻所述板時(shí)，得到的產(chǎn)品被分離成包括鈦板和由氧化鈦的白色林立微柱形成的層的材料，層露出在鈦板表面的大部分上；和小片材料，每個(gè)都包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)白色小寬度突起和形成在突起上的林立微柱，其中突起和微柱由氧化鈦形成并露出在薄膜上。具體地說，通過在熱處理后冷卻，與表面層平行地切割由通過熱處理在鈦板表面層內(nèi)部形成的氧化鈦林立微柱形成的層。因此，得到實(shí)施例1-5的多功能材料。圖1為實(shí)施例1中得到的多功能材料的顯微照片。圖1顯示了這樣一種狀態(tài)，其中由氧化鈦的白色林立微柱形成的層2露出在鈦板表面1上；和小片材料3保留在層2的一部分上，小片材料3包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)白色小寬度突起和形成在突起上的林立微柱，其中突起和微柱由氧化鈦形成并露出在薄膜上。在通過本發(fā)明的制造方法制造多功能材料的情況下，這種鈦板表面通常不被露出；即圖l的顯微照片顯示了其中由林立微柱形成的層2的一部分從鈦板表面1被除去的狀態(tài)。圖2為顯示從與薄膜表面相對的側(cè)觀察的小片材料3的薄膜表面狀態(tài)的顯微照片，薄膜表面上具有氧化鈦形成的大量連續(xù)白色小寬度突起，微柱在突起上被露出。圖3為從薄膜上具有氣化鈦形成的大量連續(xù)白色小寬度突起的側(cè)觀察的小片材料3的表面狀態(tài)的顯微照片，微柱在突起上被露出。圖4為顯示由白色氧化鈦林立微柱形成的層2的狀態(tài)的顯微照片。圖5為顯示已除去林立微柱形成的層2的鈦板表面1的狀態(tài)的顯微照片。圖6為顯示由白色氣化鈦林立微柱形成的層的狀態(tài)的顯微照片，層構(gòu)成實(shí)施例5中得到的材料，其中由林立微柱形成的層露出在鈦板表面的主要部分上。實(shí)施例6用表1中所示燃料的燃燒火焰在表1中所示的表面層溫度下將Ti-6A1-4V合金片(厚度0.3mm)表面熱處理表1中所示的時(shí)間。然后，當(dāng)使受到燃燒火焰的表面與不銹鋼塊(厚度30mm)的平表面接觸以冷卻板時(shí)，得到的產(chǎn)品被分離成包括鈦合金片和由鈦合金氧化物的林立微柱形成的層的材料，層露出在鈦合金片表面的大部分上；和小片材料，每個(gè)都包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱，其中突起和微柱由鈦合金氣化物形成并露出在薄膜上。實(shí)施例7通過電子束沉積在不銹鋼板(SUS316)(厚度0.3mm)上形成鈦薄膜(厚度約3pm)。用表l中所示燃料的燃燒火焰在表l中所示的表面層溫度下將薄膜表面熱處理表l中所示的時(shí)間。然后，當(dāng)使受到燃燒火焰的表面與不銹鋼塊(厚度30mm)的平表面接觸以冷卻板時(shí)，得到的產(chǎn)品被分離成包括不銹鋼板和由氣化鈦的白色林立微柱形成的層的材料，層露出在不銹鋼板表面的大部分上；和小片材料，每個(gè)都包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)白色小寬度突起和形成在突起上的林立微柱，其中突起和微柱由鈦合金氣化物形成并露出在薄膜上。比較例1通過旋涂將市售氣化鈦溶膠(STS-Ol，IshiharaSangyoKaisha，Ltd.的產(chǎn)品)涂布到鈦板(厚度0.3mm)上，然后加熱，由此在鈥板上形成表現(xiàn)出增強(qiáng)的密合性的氧化鈦涂層。試驗(yàn)例1(劃痕硬度試驗(yàn)鉛筆法)利用鉛筆(Uni1H-9H，三菱鉛筆林式會社的產(chǎn)品)按照J(rèn)ISK5600-5-4(1999)對實(shí)施例1-7中得到的每種材料(試樣)進(jìn)行鉛筆劃痕硬度試驗(yàn)，所述材料中林立微柱形成的層露出在基板表面上。在材料微柱側(cè)的表面上進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示在表l中'如表1所示，即使在使用9H鉛筆時(shí)，在所有試樣中都沒有觀察到損傷。試驗(yàn)例2(耐化學(xué)性試驗(yàn))在室溫下將實(shí)施例1-7中得到的每種材料(試樣)浸在1M硫酸水溶液或1M氫氧化鈉水溶液中1周，然后用水洗滌，干燥，所述材料中林立微柱形成的層露出在基板表面上。然后，按照與上述類似的方式對這樣處理的材料進(jìn)行鉛筆劃痕硬度試驗(yàn)。結(jié)果顯示在表l中。如表l所示，即使在使用9H鉛筆時(shí)，在所有試樣中都沒有觀察到損傷，即實(shí)施例l-7的材料表現(xiàn)出高的耐化學(xué)性。試驗(yàn)例3(耐熱性試驗(yàn))將實(shí)施例1-7中得到的每種材料(試樣)放在管狀爐中，所述材料中林立微柱形成的層露出在基板表面上；在空氣氣氛中用l小時(shí)將材料從室溫加熱到500。