JPS5849609A - 炭素およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素を主成分として粒状または繊維状の材料（
ここではそれらを総称して単に炭素という）およびその
作製方法に関する。

本発明はかかる炭素が光学的エネルギバンド中２．０’
ｅＶ以上特に２．６〜４−．５ｅＶを有し、かつその大
きさが１０μ以下の粒状または筒状構造を有する繊維状
であってその筒の厚さが３０μ以下の厚さを有すること
を目的としている。

本発明はアセチレンまたはエチレンの如き炭化水素反応
性気体をプラズマ放電雰囲気内に導入し、前記雰囲気を
１５０〜６５０°ＯＶｃ加熱することにより反応性気体
を反応せしめることにより光学的バンド中が２゜ＯｅＶ
以上好捷しくは２゜６〜４゜５θＶを有する炭素を主成
分とする粒状または繊維状の炭素を作製することを目的
とする。

従来炭素とはグラファイトの如き導電性の炭素を考えて
いた。しかし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。このダイヤモンドＶ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
ファイト的彦硬波的にもろい不良導体であった。

しかし本発明はこの炭素がプラズマ気相法を用いると光
学的エネルギバンドｄ〕が２．６〜４．５ｅＶを有する
絶縁性を有し、しかもその合成温度がｆ３５０’Ｃ以下
特に２００〜４００°Ｃで形成可能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
明はこの炭素を微粉末または繊維状に形成し、さらにこ
れら微粉末または炭素繊維をプラスチック等と混合して
杼イ（化有機物を得んとするものである。

本発明は微粉末を形成せんとする場合は、アセチレンま
たはエチレンの如き炭化水素反応性気体をプラズマ放電
雰囲気中にて反応せしめ、粉末化したものであり、平均
的には１０μ以下特維を有し、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
。

この筒状というのは、その中心部は繊維またはその単に
炭化したものであるが、その表面にはバンド中を有する
あたかもダイヤモン★−の如き硬さを有する被、膜が筒
状を有して設けられ、そのためまけ強度等に対し強じん
な特性を有している。

以下に図面に従って本発明を記す。

第１図は本発明に用いたプラズマＯＶＤ　（気相法）装
置の概要を示す。

図面において反応炉（１）は誘導または容量方式によシ
ミ磁エネルギ（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）をへて鷲−起
室に至るこの反応性気体は水素よりなり、キャリアガス
（７）により希釈され、共Ｋ　２．４５ＧＨ２のマイク
ロ波の電磁エネルギ（３）が与えられれ繊維状しんα■
の表面に被膜状に形成される。

このしんばロール（１０）より　（９）に至り、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ｆｉ（１０）Ｋ再度ま
きもどされ、これをくりかえして厚さが厚くなる。

またこの繊維は１本ではなく１００〜１０４本が同で炭
素の吸収効率を向上させた。

この反応性気体およびしんである繊維はヒータ（ロ）お
よびαリニより１５０〜６５０°Ｃに加熱され反応が促
進される。反応後の不要物は排気０］）をへてロータリ
ーポンプ０めに至る。これを反応中に０．００１”−１
０ｔ　Ｏｒ　ｒ代表的Ｋ　Ｆｉ’０．１〜０．５ｔＯｒ
ｒ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。

励起室（４）は５０〜５０００Ｗ代表的には２００〜５
００Ｗでマイクロ波が導かれＣ−Ｈ結合の水素の切断に
有効であった。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１３．５６ＭＨ２の
周波数の電磁エネルギを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ったＯ 形成された炭素は単に熱分解するのみではＥｇｌは０．
１〜１．５ｅＶであり、またその場合は硬度も十分では
なかった。さらに電磁エネルギ（３）、（２）を力える
と２．６〜４．５θ■代表的には３．０〜３．５ｅＶと
々シ、この場合はビッカース硬度も４５００〜５．。。

