JPH0660383B2 - 炭素皮膜及びその製造方法 - Google Patents
炭素皮膜及びその製造方法Info
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- JPH0660383B2 JPH0660383B2 JP59165648A JP16564884A JPH0660383B2 JP H0660383 B2 JPH0660383 B2 JP H0660383B2 JP 59165648 A JP59165648 A JP 59165648A JP 16564884 A JP16564884 A JP 16564884A JP H0660383 B2 JPH0660383 B2 JP H0660383B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマ溶射法によって形成される炭素皮膜
及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関するものである。
（従来例の構成とその問題点） 炭素はその結晶構造から大別すると、カーボンブラック
等に代表される無定形炭素と、層状構造の黒鉛と、四面
体共有結合結晶のダイアモンドとに分けられる。又、実
用上の形状から区別すると、バルク状炭素，薄膜状炭
素，無孔性のガラス炭素に分けられる。これ等の従来の
炭素は、例えば人工ダイアモンドのような場合、炭素材
料を高温（2,000〜3,000℃），高圧（５〜10ＧＰa）下
で結晶化させて作り、薄膜炭素の場合、炭素材料のスパ
ッタリング，ＣＶＤ等の方法で作られる。更に、昔から
知られている炭等に代表されるように、炭素含有の有機
物をむし焼き等の焼成法により炭化させて作る。
等に代表される無定形炭素と、層状構造の黒鉛と、四面
体共有結合結晶のダイアモンドとに分けられる。又、実
用上の形状から区別すると、バルク状炭素，薄膜状炭
素，無孔性のガラス炭素に分けられる。これ等の従来の
炭素は、例えば人工ダイアモンドのような場合、炭素材
料を高温（2,000〜3,000℃），高圧（５〜10ＧＰa）下
で結晶化させて作り、薄膜炭素の場合、炭素材料のスパ
ッタリング，ＣＶＤ等の方法で作られる。更に、昔から
知られている炭等に代表されるように、炭素含有の有機
物をむし焼き等の焼成法により炭化させて作る。
これ等の炭素材料を電子材料として基板，半導体，導電
体等の用途に用いる時、例えばＣＶＤ等の方法では膜の
成長に長時間を要し（ＣＶＤでダイアモンド膜を作る時
0.1μｍ／hrの膜形成速度）、実用的でない。又、導電
性皮覆材料として膜を形成する方法としては、無定形炭
素粉末，グラファイト粉末等を有機樹脂中や、水中に分
散剤によって分散させたカーボンコロイドを基材に塗布
又は吹付，乾燥する方法がよく用いられているが、基材
と膜との接着強度が非常に弱いこと、生成する炭素膜
は、バインダとカーボン粒の混合膜で、バインダの物理
的，化学的物性に膜の性質が支配されて、真の炭素材料
の特徴が発揮されない。
体等の用途に用いる時、例えばＣＶＤ等の方法では膜の
成長に長時間を要し（ＣＶＤでダイアモンド膜を作る時
0.1μｍ／hrの膜形成速度）、実用的でない。又、導電
性皮覆材料として膜を形成する方法としては、無定形炭
素粉末，グラファイト粉末等を有機樹脂中や、水中に分
散剤によって分散させたカーボンコロイドを基材に塗布
又は吹付，乾燥する方法がよく用いられているが、基材
と膜との接着強度が非常に弱いこと、生成する炭素膜
は、バインダとカーボン粒の混合膜で、バインダの物理
的，化学的物性に膜の性質が支配されて、真の炭素材料
の特徴が発揮されない。
一方、市場の用途の側からみると、近年の電子工業の発
達に伴って、黒鉛，ダイアモンドの優れた導電性，熱伝
導性，強度，耐薬品性等が種々のニーズに合致し、半導
体材料，基板材料，導電性材料，電磁遮蔽材料等の用途
にその応用が考えられてきている。しかしながら、前述
のように、このように優れた炭素の性質を生かしたまま
の皮膜の形成は難しく、現在の方法で作ると、時間と費
用の点で実用性に乏しいものになってしまう。
達に伴って、黒鉛，ダイアモンドの優れた導電性，熱伝
導性，強度，耐薬品性等が種々のニーズに合致し、半導
体材料，基板材料，導電性材料，電磁遮蔽材料等の用途
にその応用が考えられてきている。しかしながら、前述
のように、このように優れた炭素の性質を生かしたまま
の皮膜の形成は難しく、現在の方法で作ると、時間と費
