JPH0529702B2 - - Google Patents
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- JPH0529702B2 JPH0529702B2 JP61285535A JP28553586A JPH0529702B2 JP H0529702 B2 JPH0529702 B2 JP H0529702B2 JP 61285535 A JP61285535 A JP 61285535A JP 28553586 A JP28553586 A JP 28553586A JP H0529702 B2 JPH0529702 B2 JP H0529702B2
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭素を主成分とし、繊維状の表面に
筒状に設けられた材料(ここではそれらを総称し
て単に炭素という)に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a material containing carbon as a main component and provided in a cylindrical shape on a fibrous surface (herein, they are collectively referred to simply as carbon).
本発明は、かかる炭素が光学的エネルギバンド
巾2.0eV以上特に2.6〜4.5eVを有し、かつ筒状構
造を有する繊維状であつて、その筒が30μ以下の
厚さを有することを目的としている。 The present invention aims to provide such carbon having an optical energy band width of 2.0 eV or more, particularly 2.6 to 4.5 eV, and a fibrous structure having a cylindrical structure, the cylindrical having a thickness of 30 μ or less. There is.
従来炭素とはグラフアイトの如き導電性の炭素
を考えられていた。炭素の単結晶はダイヤモンド
が知られ、これは硬度、絶縁物中最大の熱伝導係
数を有する等の多くの特性が知られていた。この
ダンヤモンドは、超高圧超高温においてのみ初め
て合成され、それ以外の炭素はグラフアイト的な
硬度的にもろい不良導体であつた。 Conventionally, carbon was thought to be conductive carbon such as graphite. Diamond is a well-known single crystal of carbon, and diamond is known to have many properties such as hardness and the highest thermal conductivity coefficient among insulators. This Dunyamond was first synthesized only under ultra-high pressure and ultra-high temperature, and other carbons were poor conductors with graphite-like hardness and brittleness.
しかし本発明はプラズマ気相法を用いるとこの
炭素が光学的エネルギバンドギヤツプ巾2.6〜
4.5eVを有する絶縁性を有し、しかもその合成温
度が650℃以下、特に200〜400℃であるというき
わめて工業上重要な特性を有していることが判明
した。本発明は、この炭素を繊維状を有する芯の
表面に筒状に形成し、さらにこれら炭素繊維をプ
ラスチツク等と混合して強化有機物を得んとする
ものである。 However, in the present invention, when the plasma vapor phase method is used, this carbon has an optical energy band gap width of 2.6 to 2.6.
It has been found that it has very industrially important properties: it has an insulating property of 4.5 eV, and its synthesis temperature is below 650°C, particularly between 200 and 400°C. The present invention aims to obtain a reinforcing organic substance by forming this carbon into a cylindrical shape on the surface of a fibrous core, and then mixing these carbon fibers with plastic or the like.
本発明においては、炭素繊維はその中心部にナ
イロン、テトロン等の有機物からなる繊維の芯を
有し、その表面部または表面上に反応した炭素を
筒状に被膜化して形成したものである。 In the present invention, the carbon fiber has a fiber core made of an organic substance such as nylon or tetron in its center, and is formed by forming a cylindrical coating of reacted carbon on the surface or surface of the fiber core.
この筒状というのは、中心部は繊維またはその
単に炭化したものであるが、表面は筒状に30μ以
下の厚さを有し、きわめて硬度の高い、即ち光学
的に2.0eV以上特に2.6〜4.5eVのエネルギバンド
巾を有するあたかもダイヤモンドの如き硬さを有
する被膜が筒状を有して設けられ、そのためまげ
強度等に対し強靭な特性を有している。 This cylindrical shape has a central part made of fibers or simply carbonized fibers, but a cylindrical surface with a thickness of less than 30μ and an extremely high hardness, that is, optically more than 2.0eV, especially 2.6~ The coating has a cylindrical shape and has an energy band width of 4.5 eV and has a hardness similar to that of diamond, and therefore has strong properties against bending strength and the like.