C;將材料在50(TC下保持2小時(shí)；再用1小時(shí)靜置冷卻到室溫。然后，按照與上迷類似的方式對這樣處理的材料進(jìn)行鉛筆劃痕硬度試驗(yàn)。結(jié)果顯示在表1中。如表1所示，即使在使用9H鉛筆時(shí)，在所有試樣中都沒有觀察到損傷，即實(shí)施例l-7的材料表現(xiàn)出高的耐熱性。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>試驗(yàn)例4(防污試驗(yàn))使用實(shí)施例4中得到的林立微柱形成的層露出在基板表面上的材料(表面積8cm"和比較例1中得到的涂敷氧化鈦的鈦板(表面積8cm"作為樣品。對每個(gè)樣品進(jìn)行除臭試驗(yàn)。具體地說，將每個(gè)樣品浸在亞甲基藍(lán)水溶液中(80mL,亞曱基藍(lán)濃度約12pmol/L)。在初始吸附對亞甲基藍(lán)濃度降低的影響開始可以忽略時(shí)，利用具有UV截止式濾波器的熒光燈(松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社)用可見光照射水溶液，利用水質(zhì)檢測裝置(DR/2400，HACH的產(chǎn)品)以規(guī)定的照射時(shí)間間隔測量亞甲基藍(lán)水溶液在660nm處的吸光度。結(jié)果顯示在圖7中。從圖7明顯看出，與比較例1中得到的涂敷氣化鈦的鈦板的情況相比，實(shí)施例4中得到的林立微柱形成的層露出在基板表面上的材料以較高的速度分解亞甲基藍(lán)，即實(shí)施例4的材料表現(xiàn)出高的抗污效果。試驗(yàn)例5(晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合特性)將由實(shí)施例3中得到的林立微柱形成的層露出在基板表面上的材料的微柱得到的樣品進(jìn)行X-射線衍射測量(XRD)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品具有金紅石型晶體結(jié)構(gòu)。利用X-射線光電子分析裝置(XPS)在以下條件下對實(shí)施例3中得到的林立微柱形成的層露出在基板表面上的材料的微柱進(jìn)行分析加速電壓10kV，把Al，Ar離子賊射2700秒。當(dāng)賊射速度為0.64A/s，其與Si02膜的相當(dāng)，深度為約173nm,XPS分析的結(jié)果顯示在圖8中。在2S4.6eV的結(jié)合能處觀察到最高峰。這個(gè)峰被認(rèn)為對應(yīng)于C-H(C)鍵，通常在Cls分析中觀察到它。在2Sl石eV的結(jié)合能處觀察到第二最高峰。Ti-C鍵的結(jié)合能為281.6eV，因此實(shí)施例3的材料的微柱被認(rèn)為以Ti-C鍵的形式摻雜碳。在微柱的不同高度水平的14個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行XPS分析，結(jié)果在所有點(diǎn)的XPS光誨中在281.6eV處或其附近觀察到與其相似的峰。實(shí)施例8使用鈦制圓板作為試樣，每個(gè)都具有32mm的直徑和0.3mm的厚度。利用乙炔的燃燒火焰加熱試樣的表面使得表面溫度保持在約1150'C。加熱第一試驗(yàn)片120秒，然后靜置冷卻。加熱第二試驗(yàn)片180秒，然后靜置冷卻。加熱第三試驗(yàn)片480秒，然后立即使經(jīng)受燃燒火焰的表面與不銹鋼塊(厚度30mm)的平表面接觸以冷卻試驗(yàn)片。通過這種冷卻，從鈦板的表面剝離薄膜，由此產(chǎn)生氧化鈦的白色林立微柱形成的層露出在鈦板表面上的材料。利用FIB-SEM裝置(SMI8400SE，SeikoInstrumentsIne,的產(chǎn)品)在這三個(gè)試驗(yàn)片每一個(gè)的表面中打出尺寸為3pmxl2^im和深度為l(Hun的孔，利用SEM裝置(VE7800，KeyenceCorporation的產(chǎn)品)觀察每個(gè)孔的側(cè)面和底面。圖9為加熱了120秒后的試驗(yàn)片的SEM顯微照片；圖10為加熱了180秒后的試驗(yàn)片的SEM顯微照片；圖11為加熱了480秒后的試樣的SEM顯微照片。如圖10所示，在加熱180秒的試驗(yàn)片中，微柱結(jié)構(gòu)開始在涂層的下部形成。因此，可以想到，進(jìn)一步進(jìn)行火焰處理使微柱延伸，可形成本發(fā)明想要的微柱結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求1.