’ｆ’−ｇ／−・以上というすぐれた値を有していた。

また熱伝導度も５゜Ｏ（Ｗ／ｃｍ　ｄｅｇ）という高い
値を有していた。

また炭素の繊維状を作る時、そのしんの太さは任意に変
更可能であるが、実質的にはその直径３００μ（０，３
ｍｍ）であり、特にその表面が３０μ以下代表的には１
０〜１００μの繊維表面に１〜１０μの厚さの炭素（こ
の場合そのしん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２θ■よりも少ないた
め表面の厚さのみを考慮する）はちょうど竹のように内
部が空心状になり、結果としてきわめて軽いかつまけ強
度に強い繊維状構造を作ることができた。

もちろんこの繊維状構造はとのしんを直接プラズマ中に
て炭化してその表面Ｋ　Ｏ，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。

またＰｇが２．　ＯｅＶ以上特に２．６θ■以上さらに
３゜５θ■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。

また微粉末は研摩材、補強材としても使用可能である。

特に本発明の炭素は、その原料をアセチレンまたはエチ
レンを主としており、補助のマイクロ波をＩＫＷ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。

本発明においては主として形成された炭素は非晶質（ア
モルファス）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５〜２０ＯＡの大きさの微
結晶性を有するセミアモルファス構造となった。この微
結晶性の方が度はさらに強くなった。

以上において炭素を主成分として記したが、この中心は
水素が０．０１−１０モルチ含まれておシ、さらに■価
、■価、■価の不純物を３モル係以下の量含有させて、
平均的には２．６ｅＶ〜４゜５ｅＶを有しつつもＰ″！
、たけＮ型の榊、電性を与えてもよい。

また微粉末は第１図において反応炉（１）の飛しよう距
離を調整してその大きさを変更してもよく、本発明にお
いては５０〜５００Ａの直径を有しく９） 〜５ｍとすると、０．５〜５μの大きさのものを作るこ
とが可能であることはいうまでもない。

本発明は被形成面がない場合またはえ状のものを基体と
した。しかし板状その他を用いることによシ機械的強度
と補強する保護膜として用いることができることはいう
までもない。　　　゛本発明におけるしんは有機物の繊
維を用いた。

しかしこのしんをガラスとし、その表面に炭素を被膜コ
ーティングを行々うと、この炭素の屈折率が２．３〜２
．６を有するため、光通信用のＳ　ｉ　Ｏ２ファイバー
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。この場合ファイバー通信ケーブルとしての強
度特に引つばシ強度も強く、安価な材料である炭素の筒
状コ鴬）インクであるため、その工業的価値はきわめて
大きなものであると信する。

さらにこの繊維状を設けるしんとして、銅の如き金属、
セラミックを用いてもよく、細い金（１０） 導線にあってはその加工強度を向上でき、また電気的絶
縁性もすぐれているため、耐熱性を有する導線として最
適である。

【図面の簡単な説明】

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。 １ 冥１閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的エネルギバンド巾が２．６ｅＶ−４，５θ■
   を有する炭素を主成分とする粒状または繊維状を有する
   炭素。 ２、特許請求の範囲第１項において、繊維状炭素は有機
   物またはその炭化した繊維、ガラスの如きセラミック細
   線または金属細線よシなるしんの表面に筒状に設けられ
   たととを特徴とする炭素。 ３、特許請求の範囲第１項において、粒状炭素はその最
   大径がｌＯμ以下を有することを特徴とする炭素。 ４、特許請求の範囲第２項において、筒状を有する炭素
   はｖＯμ以下の厚さを有することを特徴とする炭素。 ５、　アセチレンまたはエチレンの如き炭化水素よシな
   る反応性気体をプラズマ放電雰囲気内に導入し、前記雰
   囲気を１５０〜６５０’０に加熱することによシ前記反
   応性気体を反応せしめることによ如、光学的バンド巾が
   ２゜６〜４．５ｅＶを有する炭素を主成分とする粒状ま
   たは前記雰囲気中に炭素を主成分とする繊維を設置する
   ことにょ多繊維状を有する炭素を形成することを特徴と
   する炭素の作製方法。 ６、特許請求の範囲第３項において、反応性気体はプラ
   ズマ雰囲気中を少くとも１５ｃｍ以上飛しようせしめる
   ことを特徴とする炭素の作製方法。 ７、特許請求の範囲第１項において、反応性気体は反応
   生成物を形成する位置よシ離れた位置にて活性化、分離
   または反応せしめられたことを特徴とする１′素の作製
   方法０