以下に図面に従つて本発明を記す。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明に用いたプラズマCVD(気相
法)装置の概要を示す。 FIG. 1 shows an outline of a plasma CVD (vapor phase method) apparatus used in the present invention.
図面において反応炉1は誘導または容量方式に
より電磁エネルギ2が与えられている。さらに炭
化水素であるアセチレン8より流量計5を経て励
起室に至る。この反応性気体は水素よりなり、キ
ヤリアガス7により希釈され、ともに2.45GHzの
マイクロ波の電磁エネルギ3が与えられて活性化
または分解する。この活性化または分解した反応
性気体は、直流、高周波またはマイクロ波、代表
的には13.56MHzの電磁エネルギ2によりさらに
結合を促進され、微粉末の核の重合化し、または
加熱され繊維状芯12の表面に被膜状に形成され
る。この芯はロール10より9に到り、その間に
この表面に炭素被膜が形成され、さらにその厚さ
を厚くするため、逆にロール9より10に再度ま
きもどされ、これを繰り返して厚さが厚くなる。 In the drawing, a reactor 1 is provided with electromagnetic energy 2 by means of induction or capacitance. Furthermore, the acetylene 8, which is a hydrocarbon, passes through a flow meter 5 and reaches an excitation chamber. This reactive gas is composed of hydrogen, diluted by carrier gas 7, and both activated or decomposed by applying microwave electromagnetic energy 3 of 2.45 GHz. This activated or decomposed reactive gas is further bonded by direct current, radio frequency or microwave, typically 13.56 MHz electromagnetic energy 2 to polymerize the finely powdered core or heated to form a fibrous core 12. Formed in the form of a film on the surface of This core is rolled from roll 10 to roll 9, during which a carbon film is formed on its surface, and in order to further increase its thickness, it is rolled again from roll 9 to roll 10, and this process is repeated until the thickness is increased. It gets thicker.
またこの繊維は1本ではなく、100〜104本が同
時にそれぞれが1〜10mmの間隔を経て反応空間内
に配置され、その実効的な表面積を増やして炭素
の吸収効率を向上させた。 Moreover, instead of one fiber, 100 to 104 fibers were placed in the reaction space at the same time, each with a spacing of 1 to 10 mm, increasing the effective surface area and improving the carbon absorption efficiency.
この反応性気体および芯である繊維は、ヒータ
14および15により150〜650℃に加熱され反応
が促進される。反応後の不要物は排気11を経て
ロータリーポンプ11に至る。これは反応中に
0.001〜10torr代表的には0.1〜0.5torrの雰囲気を
反応性気体に与えるためにきわめて重要である。 This reactive gas and the core fiber are heated to 150 to 650°C by heaters 14 and 15 to accelerate the reaction. Unwanted substances after the reaction reach the rotary pump 11 via the exhaust 11. This is during the reaction
It is critical to provide an atmosphere of 0.001 to 10 torr, typically 0.1 to 0.5 torr, to the reactive gas.
励起室4には50〜5000W代表的には200〜500W
でマイクロ波が導かれ、C−H結合の水素の切断
に有効であつた。さらに活性化した炭素に運動エ
ネルギを与え、互いに衝突させ結合させるのに、
13.56MHzの周波数の電磁エネルギ100〜300Wを
2により与えることは大きい光学的バンド巾
(Egという)を作るために重要であつた。 50-5000W for excitation chamber 4, typically 200-500W
Microwaves were introduced and were effective in cleaving hydrogen in C-H bonds. Furthermore, in order to give kinetic energy to the activated carbon and cause them to collide with each other and bond,
Providing 100-300 W of electromagnetic energy at a frequency of 13.56 MHz was important to create a large optical bandwidth (termed Eg).