一種制造多功能材料的方法，特征在于該方法包括通過將燃燒火焰直接施加到基體表面上熱處理至少其表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體，使得表面層的溫度升高到600℃或更高，或在含氧氣氛中熱處理基體表面使得表面層的溫度升高到600℃或更高，借此在表面層的內(nèi)部形成由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層；和隨后與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。2.—種制造多功能材料的方法，特征在于該方法包括通過將燃燒火焰直接施加到基體表面上熱處理至少其表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體，使得表面層的溫度升高到600'C或更高，或在含氧氣氛中熱處理基體表面使得表面層的溫度升高到600'C或更的層；和隨后通過施加:基體表面和背^之間的溫度差引起的熱應(yīng)力與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造多功能材料的方法，其中至少其表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體完全由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氣化物形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造多功能材料的方法，其中至少其表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體包括由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氣化物形成的表面部形成層，和由不同于這些鈦材料的材料形成的芯材。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的制造多功能材料的方法，其中鈦合金為Ti-6A1-4V、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-10V-2Fe-3A1、Ti-7Al-4Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si、Ti-5.5A1-3.5Sn-3Zr-0.3Mo-lNb-0.3Si、Ti-8Al-lMo-lV、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-l1.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-15Mo-5Zr或Ti-13V-l1Cr-3A1。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)的制造多功能材料的方法，其中在600-1500。C下熱處理超過400秒，或在高于150(TC的溫度下進(jìn)行。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)的制造多功能材料的方法，其中氧化鈦或鈦合金氧化物的微柱被摻雜碳。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)的制造多功能材料的方法，其包括分離和收集包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。全文摘要提供制造多功能材料的方法，該多功能材料表現(xiàn)出高的光催化活性，甚至可容易地吸收VOCs，具有高的涂層硬度，并表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性、耐腐蝕性、耐剝離性和耐磨性。該方法包括通過施加燃燒火焰到基體表面上熱處理表面層由鈦、氧化鈦、鈦合金或鈦合金氧化物形成的基體使得表面層的溫度升高到600℃或更高，或在含氧氣氛中熱處理基體表面使得表面層的溫度升高到600℃或更高，借此在表面層的內(nèi)部形成由氧化鈦或鈦合金氧化物的林立微柱形成的層；和隨后與表面層平行地切割由林立微柱形成的層，借此產(chǎn)生包括基體和在基體的至少一部分上露出的由氧化鈦或鈦合金氧化物形成的林立微柱形成的層的材料，以及包括薄膜、位于薄膜上的大量連續(xù)小寬度突起和形成在突起上的林立微柱的材料，其中突起和微柱由氧化鈦或鈦合金氧化物形成并露出在薄膜上。文檔編號C22F1/18GK101171357SQ200680013829公開日2008年4月30日申請日期2006年2月16日優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日發(fā)明者古谷正裕申請人:財(cái)團(tuán)法人電力中央研究所