JP2005082442A - Method and apparatus for producing carbon having carbon allotrope, method for producing carbon formed article, and method for producing formed article comprising carbon alloy or carbon composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば炭素系スパッタリング用ターゲット材などの炭素成形体に用いられる炭素同素体を有する炭素の製造方法及び製造装置、炭素成形体の製造方法並びに炭素合金若しくは炭素複合材料からなる成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for producing carbon having a carbon allotrope used in a carbon molded body such as a carbon-based sputtering target material, a method for producing a carbon molded body, and a molded body made of a carbon alloy or a carbon composite material. Regarding the method.
上述した炭素系スパッタリング用ターゲット材などの炭素成形体に用いる炭素材料として、従来においては、木材を加熱炭化させることで製造したものが知られている。その製造方法は、釜あるいはロータリーキルンなどを用い、酸化雰囲気もしくは弱酸化雰囲気中で木材を、木質構造を損なわない程度の加熱速度で長時間にわたって炭化させることにより製造されている(例えば非特許文献1等参照)。
しかしながら、上述した従来の方法による場合には、木質構造を損なわない程度の加熱速度で炭化させるので、不純物が多いという難点があった。 However, in the case of the conventional method described above, since carbonization is performed at a heating rate that does not impair the woody structure, there is a problem that there are many impurities.
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、高品位炭素を製造することができる炭素同素体を有する炭素の製造方法及び製造装置、炭素成形体の製造方法並びに炭素合金若しくは炭素複合材料からなる成形体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and has a carbon allotrope capable of producing high-grade carbon, a carbon production method and production apparatus, a carbon molding production method, and carbon. It aims at providing the manufacturing method of the molded object which consists of an alloy or a carbon composite material.
請求項1の発明の炭素同素体を有する炭素の製造方法は、木質バイオマス原料を非酸化性ガス雰囲気下で熱分解させる加熱工程と、該加熱工程で得たガス状の熱分解物質を触媒上で炭素同素体を有する炭素物質に再合成する再合成工程とを含むことを特徴とする。 The method for producing carbon having a carbon allotrope according to the first aspect of the present invention includes a heating step of thermally decomposing a woody biomass raw material in a non-oxidizing gas atmosphere, and a gaseous pyrolytic substance obtained in the heating step on a catalyst. And a resynthesis step for resynthesis to a carbon substance having a carbon allotrope.
請求項2の発明の炭素同素体を有する炭素の製造装置は、木質バイオマス原料を非酸化性ガス雰囲気下で熱分解させる加熱手段と、該加熱手段により得られたガス状の熱分解物質を、炭素同素体を有する炭素物質に再合成する触媒を有する再合成手段とを具備することを特徴とする。 An apparatus for producing carbon having a carbon allotrope according to a second aspect of the present invention comprises a heating means for thermally decomposing a woody biomass raw material in a non-oxidizing gas atmosphere, and a gaseous pyrolytic substance obtained by the heating means, And a resynthesis means having a catalyst for resynthesis to a carbon substance having an allotrope.
請求項3の発明の炭素同素体を有する炭素の製造装置は、前記加熱手段は、両端が塞がれているとともに多数の貫通孔が形成された管状のもので、内部に木質バイオマス原料が供給されるとともに該木質バイオマス原料を非酸化性ガス雰囲気下で熱分解させる電極が両端に対向配置された熱分解管を有し、前記再合成手段は、上記熱分解管を包囲して設けられるとともに冷却される外部材を有し、該外部材の内部で熱分解管の外側に設けられた前記触媒により、上記熱分解管の貫通孔から該外部材の内部に入ったガス状の熱分解物質を、炭素同素体を有する炭素物質に再合成するように構成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a carbon production apparatus having a carbon allotrope, wherein the heating means is a tubular one in which both ends are closed and a plurality of through holes are formed, and a woody biomass raw material is supplied to the inside. And an electrode for thermally decomposing the woody biomass raw material in a non-oxidizing gas atmosphere is disposed opposite to both ends, and the resynthesis means is provided surrounding the pyrolysis tube and cooled. A gaseous pyrolytic substance entering the inside of the outer member from the through hole of the pyrolysis tube by the catalyst provided outside the pyrolysis tube inside the outer member. The carbon material having a carbon allotrope is re-synthesized into a carbon material.