形成された炭素は単に熱分解するのみではEg
は0.1〜1.5eVであり、またその場合は硬度も十分
ではなかつた。さらに電磁エネルギ3,2を与え
ると、2.6〜4.5eV代表的には3.0〜3.5eVとなり、
この場合はビツカース硬度も4500〜5500Kg/mm以
上というすぐれた値を有していた。また熱伝導度
も5.0(W/cmdeg)という高い値を有していた。 If the carbon formed is simply thermally decomposed, Eg
was 0.1 to 1.5 eV, and in that case, the hardness was also not sufficient. Furthermore, when electromagnetic energy 3.2 is given, it becomes 2.6 to 4.5 eV, typically 3.0 to 3.5 eV,
In this case, the Vickers hardness also had an excellent value of 4500 to 5500 Kg/mm or more. It also had a high thermal conductivity of 5.0 (W/cmdeg).
炭素を繊維状を有する芯の表面に作る時、その
芯の太さは任意に変更可能であるが、実質的には
その直径は300μ(0.3mm)以下であり、特にその表
面が30μ以下、代表的には10〜100μの繊維表面に
30μ以下、例えば1〜10μの厚さの炭素(この場
合その芯も成分としては炭素となるが、その光学
的バンド巾Egは平均値において2eVよりも少な
いため表面の厚さのみを考慮する)はちようど竹
のように内部が空心状になり、結果としてきわめ
て軽くかつまげ強度に強い繊維状構造を作ること
ができた。 When carbon is made on the surface of a fibrous core, the thickness of the core can be changed arbitrarily, but the actual diameter is 300μ (0.3mm) or less, and especially when the surface is 30μ or less, Typically on the fiber surface of 10-100μ
Carbon with a thickness of 30μ or less, for example 1 to 10μ (in this case, the core will also be carbon as a component, but since its optical band width Eg is less than 2eV on average, only the surface thickness is considered) The interior is hollow, similar to that of honeydew bamboo, and the result is a fibrous structure that is both extremely light and strong.
もちろんこの繊維状構造はこの芯を直接プラズ
マ中にて炭化してその表面に0.1〜5μの厚さに硬
度の強い本発明の炭素を形成してもよい。 Of course, this fibrous structure may be formed by directly carbonizing the core in plasma to form the highly hard carbon of the present invention in a thickness of 0.1 to 5 μm on its surface.
かかる炭素繊維を一般のプラスチツクに混入し
複合化した。かかる材料はその重さが軽いため、
航空機等に用いたり、またEgが2.0eV以上、特に
2.6eV以上さらに3.5eV以上有する場合は、強化
ガラスまたはその一部として用いることも可能で
あり、その応用は計り知れない。 Such carbon fibers were mixed into general plastic to form a composite. Because such materials are light in weight,
For use in aircraft, etc., and for Eg of 2.0eV or more, especially
If it has 2.6 eV or more, or 3.5 eV or more, it can be used as tempered glass or a part thereof, and its applications are immeasurable.
本発明の炭素は、その原料をアセチレンまたは
エチレンの如き二重結合または二重結合を有する
炭化水素材料を主として用いているため、低い電
気エネルギでも結合を作ることができる。しかし
もし、補助のマイクロ波を1KW以上与えるとプ
ロパンガスからも作ることが可能である。これは
使用原料が安価であり、また必要なエネルギが高
温を必要としない等きわめて多くの工業的応用を
産むことができる。 Since the carbon of the present invention mainly uses a double bond or a hydrocarbon material having a double bond, such as acetylene or ethylene, as its raw material, bonds can be created even with low electrical energy. However, if you provide an auxiliary microwave of 1KW or more, it is possible to make it from propane gas. This has many industrial applications because the raw materials used are inexpensive and the energy required does not require high temperatures.
本発明において、主として形成された炭素は電
磁エネルギを弱く加える場合、非晶質(アモルフ
アス)構造を示していた。しかし電磁エネルギの
出力を500W以上にすると、5〜200Åの大きさの
微結晶性を有する構造となつた。この微結晶構造
の方が強度はさらに強くなつた。 In the present invention, the carbon mainly formed exhibited an amorphous structure when electromagnetic energy was weakly applied. However, when the electromagnetic energy output was increased to 500 W or more, a microcrystalline structure with a size of 5 to 200 Å was obtained. This microcrystalline structure was even stronger.
