JPS5997599A - 黒鉛繊維を製造する方法 - 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】 本発明は天然ガスを熱分解することによって黒鉛繊維全
製造する方法に関する。一層詳しくは、本発明は鉄ベー
ス合金の濃厚酸イヒした表面上で黒鉛，繊維を成長させ
て単位面積めたシの製造繊維の歩留シ全改善することに
関する。

合成プラスチックその他の複合材料の充填剤として使用
するに適した細くてまっすぐ゛な黒鉛繊維を製造する方
法は公知でるる（　ｆｌＪえばカナダ国特許第１１４２
７３４号）。この公知の方法の好ましい実施例では、湿
潤した水素で囲んだ薄肉のステンレス鋼チューフ゛を〕
出して天然ガスを流し、それを加熱して天然力′ス内の
メタンを熱分解する。最初は、なんら繊維の成長は観察
されない。この間に、天然ガスが鋼全浸炭させ、その後
の熱分解に影響を与えて繊維の成長を生じさせると考え
ら扛チューブ内面を生じさせる。周囲のガス力）らチュ
ーブを通って水素が拡散し、これ力；この表面の形成を
促進すると考えられる。いずれにしても、数時間後には
、下流を向いたチューブ内面に黒鉛繊維が成長する。こ
れら黒鉛繊維はその長さが数センチメートルとなるまで
迅速に成長し、その後、主として半径方向に成長する。

繊維の直径が約５ないし１５ミクロンとなるまで分解は
続く。この方法では、天然ガス、ステンレス鋼および湿
潤水素が高温での繊維の成長の際に協働し、それぞれが
重要な役割を果すと考えられる。

本発明の目的汀、炭化水素ガスの熱分解によって黒鉛繊
維を製造する改良した方法を提供することにある。一層
詳しくは、本発明の目的は、天然ガス熱分解によって黒
鉛繊維を成長させる上記の方法において、成長表面の面
積あたりの生成黒鉛繊維の数を増大させ、全繊維歩留シ
および工程効率を潜在的に高め、最終的には繊維のコス
ト全低減するという改善を行うことにある。本発明の別
の目的は、なんら特殊なガス、たとえば、上記従来方法
における湿潤水素ガスによる間接的な接触を必要としな
いステンレス鋼に隣接しての天然ガス熱分解によって豊
富に黒鉛繊維を成長させ得る方法を提供することにある
。

本発明による黒鉛繊維製造方法では、主として酸化鉄全
含有し天然酸化物層よりも厚い酸化物層（ｏｘｉｄｅ　
Ｉａｙｅｒ　）全最初に有する鉄ベース金属表面全高温
において黒鉛線維を成長させるに適した条件の下で炭素
先駆物質を含有するガスと接触させることによって前記
表面に黒鉛繊維全成長させる。

本発明のまた別の目的は、黒鉛繊維全成長させ得る鉄ベ
ース合金の表面を準備する予処理を行い、との予処理で
単位面積あたりの生成歩留シを向上させることにある。

この予処理は、鉄ベース表面の選定区域、たとえば、黒
鉛繊維を容易に収穫できる区域を準備するのに特に適す
る。

本発明のさらに特殊な目的は、成る部分で天然ガスを熱
分解させることによって形成した先、駆物質から別の部
分で黒鉛繊維全生成する２部分酸鉄・クロム合金熱分解
表面全提供することにある。黒鉛繊維成長部分は、始め
から、比較的量の多い、主として酸化鉄を担持しておシ
、繊維成長の核を与えて単位面積あたシ本数の多い繊維
を生成する多くの場所全形成する。この２部分式表面は
、湿潤水素ガスを使用する上記従来方法のような天然ガ
ス熱分解方法で使用できるが、篤くべきことには、湿潤
水素その他の特殊なガスを合金と接触させることなく豊
富に繊維を成長させることができる。