用の点で実用性に乏しいものになってしまう。
第１図は、プラズマ溶射の原理を示すもので、銅製の陽
極１とタングステン製の陰極２との間に一定流速で送り
込んだアルゴンガス等の作動ガス３の中でアークを飛ば
して、作動ガス３のプラズマ炎４をつくる。そして、不
活性ガスをキャリアとした溶射材の粉末５を、プラズマ
炎４中に送給して溶解した上、基材６の表面に吹き付け
て、冷却することにより、溶射材の膜７を生成する。
極１とタングステン製の陰極２との間に一定流速で送り
込んだアルゴンガス等の作動ガス３の中でアークを飛ば
して、作動ガス３のプラズマ炎４をつくる。そして、不
活性ガスをキャリアとした溶射材の粉末５を、プラズマ
炎４中に送給して溶解した上、基材６の表面に吹き付け
て、冷却することにより、溶射材の膜７を生成する。
このようなプラズマ溶射法は、現在までに、Ｔa等の高
融点を有する金属の膜や、アルミナ，ジルコニア等の金
属酸化物の膜の形成に用いられてきた。しかしながら、
溶射作業を大気の雰囲気中で行うため、生成した膜の若
干の酸化は免れないものであった。この酸化は、既述の
Ｔaのような金属材料の膜の場合、その膜の表面が薄い
酸化膜で覆われる程度であり、膜としては強固な特徴の
あるものが得られた。ところが、炭素のように易酸化性
の材料を同じような方法で溶射すると、膜として形成さ
れる前に雰囲気酸素と反応してＣＯ2になり、気化，散
逸してしまい、成膜は困難であった。
融点を有する金属の膜や、アルミナ，ジルコニア等の金
属酸化物の膜の形成に用いられてきた。しかしながら、
溶射作業を大気の雰囲気中で行うため、生成した膜の若
干の酸化は免れないものであった。この酸化は、既述の
Ｔaのような金属材料の膜の場合、その膜の表面が薄い
酸化膜で覆われる程度であり、膜としては強固な特徴の
あるものが得られた。ところが、炭素のように易酸化性
の材料を同じような方法で溶射すると、膜として形成さ
れる前に雰囲気酸素と反応してＣＯ2になり、気化，散
逸してしまい、成膜は困難であった。
（発明の目的） 本発明は、上記のような炭素材料の優れた多くの物理
的，電気的，化学的特性を維持した炭素皮膜と、この炭
素皮膜を安価で容易に製造する方法とを提供するもので
ある。
的，電気的，化学的特性を維持した炭素皮膜と、この炭
素皮膜を安価で容易に製造する方法とを提供するもので
ある。
（発明の構成） 本発明は、減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気のプラズマ
炎中で炭素材料を溶解して、基板上に溶射し、且つ、冷
却して形成した炭素皮膜及びその製造方法に関するもの
である。
炎中で炭素材料を溶解して、基板上に溶射し、且つ、冷
却して形成した炭素皮膜及びその製造方法に関するもの
である。
（実施例の説明） 以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
第２図は、本発明に用いる雰囲気プラズマ溶射装置で、
溶射ガン10は密閉型の溶射室11（破線で図示）の中に置
かれており、溶射室11には真空ポンプ12と不活性ガスボ
ンベ13とが接続されている。溶射室11内は、ガス導入バ
ルブ14及び減圧バルブ15のバランス調整により、真空状
態（〜10-3Ｔorr）から不活性ガス雰囲気に任意に調整
される。溶射ガン10は、粉末供給装置16，粉末キャリア
ガス17，作動ガス18，制御装置19，電源20，冷却水21等
と接続されており、これらにより、コントロール，作動
されて、溶射室11内でプラズマ炎22を作り、粉末供給装
置16から供給される炭素材料の溶射膜23を基材24上に形
成する。
溶射ガン10は密閉型の溶射室11（破線で図示）の中に置
かれており、溶射室11には真空ポンプ12と不活性ガスボ
ンベ13とが接続されている。溶射室11内は、ガス導入バ
ルブ14及び減圧バルブ15のバランス調整により、真空状
態（〜10-3Ｔorr）から不活性ガス雰囲気に任意に調整
される。溶射ガン10は、粉末供給装置16，粉末キャリア
ガス17，作動ガス18，制御装置19，電源20，冷却水21等
と接続されており、これらにより、コントロール，作動
されて、溶射室11内でプラズマ炎22を作り、粉末供給装
置16から供給される炭素材料の溶射膜23を基材24上に形
成する。
この時、炭素材料として黒鉛，無定形炭素，ダイアモン
ド，ガラス状炭素等が用いられるが、これ等の炭素材料
は粉末状，繊維状の何れのものでも使用でき、又、他の