以上において炭素を主成分として記したが、こ
の中には水素が0.01〜10モル%含まれており、さ
らに価、価または価の不純物を3モル%以
下の量含有させて、平均的には2.6〜4.5eVを有し
つつもPまたはN型の導電型を与えてもよい。 In the above, carbon is described as the main component, but it contains 0.01 to 10 mol% of hydrogen, and further contains 3 mol% or less of impurities of valence, valence, or valence, and on average It is also possible to provide P or N type conductivity while having 2.6 to 4.5 eV.
本発明は被形成面がない場合、または糸状のも
のを基体とした。しかし板状その他を用いること
により機械的強度を補強する保護膜として用いる
ことができるというまでもない。 In the present invention, there is no surface to be formed, or a thread-like material is used as the substrate. However, it goes without saying that by using a plate shape or the like, it can be used as a protective film for reinforcing mechanical strength.
本発明における芯は有機物の繊維を用いた。し
かしこの芯をガラスとし、その表面に炭素を被膜
コーテイングすると、こと炭素の屈折率が2.3〜
2.6を有するため、光通信用のSiO2フアイバーの
表面での光信号の損失を少なくすることにきわめ
て有効である。この場合、フアイバー通信ケーブ
ルとしての強度、特に引つ張り強度も強く、安価
な材料である炭素の筒状コーテイングであるため
にその工業的価値はきわめて大きなものであると
信ずる。 The core used in the present invention is an organic fiber. However, when this core is made of glass and its surface is coated with a film of carbon, the refractive index of carbon increases to 2.3~
2.6, it is extremely effective in reducing optical signal loss on the surface of SiO 2 fibers for optical communications. In this case, we believe that the industrial value of the fiber communication cable is extremely great because it is a cylindrical coating made of carbon, which is an inexpensive material that has high strength, especially tensile strength.
さらにこの繊維状を設ける芯として、銅の如き
金属、セラミツクを用いてもよく、細い金属線に
あつては、その加工強度を向上でき、また電気的
絶縁性も優れているため、耐熱性を有する導線と
して最適である。 Furthermore, metals such as copper or ceramics may be used as the core for providing this fibrous shape, and thin metal wires can improve their processing strength and have excellent electrical insulation properties, so they have excellent heat resistance. It is ideal as a conducting wire with
第1図は本発明の炭素を作製するための装置の
概要を示す。
FIG. 1 shows an outline of an apparatus for producing carbon according to the present invention.
Claims (1)
上の炭素を、繊維を芯とする材料の表面に筒状に
設けたことを特徴とする炭素がコートされた繊
維。 2 特許請求の範囲第1項において、炭素は有機
物またはその炭化した繊維、ガラス、セラミツク
細線または金属細線よりなる芯の表面に筒状に設
けられたことを特徴とする炭素がコートされた繊
維。 3 特許請求の範囲第2項において、筒状を有す
る炭素は30μ以下の厚さを有することを特徴とす
る炭素がコートされた繊維。[Scope of Claims] 1. A carbon-coated fiber characterized in that carbon having an optical energy band gap width of 2.0 eV or more is provided in a cylindrical shape on the surface of a material having a fiber as a core. 2. The carbon-coated fiber according to claim 1, characterized in that the carbon is provided in a cylindrical shape on the surface of a core made of an organic material or its carbonized fiber, glass, thin ceramic wire, or thin metal wire. 3. The carbon-coated fiber according to claim 2, wherein the carbon having a cylindrical shape has a thickness of 30μ or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61285535A JPS62182180A (en) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | Carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61285535A JPS62182180A (en) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | Carbon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62182180A JPS62182180A (en) | 1987-08-10 |
| JPH0529702B2 true JPH0529702B2 (en) | 1993-05-06 |
Family
ID=17692789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61285535A Granted JPS62182180A (en) | 1986-11-29 | 1986-11-29 | Carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62182180A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2852748B2 (en) * | 1988-06-15 | 1999-02-03 | 日本カーボン株式会社 | Method for producing silicon carbide fiber having low electric resistivity |
-
1986
- 1986-11-29 JP JP61285535A patent/JPS62182180A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62182180A (en) | 1987-08-10 |
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