発明の、概要 本発明の好ましい実施例では、黒鉛繊維は細長い薄肉ス
テンレス鋼チューブを通って流れる天然ガスを熱的罠分
解させることによって成長する。天然ガスは内壁面の上
流表面、下流表面を順次流れる。本発明によれば、下流
表面上に豊富に黒鉛繊維が成長する。上流表面は、最初
、空気にさらされているステンレス鋼上に通常見出され
るような酸化物のみを担持しておシ、との酸化物は主と
してクロム酸化物からなる薄い保護膜である。対称的に
、下流の繊維成長表面は比較的厚い、主として鉄の酸化
物を始めから担持している。

チューブを湿潤水素ガスで囲むと好ましい。

天然ガスがチューブの内面全種いながら流れるにつれて
、それは９２５℃よシ高い温度まで加熱されてその中の
メタンが分解する。最初は、繊維の成長は親察されない
。しかしながら、流れ全持続しながら加熱して数時間金
経ると、多数の繊維が下流表面から成長してくる。繊維
は長さ方向に急速に成長し、その後に主として半径方向
に成長する。これらの繊維が所望直径まで太くなるまで
十分な時間をかけて高温ガスを流し続ける。濃厚な酸化
物を始めから持っている表面を用いた場合、そうでない
場合と比べて単位面積めたシの繊維の数は２０倍となる
ことがわかっている。

特定の論理に限定するつもシはないが、上流の酸化物表
面と下流の濃厚酸化物表面が繊維の成長に重要な役割を
持っていると考えられる。成長が始まる前の初期には、
上流表面が浸炭され、その結果生じた表面（酸化物誘導
クロムカーバイドを含む可能性がある）がその後のメタ
ン分解を触媒して繊維を成長させるための炭質先駆物質
を生成するものであろう。同時に、下流表面が還元さ扛
、繊維成長の核となる多くの場所を提供するのであろう
。これら表面を状態調整した後、サブミクロンの小球を
形成すると考えられる先駆物質が上流表面からガス流に
載って運ばれ、下流表面に堆積し、そこで、小球が核付
与場所と相互作用し、繊維が成長すると考えられる。

チューブ外面と湿潤水素ガスとの接触は繊維の成長を促
進するので好ましい。水素は壁を通して拡散し、表傭を
きれいに保ち、酸化物を還元する助けとなろう。しかし
ながら、本発明の、俺＜べき特徴は、なんら特殊な外側
のガスが存在しなくても（たとえば、チューブを空気で
囲んでいる場合でも）、濃厚酸化表面で豊富に繊維が成
長するということでるる。

下流表面上の比較的厚い酸化物は、好ましくは、空気に
さらしながらこの表面全加熱して鋼を酸素と反応させる
ことによって生成される。天然ガスを流し始める前に、
チューブ全空気中に開放しなから（この下流表面の反対
側の外壁面に溶接用トーチ全適用する。トーチによる加
熱は局部的であるから、下流表面は酸化しても、上流表
面はなんら害を受けない。さらに、局部的な加熱は下流
表面全体のうちの選択された区域のみを処理するのに留
まる。たとえば、繊維を収集しやすい表面にのみ限定す
ることができる。こうすることにより、濃厚酸化物が豊
富な繊維の成長のある場所となる。

以下、添付図面全参照しながら本発明ヲ一層詳しく説明
する。

第１．２図全参照して、ここに示す好ましい実施例では
、黒鉛繊維は円筒形の鋼チューブ１０内で成長する。こ
のチューブは、本発明に従って高密度の繊維が成長する
点描の環状区域１２を有する。チューブ１０は天然ガス
全搬送する中央通路１４を有し、この通路は区域１２０
表面とこの区域１２から上流に位置する表面１８とによ
って部分的に画成されている。チューブ１０の外面２０
は区域１２の表面２２を含む。チューブ１０は、好まし
くは、約１８から２０重量パーセントのクロムと、８か
ら１０重量パーセントのニッケルと、約０．５から２．
０重量パーセントのマンガンと帆０８最大重量パーセン
トのカーボンと、約１・０重量パーセントのシリコンと
、残部の鉄および不純物とからなるタイプ３０４ステン
レス鋼で作っであると好ましい。外径１．２５Ｇｍ、、
壁厚約０，８ｆＭｎである。全長は約７５儂であるが、
この実施例では、約２０ｃｍ長さの中間部のみが繊維を
成長させるに有効な温度まで加熱される。