金属材料，金属酸化物材料と混合して用いてもよい。
ド，ガラス状炭素等が用いられるが、これ等の炭素材料
は粉末状，繊維状の何れのものでも使用でき、又、他の
金属材料，金属酸化物材料と混合して用いてもよい。
更に、作動ガスとしてＡr，Ｈe，Ｎ2，Ｈ2等が用いられ
るが、Ｎ2，Ｈ2は容量当たりのエネルギーが大きく取れ
る。
るが、Ｎ2，Ｈ2は容量当たりのエネルギーが大きく取れ
る。
次に、本発明の具体的な実施例について、いくつか説明
する。
する。
〔実施例１〕 Ａｌ2Ｏ3基板（10mm×10mm×0.5mm）を第２図の雰囲気
溶射装置の基材24の位置に置き、この表面に当該装置を
用いて−100meshのグラファイト粉末をプラズマ溶射し
て、炭素皮膜を形成する。プラズマ溶射の作動ガス及び
粉末キャリアガスにはアルゴンを用いた。溶射作動時の
ガンの陽陰極間の電圧，電流はそれぞれ40Ｖ，1,000Ａ
であった。溶射室11は、溶射前に予め真空ポンプ12を用
いて10-3Ｔorrにまで減圧した後、溶射時には、室内の
圧力が10Ｔorr以下になるように雰囲気ガスバルブで制
御した。膜厚100μｍになるまで溶射を行い、基材24が
十分冷えた後、溶射膜23を大気中に取り出した。
溶射装置の基材24の位置に置き、この表面に当該装置を
用いて−100meshのグラファイト粉末をプラズマ溶射し
て、炭素皮膜を形成する。プラズマ溶射の作動ガス及び
粉末キャリアガスにはアルゴンを用いた。溶射作動時の
ガンの陽陰極間の電圧，電流はそれぞれ40Ｖ，1,000Ａ
であった。溶射室11は、溶射前に予め真空ポンプ12を用
いて10-3Ｔorrにまで減圧した後、溶射時には、室内の
圧力が10Ｔorr以下になるように雰囲気ガスバルブで制
御した。膜厚100μｍになるまで溶射を行い、基材24が
十分冷えた後、溶射膜23を大気中に取り出した。
このようにして得られた溶射膜23を次の２つの用途に用
いた。
いた。
電気二重層キャパシタ電極として得られた炭素の溶
射膜23を800℃のＮ2ガス雰囲気中で、Ｈ2Ｏガスにより
賦活して比表面積を2,000m2／gのものとした。これを第
３図に示すようにセパレータ50とゲル状電解液をセパレ
ータ50と炭素皮膜51に浸み込ませ、導電電極52，53を施
し、全体を外装樹脂56に浸した。54，55は金属リード線
である。これにより、1.8Ｖ，２Ｆの大容量コンデンサ
が得られた。
射膜23を800℃のＮ2ガス雰囲気中で、Ｈ2Ｏガスにより
賦活して比表面積を2,000m2／gのものとした。これを第
３図に示すようにセパレータ50とゲル状電解液をセパレ
ータ50と炭素皮膜51に浸み込ませ、導電電極52，53を施
し、全体を外装樹脂56に浸した。54，55は金属リード線
である。これにより、1.8Ｖ，２Ｆの大容量コンデンサ
が得られた。
得られた炭素の溶射膜23を１mmの幅に切断し、モー
タのブラシに用いた。従来のカーボンブラシに比較して
密度が２割向上しており、基材24との接着強度も大きい
ため、大幅な寿命改善とコスト低減が達成された。
タのブラシに用いた。従来のカーボンブラシに比較して
密度が２割向上しており、基材24との接着強度も大きい
ため、大幅な寿命改善とコスト低減が達成された。
〔実施例２〕 実施例１と同じ装置を用いて、ダイアモンド粉末（−10
0mesh）をプラズマ溶射した。得られた非晶質構造の純
粋な炭素の溶射膜23（厚さ５μｍ）にＡｌをドーピング
して、半導体とした。
0mesh）をプラズマ溶射した。得られた非晶質構造の純
粋な炭素の溶射膜23（厚さ５μｍ）にＡｌをドーピング
して、半導体とした。
〔実施例３〕 実施例１で得られた炭素の溶射膜23をアルミナ基板から
剥離し、純粋な炭素皮膜を得た。この炭素皮膜は、２mm
×２mmの大きさに切断されてモータのブラシに用いられ
た。
剥離し、純粋な炭素皮膜を得た。この炭素皮膜は、２mm
×２mmの大きさに切断されてモータのブラシに用いられ
た。
〔実施例４〕 直径10μｍ，長さ２mmのＰＡＮ系炭素繊維を、第２図の
本発明装置を用いてプラズマ溶射した。作動ガス，繊維
キャリアガスには、ヘリウムとＮ2の混合ガスを用い
た。得られた厚さ20μｍの炭素膜（基板はグラファイト
板・厚さ0.5mm）を第４図に示すような電気二重層キャ
パシタに組み立てた。60はグラファイト基板、61はプラ
ズマ溶射炭素膜、62はリチウム、63はセパレータ、64は
リチウムパークロレート溶液、65はケースであり、66，
67は電極リード線である。電極炭素寸法が１cm×１cm