請求項4の発明の炭素同素体を有する炭素の製造装置において、前記熱分解管が、チタン、タングステン、黒鉛およびニクロム線のうちの一つまたは複数からなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing carbon having a carbon allotrope, wherein the pyrolysis tube is made of one or more of titanium, tungsten, graphite and nichrome wire.
請求項5の発明の炭素同素体を有する炭素の製造装置は、前記触媒が、白金、銅、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、マンガンおよびニッケルのうちの一つまたは複数からなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing carbon having a carbon allotrope, wherein the catalyst comprises one or more of platinum, copper, iron, cobalt, chromium, molybdenum, manganese and nickel.
請求項6の発明の炭素同素体を有する炭素の製造方法は、木質バイオマス原料から単離したリグニンを用いて炭素同素体を有する炭素に再合成することを特徴とする。
The method for producing carbon having a carbon allotrope according to the invention of
請求項7の発明の炭素成形体の製造方法は、請求項1または6に記載の炭素同素体を有する炭素の製造方法により製造された炭素の粉体を焼結により一定形状に成形する炭素成形体の製造方法であって、上記粉体を型に入れて直接型への電流供給により焼結を行って成形することを特徴とする。
A method for producing a carbon molded body according to a seventh aspect of the invention is a carbon molded body in which a carbon powder produced by the method for producing carbon having a carbon allotrope according to
請求項8の発明の成形体の製造方法は、請求項1または6に記載の炭素同素体を有する炭素の製造方法により製造された炭素の粉体と、アルミニウム、アルミナ、珪素、タングステン、チタン、シリコン及びハフニュームのうちの1又は2以上の粉体とを混合して焼結し、一定形状に成形する炭素合金若しくは炭素複合材料からなる成形体の製造方法であって、上記粉体を型に入れて型への電流供給により焼結を行って成形することを特徴とする。 A method for producing a molded article according to an eighth aspect of the present invention comprises a carbon powder produced by the method for producing carbon having a carbon allotrope according to claim 1 or 6, and aluminum, alumina, silicon, tungsten, titanium, silicon And a method of producing a molded body made of a carbon alloy or a carbon composite material that is mixed and sintered with one or more powders of hafnium and molded into a certain shape, and the powder is placed in a mold It is characterized by forming by sintering by supplying electric current to the mold.
請求項1又は2の発明による場合には、木質バイオマス原料を非酸化性ガス雰囲気下で熱分解させ、そのガス状の熱分解物質を触媒上で炭素同素体を有する炭素物質に再合成するので、不純物が少ない高品位炭素を製造することができる。 In the case of the invention according to claim 1 or 2, the woody biomass raw material is pyrolyzed in a non-oxidizing gas atmosphere, and the gaseous pyrolyzed material is re-synthesized into a carbon material having a carbon allotrope on the catalyst. High quality carbon with few impurities can be produced.
請求項3の発明による場合には、熱分解管の内部に木質バイオマス原料を供給していくことで、供給された木質バイオマス原料が熱分解し、そのガス状の熱分解物質が熱分解管の貫通孔から該外部材の内部に入り、触媒により炭素同素体を有する炭素物質に再合成されるので、連続的に炭素同素体を有する炭素を製造することが可能となり、生産性が大幅に向上する。 In the case of the invention of claim 3, by supplying the woody biomass material into the pyrolysis tube, the supplied woody biomass material is pyrolyzed, and the gaseous pyrolyzate is converted into the pyrolysis tube. Since the carbon material having the carbon allotrope is re-synthesized by the catalyst into the inside of the outer member through the through hole, it becomes possible to continuously produce carbon having the carbon allotrope, and the productivity is greatly improved.
請求項4の発明による場合には、高温度にすることができ、また放電効果を発揮し易くなる。
According to the invention of
請求項5の発明による場合には、触媒を核にした炭素の結晶化が生じて、この結晶が生成条件に沿って同素体の品種を構成する一方、生成収率を大幅に向上させるという効果がある。 According to the invention of claim 5, the crystallization of carbon with the catalyst as a nucleus occurs, and this crystal constitutes an allotrope variety according to the production conditions, while the production yield is greatly improved. is there.
請求項6の発明による場合には、製造された炭素がナノサイズの粒子により微細化されるので、例えば吸水性が向上するのみならず、水素吸蔵性などの特性、或いは分子篩に適用可能化などの特性が現れる。
In the case of the invention of
請求項7の発明による場合には、高品位の炭素成形体の製造が可能となる。 According to the invention of claim 7, it is possible to produce a high-quality carbon molded body.
請求項8の発明による場合には、非常に硬質である炭素合金又は炭素複合材料からなる成形体を得ることが可能になる。 According to the invention of claim 8, it is possible to obtain a molded body made of a carbon alloy or a carbon composite material that is very hard.
図1は炭素同素体を有する炭素の製造装置の全体を示す正面断面図である。 FIG. 1 is a front sectional view showing an entire carbon production apparatus having a carbon allotrope.
この製造装置は、木質バイオマス原料1を貯留する原料ホッパー2と、原料ホッパー2から木質バイオマス原料1を移送する移送管3と、移送管3の途中に設けられ、振動により木質バイオマス原料1を移送させる振動フィーダー4と、振動フィーダー4から移送されてきた木質バイオマス原料1を所定量だけ供給するスクリューフィーダー5と、スクリューフィーダー5から木質バイオマス原料1が供給される熱分解塔6とを有する。
The manufacturing apparatus is provided with a raw material hopper 2 for storing the woody biomass raw material 1, a transfer pipe 3 for transferring the wooden biomass raw material 1 from the raw material hopper 2, and a transfer pipe 3 for transferring the wooden biomass raw material 1 by vibration. A
原料ホッパー2の上部にはガス供給口2aが設けられ、ガス供給口2aには窒素ガス等の不活性ガスが導入されるようになっており、導入された不活性ガスは移送管3を介して木質バイオマス原料1とともに熱分解塔6に供給される。
A
熱分解塔6は、例えばステンレス製の外部材としての外装10と、外装10の内部に設けられたチタン製の熱分解管11とを有する。外装10は、軸心方向を鉛直方向とした二重管12を有し、上部開口は天板13で塞がれ、下部開口は底板14で塞がれていて、二重管12の内部には冷却水が供給される水冷構造になっている。また、底板14には、窒素ガス等の不活性ガスが導入される導入口15が開設され、天板13には排ガス口16が開設されている。したがって、原料ホッパー2から熱分解塔6までの全体の雰囲気は不活性ガスの無酸化状態である。
The
熱分解管11は、二重管12と同心状に設けられた肉厚1.5mmのパイプであって、直径60mm、長さ1100mmのものである。熱分解管11の上部には、例えば銅製の上部電極17が接続され、下部には陰極側の下部電極18が接続されている。上部電極17と下部電極18との間には、加熱用電力が供給される。電源としては、特許第3132560号に記載のものを使用している。この熱分解管11の内部に木質バイオマス原料1が供給される。
The
熱分解管11の外側であって外装10の近傍には、触媒19が設けられている。触媒19は、二重管12の内側に同心状に配された管状触媒19aと、天板13の内側に配された天板触媒19bと、底板14の内側に配された底板触媒19cとを有するもので、その材質としては、例えば白金、銅、鉄、コバルト、クロム、モリブデン、マンガンおよびニッケルの1つ又は複数からなるものを使用している。
A
図2は熱分解管を示す図で、(a)はその正面図、(b)は左側面図、(c)は展開図である。 2A and 2B are diagrams showing a pyrolysis tube, in which FIG. 2A is a front view thereof, FIG. 2B is a left side view thereof, and FIG.
この熱分解管11には、上部に原料投入口20が形成され、高さ方向の中間部に3つの観察窓21が高さ位置を変えて形成され、他の位置に多数のガス拡散口22が形成されている。なお、図2(a)及び(b)は、ガス拡散口22を省略して示している。
In the
観察窓21は、熱分解塔11の内部を観察するために設けられている。上記ガス拡散口22は、内部の木質バイオマス原料1のガス化成分が触媒19上に移動拡散し易くするためのものである。熱分解管11の材料はチタンを使用している。このチタンを材料に用いるという選択は、本装置の大きな特徴である高温度発生と放電効果を発揮し易くするためである。なお、チタンの代わりに、タングステン、黒鉛またはニクロムを用いてもよく、或いは、チタン、タングステン、黒鉛およびニクロムの複数を用いてもよい。
The
また熱分解管11の内部及び外部の上、中、下の3位置には、図示しない熱電対が取り付けられ、これら熱電対により熱分解管11の内部及び外部において精密な温度制御管理がされている。なお、装置全体の制御はパソコンプログラムにより行われるようになっている。
In addition, thermocouples (not shown) are attached to the upper, middle, and lower positions inside and outside the
このように構成された製造装置において、木質バイオマス原料1は、原料ホッパー2に貯留されており、振動フィーダー3およびスクリューフィーダー4を経て熱分解管11の上部中央部に供給され、熱分解管11の中を自由落下する過程で熱分解が急速に進行してガス化が進むとともに液化する。木質バイオマス原料1の気化したガスは、前記触媒19と接触して核を作り、気相合成による結晶化が進む。そして、生成した炭素は、触媒19である管状触媒19a、天板触媒19bおよび底板触媒19cから剥離することで捕集される。
In the manufacturing apparatus configured as described above, the woody biomass raw material 1 is stored in the raw material hopper 2, supplied to the upper central portion of the
本実施形態においてスクリューフィーダー4を用いる理由は、以下の通りである。即ち、木質バイオマス原料1は、熱伝導性が悪く、熱分解管11の中で効率良く熱分解を生成させるために微粉砕して使用するが、さらには粉体の流動性が悪く定量的に移送することに難点がある。このため、原料ホッパー2でのブリッジ或いは目詰まり、移送中の移送ムラを防ぐために振動フィーダーを組み合わせて木質バイオマス原料1の移送を行い、最後の供給工程にスクリューフィーダー4を用いて定量の正確な原料供給を実現するためである。また、原料の正確な定量供給は、熱分解条件の要因として、生成炭素の組成割合を左右する重要な因子である。
The reason why the
木質バイオマス原料として、杉辺材木粉を24〜200メッシュに微粉砕したものを用い、これを原料ホッパーに充填し、振動フィーダーからスクリューフィーダーを経て毎秒0.2グラムの量で熱分解塔の中のチタン製熱分解管に供給した。このときの熱分解管の内部温度を例えば1000℃に設定し、20リットル/分の窒素ガスを流して雰囲気調整した。 As woody biomass raw material, cedar wood powder finely ground to 24 to 200 mesh is used, filled into a raw material hopper, passed through a screw feeder from a vibration feeder, and 0.2 gram per second in the pyrolysis tower To a titanium pyrolysis tube. The internal temperature of the pyrolysis tube at this time was set to 1000 ° C., for example, and the atmosphere was adjusted by flowing nitrogen gas at 20 liters / minute.
図3、4、5及び6は、生成された炭素の各部における透過電子顕微鏡による観察結果を示す図である。なお、図3(a)は(b)の炭素の観察箇所を示す図である。 3, 4, 5 and 6 are diagrams showing observation results of each part of the generated carbon by a transmission electron microscope. FIG. 3 (a) is a diagram showing the observation location of carbon in (b).
その観察結果から、生成された炭素が、熱分解質炭素(図3参照),オニオンフラーレン(図4参照),黒鉛(図5参照)及びダイヤモンドライクカーボン(図6参照)からなる炭素同素体の混合体を有するものであることがわかる。また、有機溶媒等による分離精製で確認した結果、炭素同素体が20〜30%の割合で生成されていることが判明した。残りは、無定形炭素構造を示すことから非晶質の炭素であった。 From the observation results, the generated carbon is a mixture of carbon allotropes composed of pyrolytic carbon (see FIG. 3), onion fullerene (see FIG. 4), graphite (see FIG. 5), and diamond-like carbon (see FIG. 6). It turns out that it has a body. Further, as a result of confirmation by separation and purification using an organic solvent or the like, it was found that carbon allotropes were produced at a rate of 20 to 30%. The remainder was amorphous carbon because it showed an amorphous carbon structure.
図7に、炭素同素体の生成率と炭素同素体の生成温度との関係を示す。この図から理解されるように、炭素同素体の生成率を20%程度とするためには、炭素同素体の生成温度は900℃以上1100℃以下とするのが好ましい。特に、炭素同素体の生成比率は分解温度により異なり、商品ターゲットの要求特性に合わせて行う必要があるが、炭素同素体の生成比率を考慮すると、900℃以上1100℃以下にするのが望ましい。 FIG. 7 shows the relationship between the carbon allotrope production rate and the carbon allotrope production temperature. As understood from this figure, in order to make the carbon allotrope production rate about 20%, the carbon allotrope production temperature is preferably 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. In particular, the carbon allotrope production ratio varies depending on the decomposition temperature and needs to be adjusted according to the required characteristics of the product target.
表1は、生成した実施例1の炭素の純度分析結果と、比較例としての市販の炭素系スパッタリング用ターゲット材の純度分析結果とを示す。なお、比較例のターゲット材は、釜あるいはロータリーキルンなどを用いて製作されたものである。 Table 1 shows the carbon purity analysis result of Example 1 produced and the purity analysis result of a commercially available carbon-based sputtering target material as a comparative example. The target material of the comparative example is manufactured using a kettle or a rotary kiln.
この表1から、理解されるように、木質バイオマス原料を急速熱分解により生成した実施例1の炭素材料が、比較例のターゲット材よりも高品位であることが明瞭である。 As can be seen from Table 1, it is clear that the carbon material of Example 1 produced by rapid pyrolysis of the woody biomass material is higher quality than the target material of the comparative example.
図11は、本実施例2で行う焼結に用いる装置を示す正面断面図である。 FIG. 11 is a front cross-sectional view showing an apparatus used for sintering performed in the second embodiment.
この装置は、対向電極50を構成する上部電極51と下部電極52とにより、例えば黒鉛製の型60に充填された炭素材料等の焼結原料Mを押圧(加圧)するように構成され、上部電極51と下部電極52との間での電流供給と、型60の周囲に設けられた型加熱部材80(断熱部材81に通電発熱体82が設けられたもの)への電流供給とにより型60が直接加熱されるようになっている。図11中の70は、加圧装置であり、油圧シリンダ71と、下方に向けて突出したピストンロッド72と、このピストンロッド72の下端部に固定されたプレスラム73とを有し、上部電極51を押圧する。
This apparatus is configured to press (press) a sintering raw material M such as a carbon material filled in a
この装置に対し、実施例1で得られた炭素材料を30グラム秤量して直径80mmの型60に充填し、加圧力200kg/cm2加えて焼結温度1300℃で30分焼結し、焼結密度1.6の炭素成形体を得た。そして、この炭素成形体を直径100mm、厚さ7mmの銅板にインジュームで接合してスパッタリング用ターゲット材に成形した。なお、以下の説明における焼結においても、図11と同様の装置を同様にして使用する。
For this apparatus, 30 g of the carbon material obtained in Example 1 was weighed and filled in a
以上のようにして得られたターゲット材をスパッタリング装置に取付け、スパッタリングテストを行った。その結果、実施例2の炭素成形体を用いたターゲット材の場合には、前記市販の炭素ターゲット材料を用いる場合に比べてノジュールの発生量が約30%減少した。また、実施例2の炭素成形体を用いたターゲット材の場合には、市販の炭素ターゲット材料を用いる場合に比べてスパッタリング電圧特性も安定しており、スパッタリング時の真空度の低下も無く薄膜形成条件が安定していた。 The target material obtained as described above was attached to a sputtering apparatus, and a sputtering test was performed. As a result, in the case of the target material using the carbon molded body of Example 2, the amount of nodules generated was reduced by about 30% compared to the case of using the commercially available carbon target material. Moreover, in the case of the target material using the carbon molded body of Example 2, the sputtering voltage characteristics are more stable than when a commercially available carbon target material is used, and a thin film can be formed without a decrease in the degree of vacuum during sputtering. Conditions were stable.
木粉から単離したリグニンを本発明装置によりバイオマス木粉の炭化条件と同一の1000℃で熱分解を行い、得られた炭化物を電子顕微鏡で観察した。その観察結果を図8に示す。図8(a)は70倍、同(b)は3500倍、同(c)は20000倍、同(d)は50000倍、同(e)は100000倍である。 The lignin isolated from the wood flour was pyrolyzed at 1000 ° C., which is the same as the carbonization conditions for the biomass wood flour, using the apparatus of the present invention, and the resulting carbide was observed with an electron microscope. The observation results are shown in FIG. 8 (a) is 70 times, (b) is 3500 times, (c) is 20000 times, (d) is 50000 times, and (e) is 100000 times.
また、木粉を単離せずにそのまま同一条件で熱分解を行って得た炭化物を図9に示す。図9(a)は70倍、同(b)は100000倍である。 Moreover, the carbide | carbonized_material obtained by carrying out thermal decomposition on the same conditions as it is, without isolating wood flour is shown in FIG. 9A is 70 times, and FIG. 9B is 100000 times.
これら両図から、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンの混合体の木粉から単離したリグニンの炭化生成物の粒子は微細で、3〜30nmナノサイズであることが解った。 From these figures, it was found that the carbonized product particles of lignin isolated from the wood flour of a mixture of cellulose, hemicellulose and lignin are fine and have a nano-size of 3 to 30 nm.
そして、この炭化生成物を800℃の温度で密度1.2に焼結した成形体を作り、その成形体と市販の吸取り紙との吸水性を比較した。その結果、この実施例3の成形体の方が、吸取り紙よりも水分移動が顕著に起こり、特殊な特性を持つことが判明した。 And the molded object which sintered this carbonized product to the density of 1.2 at the temperature of 800 degreeC was made, and the water absorption of the molded object and commercially available blotting paper was compared. As a result, it has been found that the molded body of Example 3 has a special characteristic that moisture transfer occurs more significantly than the blotting paper.
また、実施例3で生成された成形体と、従来のスパッタリング用の木質炭素ターゲット材とを、電子顕微鏡観察により比較した。図10(a)は実施例3で生成された成形体の電子顕微鏡による観察図で、同(b)は従来の木質ターゲット材の電子顕微鏡による観察図である。従来の木質炭素ターゲット材では、木質の構造がそのまま炭化後も維持しているのに対し、実施例3で生成された成形体では、基のセルロース、ヘミセルロースおよびリグニン等からなる木質構造を全く留めておらず、木質バイオマス原料の構造が一旦解除され、再合成されたことが明らかである。 Moreover, the molded object produced | generated in Example 3 and the conventional wooden carbon target material for sputtering were compared by electron microscope observation. FIG. 10A is an electron microscope observation of the molded body produced in Example 3, and FIG. 10B is an electron microscope observation of a conventional wood target material. In the conventional wood carbon target material, the wood structure is maintained as it is after carbonization, whereas in the molded body produced in Example 3, the wood structure composed of cellulose, hemicellulose, lignin and the like is completely retained. It is clear that the structure of the woody biomass material was once released and re-synthesized.
次に、炭素複合材料からなる成形体の製造に関して説明する。 Next, production of a molded body made of a carbon composite material will be described.
まず、炭化の前処理として105℃で予備加熱を行い、水分を揮発させた、32メッシュアンダーの杉の粉末を0.25g/秒で1000℃の温度で急速熱分解して炭素同素体の混合物を生成した。この生成物は、SPM観察の結果、表面構造が球状であり、直径が30nm程度のものと100〜250nm程度の比較的大きい粒子の集合体を確認した。この粒子の集合体は炭素同素体の混合物であることは、高分解能透過型電子顕微鏡で既に実証されている。 First, as a pre-treatment for carbonization, preheating at 105 ° C. to volatilize water, 32 mesh under cedar powder is rapidly pyrolyzed at a temperature of 1000 ° C. at a temperature of 0.25 g / sec to obtain a carbon allotrope mixture. Generated. As a result of SPM observation, this product was confirmed to have a spherical surface structure, and an aggregate of relatively large particles having a diameter of about 30 nm and about 100 to 250 nm. It has already been demonstrated with a high-resolution transmission electron microscope that this aggregate of particles is a mixture of carbon allotropes.
次に、この炭素物質に金属シリコンを20wt%混合して撹拌調整し、1600℃の真空中で加圧力200kg/cm2で焼結成形した。テストピースの寸法は、断面80mmφ×厚み7mmであり、ターゲット材としての特性を実験できるようにした。このときの焼結密度は2.7であった。 Next, 20 wt% of metallic silicon was mixed with the carbon material to adjust the stirring, and sintered under a vacuum of 1600 ° C. with a pressure of 200 kg / cm 2 . The test piece had a cross section of 80 mmφ × thickness of 7 mm so that the characteristics as a target material could be tested. The sintered density at this time was 2.7.
このようにして得られた焼結体の硬さを測定した結果、炭素質のみの硬さに比較してビッカース硬さ320MHVを示し、鋼の硬さを示した。また、材料特性として重要な体積抵抗率を測定した結果、炭素同素体の体積抵抗率である15×105(Ω・m)に対して75×105(Ω・m)を示し、炭素複合材料の特性を示した。 As a result of measuring the hardness of the sintered body thus obtained, it showed a Vickers hardness of 320 MHV compared to the hardness of carbonaceous material only, indicating the hardness of steel. Moreover, as a result of measuring volume resistivity important as material characteristics, it showed 75 × 10 5 (Ω · m) with respect to 15 × 10 5 (Ω · m) which is the volume resistivity of carbon allotrope, and carbon composite material The characteristics were shown.
更に、得られた焼結体をターゲット材料として用い、ステンレス基盤上にスパッタリング薄膜を形成する実験を行った。その結果、ステンレス基盤上のスパッタリング薄膜として硬質のものが形成されることが実証できた。 Furthermore, using the obtained sintered body as a target material, an experiment was performed to form a sputtering thin film on a stainless steel substrate. As a result, it was proved that a hard thing was formed as a sputtering thin film on a stainless steel substrate.
なお、実施例4で説明した炭素複合材料からなる成形体の製造に関し、金属シリコンを炭素物質に混合しているが、本発明はこれに限らない。例えば、炭素物質に、アルミニウム、アルミナ、珪素、タングステン、チタン、シリコン及びハフニュームのうちの1又は2以上の粉体を混合して焼結することにより炭素複合材料又は炭素合金からなる成形体を製造することができる。 In addition, regarding manufacture of the molded object which consists of a carbon composite material demonstrated in Example 4, although metallic silicon is mixed with the carbon substance, this invention is not limited to this. For example, a molded body made of a carbon composite material or a carbon alloy is manufactured by mixing and sintering one or more powders of aluminum, alumina, silicon, tungsten, titanium, silicon and hafnium into a carbon material. can do.
また、上述した実施形態では炭素の製造装置における熱分解塔として、断面円形の外部材としての外装と、同様の熱分解管とを用いているが、本発明はこれに限らず、断面矩形状や断面三角形状など他の断面形状のものを使用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the exterior as a circular cross-section outer member and the same pyrolysis tube are used as the pyrolysis tower in the carbon production apparatus, but the present invention is not limited to this, and the cross-section is rectangular. Other cross-sectional shapes such as a triangular cross-section can be used.
更にまた、上述した実施形態では木質バイオマス原料として杉辺材木粉を用いているが、本発明はこの杉に限らず、他の乾燥バイオマスを使用することができる。 Furthermore, in the embodiment described above, cedar wood powder is used as the woody biomass raw material, but the present invention is not limited to this cedar and other dry biomass can be used.
1 木質バイオマス原料
6 熱分解塔
10 外装(外部材)
11 熱分解管
17 上部電極
18 下部電極
19 触媒
19a 管状触媒
19b 天板触媒
19c 底板触媒
1 Woody biomass
11
Claims (8)
該加熱工程で得たガス状の熱分解物質を触媒上で炭素同素体を有する炭素物質に再合成する再合成工程とを含むことを特徴とする炭素同素体を有する炭素の製造方法。 A heating step of thermally decomposing the woody biomass raw material in a non-oxidizing gas atmosphere;
A method of producing carbon having a carbon allotrope, comprising a resynthesis step of re-synthesizing the gaseous pyrolysis material obtained in the heating step into a carbon material having a carbon allotrope on a catalyst.
該加熱手段により得られたガス状の熱分解物質を、炭素同素体を有する炭素物質に再合成する触媒を有する再合成手段とを具備することを特徴とする炭素同素体を有する炭素の製造装置。 Heating means for pyrolyzing the woody biomass raw material in a non-oxidizing gas atmosphere;
An apparatus for producing carbon having a carbon allotrope, comprising: a resynthesis unit having a catalyst for resynthesising a gaseous pyrolytic substance obtained by the heating unit into a carbon substance having a carbon allotrope.
上記粉体を型に入れて直接型への電流供給により焼結を行って成形することを特徴とする炭素成形体の製造方法。 A method for producing a carbon molded body, wherein the carbon powder produced by the carbon production method having a carbon allotrope according to claim 1 or 6 is formed into a fixed shape by sintering,
A method for producing a carbon molded body, wherein the powder is placed in a mold and sintered by direct current supply to the mold.
上記粉体を型に入れて型への電流供給により焼結を行って成形することを特徴とする炭素合金若しくは炭素複合材料からなる成形体の製造方法。 A carbon powder produced by the method for producing carbon having a carbon allotrope according to claim 1 or 6, and one or more powders of aluminum, alumina, silicon, tungsten, titanium, silicon and hafnium; Is a method for producing a molded body made of a carbon alloy or a carbon composite material that is sintered and mixed into a certain shape,
A method for producing a molded body comprising a carbon alloy or a carbon composite material, wherein the powder is placed in a mold and sintered by supplying current to the mold.
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