繊維を成長させるに先立って、チューブ゛１０の金属の
帯を予め処理して区域１２ｆｆ：′ｊ杉成する。最初、
普通に市販されている管類の性質と同様に、チューブの
形状、組成および冶金学的な性質（表面の外観および性
質を含む）は実質的に均一である。表面は、タイプ３０
４ステンレス鋼全空気にさらしたときに自然に生じる種
類の酸化物で保護されている。

区域１２全形成すべく、通路１４を空気中に開放しなが
らタングステン不？占性ガス溶接トーチを使用して外面
２２全局部的にカロ熱する。

溶接トーチは不活性電極のまオクシの保護ア／Ｌゴンガ
スシールドを包含踵この電極とチュー　フトノＭ　Ｋ　
生ＬｊｉｃＮ気７−　／７　（ｅｌｅｃｔｒｃａｒｃ）
によって加熱を行う。チューブ゛のマノフリｆｆ１−回
だけトーチで加熱する。電気アークは全穿孔溶接と同様
に隣接のステンレス鋼壁を貫いて溶融全開始させるに十
分な速度でノ司面を走査する。このとき、鋼は約１秒間
１５００℃まで加熱さ九ると考えられる。加熱で金属を
軟化させ、チューブ壁がやや内方に沈む。図では説明の
ためＫｉ張して示しである。トーチが通過した後、鋼は
冷えて再固化する。未処理ステンレス鋼（で比べて、区
域１２の金属ハ、きわだったカーバイド粒子ともっと細
かい粒子構造（ｇｒａｉｎ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ　）が
存在するというり寺徴企有する。平均粒子横断面寸法は
約１０ミクロンであって、未処理金属では５０ミクロン
である。もっと重要なのは、空気と接触している鋼を加
熱することによって表面１６が酸化し、チューブ内壁面
に酸化帯状部を形成するということである。こうしてで
きた酸化物は、好ましくは、サブミクロンの天然酸化物
よりも実質的に厚い約５ミクロンの厚さである。不活性
ガスシールドがあるために、外面２２では余分な酸化か
比較的少ない。トーチによって直接加熱しない表面、特
に上流内面１８にはほとんど余分な酸化がな−。

予処理の後、チューブ１ｏを円筒形＋７）　７　／Ｌ。

ミナジャケット２４内に共通軸線上に組込む。

このジャケット２４の内径は約３．１ｃｎＬであシ、チ
ューブ１０よりも大きく、チューブ１ｏのまわシに湿潤
水素ガスを移送するための周囲空間２５を作る。端キャ
ップ２８．２９でチューフ薯Ｏを円筒体２４に対して密
封する。

端キャップ２９にはベローズ３ｏが設けてあって熱膨張
差を補償するようになっている。

ジャケット２４は長さ約４２．５Ｃ／ｎであり、チュー
ブの中間部（区域１２および上流表面１８を含む）にわ
たって延びている。チューブ１０は端キャップ２８に、
繊維を収集するに便利なようにチューブを取外せる圧縮
フィツテング（図示せず）を介して密封取付けしである
。

チューブ１０とジャケット２４はコイル抵抗加熱要素３
４を有する絶縁炉３２内に組込む。この炉は区域１２お
よび上流内面１８を含むチューブ１０の長さ約２ｏＣＩ
ｎの部分を加熱する。

上流内面１８に隣接するチューブ１０の一端３６は弁４
０および流量計４２を介して天然ガス源３８に接続しで
ある。反対端４４は弁４８を有するガス排出管４６に接
続しである。これらの弁全開いて、チューブ１０を通る
天然ガスの流歇ヲ、炉３２によって加熱される２０ｃｍ
、長さのチューブ部分内での約６０秒間の滞留時間に相
当する約２０ＣＣ／分まで調節される。

ジャケット２４は天然ガス流入チューブ端３６に最も近
い端キャップ２８の入口５２を介して水素源５０に接続
しである。この水素源５０への接続は弁５４、水５８の
入ったバブラー５５および流量計６０を介して行われる
。弁６４を有する出口６２が反対側の端キャンプ２９を
貫いて設けである。こうして、ジャケット２４を通る水
素の流れはチューブ１０を流れる天然カスの流れと？１
ぼ同じ方向になる。ジャケット２４を通る水素流は約２
００ＣＣｌ分に調節する。バブラー５６はほぼ室温に維
持され、実質的に水素に水を含ませる。

炉３２を加熱する前に、チューブ１０およびジャケット
２４を全体的にそれぞれ天然ガスと湿潤水素ガスで洗浄
する。排出弁４８．６４を開いてこれらのガスが大気圧
に近い値とする。次に、炉３２を作動させてチューブ１
０およびガスを約９７０℃まで加熱する。

これらの条件の下に、数時間までは繊維の成長はなく、
その後、チューブ１０の内面、特に表面１６からほぼ下
流を向いた表面に対して鋭角で繊維６６が成長して立上
ってくる。

非常に薄い繊維は急速に実質的疋全長まで成長し、その
後、主として直径方向に成長する。

約１６時間後、チューブ１０を外し、長手方向に切断し
て生成繊維を観察する。最初に酸比させてない表面にも
若干の繊維が成長しているが、単位面積あ′ｆｃ、！ｌ
）の生成繊維の密度は表面１６よシも約２０倍も大きい
。

表面１６上で成長した繊維は未処理の表面で成長した繊
維と実質的に同様の外観、性質を持つ。これらの繊維は
ほぼまっすぐであシ、断面円筒形であり、非常に固くて
非常に細い鉛筆の芯に似ている。繊維の長さは１センチ
メートル未満から約１２センチメートルまである。しか
しながら、繊維の直径はかなり均一であって、たとえば
、１０ないし１５ミクロンの範囲にある。電子顕微鏡で
の観察では、繊維の横断面はリング状あるいけらせん状
である。すなわち、黒鉛の基礎面が慎状またはらせん状
である。これを渦巻状横断面と呼ぶが、これはピッチ分
解から作った市販の黒鉛繊維に見出される半径方向の基
礎面の向きとはまったく異なる。成る代表的なバッチ分
の繊維のヤング率を、Ｉｎ５ｔｒｏｎ引張試験機を用い
て測定したところ０．８　Ｘ　１０”　ないし３．８Ｘ
ＩＯ”パスカルの範囲であった。もつと細い繊維は一般
にもつと高いヤング率を持つ。

これらの繊維は充填剤として用いるのに良く適している
。

繊維成長のメカニズムは完全に理解できないが、２種類
のステンレス鋼表面との天然ガスとの相互作用全上記の
実施例では用いている。第１種の表面は特に酸化させｒ
１空−気にさらされているステンレス鋼上に通常生じる
酸化物のみを担持している。これは天然ステンレス鋼表
面と呼ぶが、第１図では上流表面１８かそれである。第
２種の表面はステンレス鋼を予処理してその上に比較的
濃厚な酸化物を生成させることによって形成され、第１
図では表面１６がそれである。また、これらの表面と天
然ガスとの相互作用は２段階にわたって行う。すなわち
、表面全状態調整する第１段階と繊維が成長する第２段
階とである。

第２段１昔は２つの工程を含む。まず、天然ガスは状態
調節した天然ステンレス＃４に隣接したところで熱分解
する。この反応の生成物が次に下流に流れ、状態調節し
た予酸化表面で繊ａを成長させる。上流表面１８を覆う
などして状態調節した天然ステンレス鋼に天然ガスを接
触させる工程を除いた場合、濃Ｊ厚に予酸比された表面
で成長した繊維は比較的少ない。

一層詳しく言えば、タイプ３０４のステンレス鋼は、通
常、薄い保護酸化膜を担持している。この酸化物は空気
に裸のステンレス鋼が露出したとき（たとえば、チュー
フ゛製迭中）に自然に生じ、一般に受は入れたままの状
態の原料に典型的て見出される。＃ｆヒ物は主としてク
ロム醒化物であり、はｌ”ｊ：、　１００ないし１００
０オングストロームの厚さを持つ。ひとたび生じれば、
この酸ｆヒ物は、通常であれば、鋼のそれ以上の酸化を
抑え、鋼にステンレスとしての性質を与える。