（0.5mm＋20μｍ）で５Ｆの容量が得らえた。
本発明装置を用いてプラズマ溶射した。作動ガス，繊維
キャリアガスには、ヘリウムとＮ2の混合ガスを用い
た。得られた厚さ20μｍの炭素膜（基板はグラファイト
板・厚さ0.5mm）を第４図に示すような電気二重層キャ
パシタに組み立てた。60はグラファイト基板、61はプラ
ズマ溶射炭素膜、62はリチウム、63はセパレータ、64は
リチウムパークロレート溶液、65はケースであり、66，
67は電極リード線である。電極炭素寸法が１cm×１cm
（0.5mm＋20μｍ）で５Ｆの容量が得らえた。
〔実施例５〕 アルミニウムのパンチングメタル70上に、活性炭粉末若
しくは繊維を溶射した。これを脱臭用フィルタに用い
た。
しくは繊維を溶射した。これを脱臭用フィルタに用い
た。
第５図は本実施例の断面図であり、アルミニウムのパン
チングメタル70上に炭素皮膜71が形成されている。
チングメタル70上に炭素皮膜71が形成されている。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、従来スパッタリ
ング，ＣＶＤ等の方法以外で生成の困難であった炭素膜
が任意の形状の基板の表面に容易に、しかも短時間で形
成される。皮膜の密度，電気伝導，熱伝導特性にも優
れ、基板材料，半導体材料，電極材料等の電子工業分野
での多くの新しい応用が期待でき、その価値は非常に大
きい。
ング，ＣＶＤ等の方法以外で生成の困難であった炭素膜
が任意の形状の基板の表面に容易に、しかも短時間で形
成される。皮膜の密度，電気伝導，熱伝導特性にも優
れ、基板材料，半導体材料，電極材料等の電子工業分野
での多くの新しい応用が期待でき、その価値は非常に大
きい。
第１図はプラズマ溶射の原理を示す図、第２図は本発明
に用いる雰囲気制御プラズマ溶射装置の一例を示す図、
第３図乃至第５図は本発明により得られた炭素皮膜の種
々の応用実施例を示す図である。 １……陽極、２……陰極、３……作動ガス、４……プラ
ズマ炎、５……溶射材の粉末、６……基材、７……溶射
材の膜、10……溶射ガン、11……溶射室、12……真空ポ
ンプ、13……不活性ガスボンベ、14……ガス導入バル
ブ、15……減圧バルブ、16……粉末供給装置、17……粉
末キャリアガス、18……作動ガス、19……制御装置、20
……電源、21……冷却水、22……プラズマ炎、23……溶
射膜、24……基材、50……セパレータ、51……炭素皮
膜、52，53……導電電極、54，55……金属リード線、60
……グラファイト基板、62……リチウム、63……セパレ
ータ、64……リチウムパークロレート溶液、65……ケー
ス、66，67……電極リード線、70……アルミニウムパン
チングメタル、71……炭素皮膜。
に用いる雰囲気制御プラズマ溶射装置の一例を示す図、
第３図乃至第５図は本発明により得られた炭素皮膜の種
々の応用実施例を示す図である。 １……陽極、２……陰極、３……作動ガス、４……プラ
ズマ炎、５……溶射材の粉末、６……基材、７……溶射
材の膜、10……溶射ガン、11……溶射室、12……真空ポ
ンプ、13……不活性ガスボンベ、14……ガス導入バル
ブ、15……減圧バルブ、16……粉末供給装置、17……粉
末キャリアガス、18……作動ガス、19……制御装置、20
……電源、21……冷却水、22……プラズマ炎、23……溶
射膜、24……基材、50……セパレータ、51……炭素皮
膜、52，53……導電電極、54，55……金属リード線、60
……グラファイト基板、62……リチウム、63……セパレ
ータ、64……リチウムパークロレート溶液、65……ケー
ス、66，67……電極リード線、70……アルミニウムパン
チングメタル、71……炭素皮膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 正樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 棚橋 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−126961（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気のプラズ
マ炎中で炭素材料を溶解して、基板上に溶射し、且つ、
冷却して形成したことを特徴とする炭素皮膜。 - 【請求項２】前記不活性ガスは、Ｎ2，Ａrの何れか１つ