しかしながら、高温で天然カスと接触すると、ステンレ
ス鋼と薄い酸化膜妙ユ浸炭して表面Ｍ？Ｃ，の配合（Ｍ
は金属、Ｃはカーボン）全特徴とする金属カーバイドを
生成する。Ｍはクロムと鉄の組合わせであってもよく、
十分なりロムが存在していて鉄のみではＦｅ５Ｃ全形成
する傾向全抑えてＭ７Ｃ３種を生成する。

少なくとも０１重量ノ＜−セントのクロム、好ましくは
１重量パーセントよりも多いクロムを含有する合金が所
望の表面種（５ｕｒｆａｃｅｓｐｅｃｉｅｒ　）　ｆｃ
影形成ると考えられる。

このＭ７Ｃ３種がその後の天然力゛ス分解を触媒して炭
質小球（ｃａｒｂＯｎａｃｅｏｕｓ　ｇｌｏｂｕｌｅｓ
　）（ｉ７生成すると考えられる。これらの／４％球は
直径０．３ミクロン程度の炭化度の高い球体でろり、＋
繊維成長の直前とその最中にガス流ｒＥに見出される。

実験では、第１図の装置を改造して繊維成長中にチュー
ブ１０内を観察できるように石英窓を作った。高温では
、チューブ゛は赤熱して内部を照らした。最初、天然ガ
ス流はきれいに見えた。し７かしながら、数時間後、ガ
スは曇り、小球の存在全示した。その後すぐに、繊維の
成長が観察された。小球を生成しなかった実験では繊維
はまったく見出されなかった。これらの小球が繊維を成
長させる先駆物質としてのカーボンを供給していると考
えられる。

本発明による繊維成長表面は、始めから、天然酸化物よ
りも実質的に厚い酸化物層を担持している。状態調整段
階中に、多数のサブミクロン金属粒子を含む炭質層が生
じる。これらの微細粒子は繊維成長の核を与えると考え
られる。これらの粒子は酸化過程で鋼の破砕によって生
成してもよい。天然ガスによる濃厚酸化物の還元シるい
は浸炭で粒子が生じ得る。ジャケットから鋼壁を通って
拡散する水素は酸化物と還元するのを助は得る。粒子が
生じたならば、それは核として作用し、完全には理解で
きない要領でガス流からの小球と反応して繊維を生成す
ると考えられる。予酸比表面上に生じた豊富な繊維は多
数の金属核をそこに形成するのに貢献し、同じような天
然酸化物表面におけるよシも実質的に多い。

いかなる理由にしろ、天然ガス分解の開始前にステンレ
ス鋼表面全酸化させると、単位面積めたシの生成繊維の
本数が実質的に多くなることがわかった。別の実験では
、第１図のチューブ１００代りに溶接トーチで同様に加
熱したステンレス鋼チューブ全使用したが、チューブを
貫く通路に不活性のアルゴンガスを入れて内面がまった
く酸化しないようにした。この酸化させず、加熱した表
面では単位面積めたシに成長した繊維の数にはなんら改
善は見出されなかった。一般的に言って、表面酸化物が
約１ミクロン厚さである場合に繊維の成長が進むと考え
られる。好ましい酸化物は約５ミクロンの厚きである。

酸化物はひび割れが生じるほど厚くない方が好ましい。

常温で、天然酸化物はその下のステンレス調音それ以上
酸化させるのを防ぐ。しかしながら、溶接トーチによる
ような高温では、天然酸化物はその保護能力を失い、そ
の下のステンレス鋼は酸化される。空気中で加熱さｎた
タイプ３０４ステンレス鋼上に形成された酸化物の電子
プローブ分析では、その金属成分が約２重量パーセント
の鉄と、約７重量パーセントのクロムと、約２重量パー
セントのシリコンと、約２重量パーセントのマンガンと
、微量のニッケルとを含むことがわかった。こうして、
天然クロム酸化物薄膜と比べて、もつと厚い酸化物は実
質的て多い酸化鉄を含有する。

繊維成長に先立って表面を酸化させることによって得ら
れる繊維生成率の改善はステンレス鋼表面に限らない。

別の実施例では、Ａｌ５Ｉ−８Ａｌｉ：タイプ１０１０
軟鋼チユーブ全空気と接触させながら加熱して濃厚に酸
化させて比較的厚く、主として鉄酸化物の層を形成する
。この軟鋼チューブの端金タイプ３０４ステンレス鋼チ
ューブの端に溶接して連続した内孔部を持つようにした
。溶接チューブを第１図のチューブの代シに使用し、軟
鋼、ステンレス鋼の溶接部隣接部を炉高温区域内に置き
、まずステンレス鋼部分を通して天然ガスを流した。チ
ューブは湿潤水素ガスで囲み、約９７０℃まで加熱した
。約１１時間後、予酸比された軟鋼表面で繊維が成長し
た。逆に、始めから濃厚酸化させなかった同様の軟鋼表
面には数本の繊維が成長しただけである。理論通シに、
微細粒子が繊維に核を与えるように反応するならば、軟
鋼から出た粒子が主として鉄であることが予想さ汎、こ
れはステンレス鋼から出た粒子にも当てはまる。

上記実施例では、チューブ１０は湿潤水素ガスを流すこ
とによって囲んでいる。成る程度の水素は鋼に溶解し、
壁を通って拡散する。

天然ガス流と接触しながらチューブ内面に到達した水素
は、たとえば、酸化物を還元あるいは破砕することによ
って表面を状態調整する際に助けとなり得る。また、天
然ガス熱分解から引出した成る程度のカーボンは鋼を通
して拡散し、恐らくは水を伴なった酸化反応によってジ
ャケットガスに抽出する。このカーボンの移行はきれい
な反応表面を維持する助けとなる。こうして、繊維成長
過程はジャケット内の湿潤水素ガスによって向上すると
考えられる。しかしながら、湿潤水素ガスが存在しなく
ても予酸化表面上に豊富に繊維が成長する。別の実施例
では、第１図の装置を改造してジャケット２４および湿
潤水素ガスを除き、チューブを空気で囲んだ。このチュ
ーブをまず溶接トーチで上述のように処理して内面、す
なわち表面１６を濃厚に酸化させた。チューブ全通して
天然ガス金離し、チューブおよびガスを約９７０℃まで
加熱した。

豊富な繊維が処理表面で成長するが、未処理表面ではあ
ったとしてもほんの少しの繊維が成長しただけである。

こうして、濃厚予酸化表面は、湿潤水素との接触を必要
とせずに繊維成長を促すものとなっておシ、これは好ま
しい。

上記実施例では、チューブ内面の酸化はチューブ外面に
溶接用トーチを適用して行なっている。この外面をアル
ゴンガスシールドで保護するのが好ましいが、外面全酸
化させても繊維の成長には有意な影響がない。表面を酸
化させるには他にも適当な技術がある。たとえば、前記
表面全空気をさらしながら繊維成長表面に直接溶接トー
チの火炎を適用して繊維の歩留シを改善することができ
る。熱影響区域か壁に侵入してそこを貫いて初期溶融を
生じさせなくても改善は行われることがわかった。トー
チの加熱は局部的に表面を処理するのに便利であるが、
他の加熱手段、たとえば、炉でも適当な酸化物を生成で
きる。　了空気にさらしながらチューブ断片を溶接する
のに利用したタイプ３０４ステンレス鋼のすみ肉でも豊
富に繊維が成長する。別の実施例では、タイプ３０４ス
テンレス鋼すみ肉を使用して２本のステンレス鋼チュー
ブ断片の間にクロム無し鉄チューブを溶接することによ
ってチューブを作った。溶接は空気中で行ったが、チュ
ーブ表面は予処理せず、濃厚酸化物を生成しなかった。

この溶接チューブを第１図のチューブ１００代シに使用
し、それを炉の高温区域に置いた。チューブを通して流
した天然ガスは中間の鉄チューブに達する前にステンレ
ス鋼断片を通って流れた。連続的に天然ガスを流しなが
ら数時間にわたって加熱したところ、豊富な繊維がすみ
向上で成長するのに対し、鉄の、すなわち残シのステン
レス鋼表面には、もしあるとすればまばらな繊維が成長
しただけである。鉄断片の、上流側のステンレス鋼断片
とは反対の端に位置するすみ肉に見出される繊維は、成
長表面から隔たった先駆物質形成表面で成長し得ること
を示している。

」二記の実施例では、チューブ内面で繊維が成長したが
、本発明の方法は非管状の表面で繊維全成長させるのに
も適している。たとえば、ステンレス鋼チューブ内で天
然ガス流に浮かせた酸化鉄ストリップでも豊富に繊維は
成長し得る。また、本発明は比較的小さい面積、たとえ
ば、第１図のチューブを巡るただ１本の帯状部の表面で
の繊維の歩留りを向上させるものとして説明してきたが
、もつと大きい表面積を覆う酸化物を使用して一層多く
の繊維を提供することもできる。よシ大きい成長表面は
天然ガス体積めたシの繊維の収量に基づく工程効率を改
善する。本方済の主利点は、選定表面を酸化させて繊維
の成長を改善することである。たとえば、チューブのま
わシにただ１本の帯を巡らせる代シに、らせん状あるい
は長手方向のストリップ全トーチ加熱によって形成する
ことも容易にできる。

これは、繊維を収集しやすい表面１２化させるのに特に
有用である。こうして、繊維成長基体を濃厚酸化させ、
それを先駆物質形成表面の下流で天然ガス流内に置くこ
とができる。

繊維が成長した後、この基体は先駆物質表面と干渉させ
ることなく収集のためにカス流から取出すことができる
。

上記実施例では、繊維は天然ガスから成長するのが好ま
しい。天然ガスが好ましいのは、それが比較的豊富で安
価であシ、高歩留シの繊維を生産することができるから
である−好ましい天然ガスは、体積あたり、０．５最大
パーセントの窒素、０．６最大パーセントの酸化水素と
４．０最大パーセントのエタンと、１．１最大パーセン
トの高級炭化水素と、残部メタンとを含有する。このガ
スは、Ａｉｒｃｏ　、　Ｉｎｃ、からメタン等級１．３
で示されるものを瓶の形態で買える。都市天然ガスも良
好な繊維を生産するのに使用できるが、これは１，２パ
ーセントの窒素、０．７パーセントの全酸素と、１．９
パーセントのエタンと０．６パーセントの水素と、０．
５パーセントの高級炭化水素と、残部メタンだけを用い
たときよ勺も実質的に多くの繊維。を生成する。これは
、恐らくは、一般に天然ガスに含まれる不純物と考えら
れている酸化炭素、エタンその他の炭化水素の存在によ
って成長が促進されるためである。また、天然ガスの熱
分解は好ましくは９２５℃から１０７５℃、もつと好ま
しくは９７０℃から１０００℃の間で行われるが、１１
５０℃あるいはそれ以上の温度まででも繊維は成長でき
る。

本発明はいくつ小の実施例に関連して説明してきたが、
本発明を上記の説明に限定するつもりはなく、特許請求
の範囲内でのみ限定されることは了解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維を成長させるために、本発明に従って予酸
化させた区域を有する黒鉛繊維成長装置の概略横断面図
である。 第２図は第１図の装置の繊維成長区域を示す拡大図であ
る。 く主要部分の符号の説明〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｊ　黒鉛省ＭＩ（ｌ−製造する方法であって、最初に天
   然酸化物層よ勺も厚く、主として酸化鉄を含有している
   酸化物層全方する鉄ベース金属表面を、高温において前
   記黒鉛繊維を成長されるに適した条件の下に炭質先駆ｌ
   吻質全含有する気体と接触させることによシ前記表面に
   黒鉛繊維を成長させることを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、鉄ベー
   ス金属を酸化させて前記の比較的厚い、主として酸化鉄
   層を形成し、この酸化物層を核として使用して前記炭質
   光５駆物質から黒鉛繊維全生成させることを特徴とする
   方法。 ３　％許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、メタンを含むガス流が上流区域と下流表面とを包
   含する流路を流れ、前記上流区域において、前記メタン
   を熱分解して前記炭質先駆物質全形成するに有効な温度
   で前記ガス流ケクロムへ−スＭ７Ｃ３カーバイドにさら
   し、前記下流表面において、前記酸化物層を処理してそ
   こで黒鉛繊維の成長を行わせるのに有効な表面を形成す
   るに適した高温で前記ガス流を前記の厚い、主として酸
   化鉄層にさらし、前記炭質先駆物質を処腫済みの下流表
   面上に堆積させてそこに前記黒鉛繊維を形成することを
   特徴とする方法。 ４　特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、形成された前記黒鉛繊維が渦巻状の横断面金持ち
   、直径５から１００ミクロン、長さ数センチメートルま
   でであり、また、主としてメタンガスを含有するカス流
   を、最初に、周囲温度で空気にさらされた時に自然に生
   じる種類の比較的薄い酸化物層を始めから含有するクロ
   ム含有鉄ベース合金の表面上に流し、その後、空気にさ
   らしながら前記合金を加熱することによって形成した前
   記比較的厚い、主として酸化鉄全始めから担持している
   前記表面上に流し、この流れ全中断せずに、高温で、前
   記下流表面上に前記黒鉛繊維を成長させるに十分な時間
   にわたって前記ガス流および前記表面を加熱することに
   ％徴とする方法。 ５　特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、形成された前記黒鉛繊維が渦巻横断面を持ち、直
   径５からｉｏｏミクロン、長さ数センチメートルまでで
   あシ、また、クロム含有鉄ベース合金で形成してあり、
   周囲空気にさらされたときに自然に生じる種類の比較的
   薄い酸化物層ケ始めから担持している上流表面と、前記
   鉄ベース金属で形成してあシ、１ミクロンよシも厚い主
   として酸化鉄の層を始めから担持している下流表面とを
   有する流路上に主としてメタンガスを含むガス流を流し
   、該ガス流全これら表面と接触させながら加熱して前記
   上流表面を浸炭させて、メタン熱分解で触媒として作用
   して炭質小球を形成するに適したクロム含有Ｍ７Ｃ，カ
   ーバイドを該上流表面に生成しかつ前記小球から繊維の
   成長を核形成するに適した金属粒子全前記下流表面に生
   成し、前記ガス流を前記上流表面のところに炭質小球を
   生じさせるに十分な時間にわたって流し続けると共に加
   熱し、これらの炭質小球がガス流に入って前記下流表面
   まで運ばれ、この下流表面上の金属粒子と相互作用して
   黒鉛繊維を成長させること′ｆ！：特徴とする方法。 ６　特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、形成された前記黒鉛繊維が渦巻状横断面を持ち、
   直径５ないし１００ミクロン、長さ数センチメートルま
   でであシ、また、少なくとも１重量パーセントのクロム
   を含有するステンス鋼壁の一側上に天然ガスを流し、こ
   のガス流が順次に上流表面から下流表面上に流れるよう
   にし、前記上流表面がほぼ室温で空気にさらされたステ
   ンレス鋼上に自然に生じる種類の比較的薄い酸化物層全
   始めから担持しており、前記下流表面が空気中でステン
   レス鋼全加熱することによって形成された５ミクロンの
   オーダーの厚さを持つ比較的厚（ρ醒化物層全始めから
   担持しており、前記天然ガス内のメタンを熱分解するに
   十分な温度で前記壁およびガス流を加熱し、前記下流表
   面上で黒鉛繊維を成長させるに十分な時間にわたって前
   記加熱およびガスの流れを持続させることに％徴とする
   方法。 ７　特許請求の範囲第６項記載の方法において、前記ス
   テンレス鋼の、前記−側の前記上流、下流表面とは反対
   の側を番ヨ中ネを水を含有する水素ガスと接触させ、前
   記壁およびガスを９７０℃とし１０００℃との間の温度
   まで加熱することを特徴とする方法