以上であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の炭素皮膜。 - 【請求項３】前記プラズマ炎は、Ａr，Ｎ2，Ｈe，Ｈ2の
何れか１つ以上のガスのプラズマ炎であることを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の炭素皮膜。 - 【請求項４】前記減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気は、
前記基板を中に入れた密閉室内でプラズマ溶射して生成
したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
炭素皮膜。 - 【請求項５】前記炭素材料は、粒状の黒鉛，グラシーカ
ーボン，ダイアモンド，無定形炭素，活性炭の内の何れ
かであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
載の炭素皮膜。 - 【請求項６】前記炭素材料は、繊維状の黒鉛，グラシー
カーボン，ダイアモンド，無定形炭素，活性炭の内の何
れかであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の炭素皮膜。 - 【請求項７】粒状若しくは繊維状の炭素材料を、減圧雰
囲気又は不活性ガス雰囲気のプラズマ炎中で溶解して、
溶射することを特徴とする炭素皮膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59165648A JPH0660383B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 炭素皮膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59165648A JPH0660383B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 炭素皮膜及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6144169A JPS6144169A (ja) | 1986-03-03 |
| JPH0660383B2 true JPH0660383B2 (ja) | 1994-08-10 |
Family
ID=15816352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59165648A Expired - Lifetime JPH0660383B2 (ja) | 1984-08-09 | 1984-08-09 | 炭素皮膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660383B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2207878A1 (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-20 | Qqc, Inc. | Glassy carbon coatings having water repellant and corrosion-, erosion-, and wear-resistant characteristics |
| JP4400141B2 (ja) * | 2003-08-13 | 2010-01-20 | 株式会社Ｉｈｉ | 電荷供給デバイスの製造方法 |
| CN110112013B (zh) * | 2019-05-28 | 2021-04-16 | 北京工业大学 | 一种碳微纳球结构及超级电容器的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57126961A (en) * | 1981-01-28 | 1982-08-06 | Hitachi Ltd | Plasma flame spray coating method |
-
1984
- 1984-08-09 JP JP59165648A patent/JPH0660383B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6144169A (ja) | 1986-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |