JPH01229819A - 磁性微粒子を包含した炭素体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は′６ｆｌ性微粒子を包含した炭素体及びその製
造方法に係り、特に従来にない磁性微粒子を包含した炭
素体及びこの新規炭素体を気相生成法により効率的に製
造する新規製造方法に関する。

［従来の技術］ 近年、磁性微粒子が新しい素材として、各種産業分野に
おいて注目を集めている。

［発明が解決しようとする課題］ 磁性微粒子の製造方法には磁性体の微粉砕化等も採用し
得るが、磁性を損なうことなく極めて微粒子状の磁性微
粒子を製造することは非常に困難である。

まして、このような磁性微粒子を包含した炭素体につい
ては、その工業的利用の可能性が十分に高いと判断され
るにもかかわらず、従来全く提供されていない。

本発明は、従来にない、新規素材である磁性微粒子を包
含した炭素体及びその製造方法を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は磁性微粒子を包含した炭素体に関する。

また、この炭素体を製造するために、本発明の方法にお
いては、遷移金属微粒子又は遷移金属化合物の微粒子を
、高温反応ゾーンにて炭化水素と接触させて該微粒子を
包含した炭素体を生成させ、この炭素体が冷却されて該
微粒子のキュリー温度を通過する際に磁界を印加して該
微粒子を磁化させる。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の炭素体は磁性微粒子を炭素で包含してなるもの
であって、後述の本発明の製造方法により製造された場
合、一般には粒径１００〜１０００Ａ程度であって、１
〜１００ＯＧ程度に磁化された磁性微粒子をアモルファ
ス状又は黒鉛近似の炭素で包含してなる、無定形又は繊
維状の炭素体として提供される。

次に、このような本発明の磁性微粒子を包含してなる炭
素体を製造するための、本発明の製造方法について図面
を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の実施に好適な炭素体製造装
置の一例を示す構成説明図である。

第１図に示す装置において、符号１は反応容器（本例で
は反応管）であり、その一端側（図において左側）には
、触媒粒子となる遷移金属又は遷移金属化合物、キャリ
アガス、原料となる炭化水素ガスをそれぞれ供給するた
めの配管（図示せず）が接続されている。

また、反応容器１の他端側（図において右側）には捕集
器（図示せず）が接続され、この捕集器には排ガスの抜
出管が接続されている。２は反応容器１内の反応ガスを
加熱するためのヒータ、３は反応生成物に磁界を印加す
るための永久磁石である。

第２図に示す装置は、この永久磁石の代りに電磁石４を
用いた点が、第１図に示す装置と異なる。

このように構成された製造装置において、反応容器１内
に導入された触媒粒子となる遷移金属又は遷移金属化合
物は帯域Ａにて予熱、励起、還元又は分解されて、表面
が還元された遷移金属の微粒子を生成する。また、原料
の炭化水素はこの帯域Ａにて予熱、励起される。この帯
域Ａにおける予熱は、予熱ヒータにより行なう他、レー
ザビーム又はアークプラズマジェット等を利用すること
もできる。

帯域Ａで生成した遷移金属の微粒子及び炭化水素は、キ
ャリアガスにより更に帯域Ｂに送られ、ここでヒータ２
により所定温度（９５０〜１３００℃）に加熱され、遷
移金属微粒子の触媒作用により炭化水素が励起、分解又
は、反応し、遷移金属微粒子又は遷移金属−炭素化合物
微粒子を核とする熱分解炭素体が生成する。この熱分解
炭素体は繊維状及び／又は無定形に生成する。なお、こ
の帯域Ｂの温度は熱分解炭素の生成する温度であって、
しかも核となる遷移金属微粒子又は遷移金属−炭素化合
物微粒子のキュリー温度以上であることが必要とされる
。

帯域Ｂで生成した炭素体は、帯域Ｃにて冷却されると共
に永久磁石３又は電磁石４により磁界が印加され、熱残
留磁化の効果により、小さな磁場の強さで、炭素体の核
である遷移金属微粒子又は遷移金属−炭素化合物微粒子
が大きく磁化される。

この帯域Ｃにおいては、炭素体が冷却されて、その核と
なる遷移金属微粒子又は遷移金属−炭素化合物微粒子の
キュリー温度を通過する際に磁界が印加される必要があ
る。このため帯域Ｃの入口側の温度は該キュリー温度よ
り高く、また出口側の温度は該キュリー温度よりも十分
に低くなるように、必要に応じて冷却ガスを供給するな
どして、冷却を行なう。

このようにして反応容器１内で生成した磁性微粒子を包
含する炭素体は、捕集器に導入されて捕集される。

本発明において、原料となる炭化水素としては、メタン
（天然ガスでも良い、）、エタン等のアルカン化合物、
エチレン、ブタジェン等のアルケン化合物、アセチレン
等のアルキン化合物、ベンゼン、トルエン、スチレン等
のアリール炭化水素化合物、インデン、ナフタリン、フ
ェナントレン等の縮合環を有する芳香族炭化水素、シク
ロプロパン、シクロヘキサン等のシクロパラフィン化合
物、シクロペンテン、シクロヘキセン等のシクロオレフ
ィン化合物、ステロイド等の縮合環を有する脂環式炭化
水素化合物等が挙げられる。

また、磁性微粒子となる遷移金属としては、クロム、マ
ンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、テル
ビウム、ジスプロシウム等を指すものであるが、とりわ
け、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏが好ましい。

また、１穆金属化合物としてはＦｅ５ＡＩＬ、ＦｅＣｏ
、ＭｎＡＪ２．Ｃｕ２　ＭｎＡＪ２．ＦｅＮ　ｉ３　、
ＣｒＯ２、Ｆｅ２０３　、Ｆｅ３Ｏ４％インバー合金、
アルニコ５、ＳｍＣＯ５、ＰｒｚＣｏ　、、等の合金又
は酸化物、あるいは、Ｆｅ（Ｎｏ）４、Ｆ　ｅ　Ｃ１，
３、Ｆ　ｅ　（Ｎ　０）３ＣＪｌ、　Ｆ　ｅ（Ｎｏ）２
、Ｆｅ　（Ｎｏ）２１％ＦｅＦ、　、Ｆｅ（ＮＯ３）２
　、　Ｆ　ｅ　Ｂ　ｒ３、Ｆ　ｅ　（ＨＣＯＯ）３、Ｃ
２７Ｈ４２Ｆ　ｅ　Ｎ９０１２、Ｆｅ　（ＳＯ４）３　
、Ｆｅ（ＳＣＮ）３、Ｆｅ　（Ｎｏ）３ＮＨ３、Ｃｏ　
（Ｎｏ）２ＣＪｌ％Ｎ　ｉ　（Ｎｏ）Ｃｌｌ、Ｎ　ｉ　
Ｃ１１２等の無機遷移金属化合物、あるいは、アルキル
基と金属が結合したアルキル金属、アリル基と金属が結
合したアリル錯体、炭素間２重結合や３重結合と金属と
か結合したπ−コンプレックスとキレート型化合物等に
代表される有機遷移金属化合物が挙げられる。

また、キャリアガスとしては、直接反応に関与しないガ
ス、例えば、Ｎ２ガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、Ａｒガ
ス、Ｈｅガス、Ｋｒガス、又はこれらの混合ガスを主体
とするガスが挙げられる。このうち、Ｎ２ガス又はＮ２
と希ガスの混合ガスが通常の場合用いられる。

本発明において、炭素体の生成帯域（ｆ域Ｂ）の設定条
件は常圧１ｓｔｍにて、温度４５０〜１３００℃、好ま
しくは１０００〜１１００℃とする。温度条件がこの範
囲外であると、炭素体が良好に生成しない。

なお、この帯域Ｂの温度は、前述の如く、核となるｉ！
！８金属又は１穆金属−炭素化合物微粒子のキュリー温
度より高いことが必要とされる。

帯域Ｃにおいて印加する磁場の程度には特に制限はなく
、所望とする熱残留磁化の程度、核微粒子の磁性等によ
り異なるが、一般には１００〜１’ＯＯＯＯｅ程度とさ
れる。

なお、本発明において、炭素体の生成を、レーザビーム
又はアークプラズマジェットを利用して行なうようにし
ても良い。

このようにして製造される本発明の磁性微粒子を包含す
る炭素体は磁性微粒子を炭素で包んでなるものであるた
め、炭素の高摺動性、耐熱性により、高温磁性流体等と
して極めて有用である。また、炭素は生物体に対するな
じみが良いことから、生物体に用いる磁性材料等として
も有用である。

［作　用］ 従来の技術では、微粒子の磁化は極めて難しく、このた
め磁性微粒子を包含する炭素体は提供されていなかフた
。

しかしながら、本発明の方法に従って、加熱されて核と
されている遷移金属又は遷移金属化合物微粒子が、冷却
されてキュリー温度を通過する際に磁場をかけると、熱
残留磁化の効果により、わずかな磁場の強さで、核を大
きく磁化することが可能とされる。

なお、この磁界に供給される炭素体の核は１啓金属微粒
子であるか、１穆金属−炭素化合物微粒子であるかは明
確に解明されていない。例えば、遷移金属がＦｅの場合
、核微粒子はα−Ｆｅ又はＦｅ、Ｃであると考えられる
。従って、α−Ｆｅのキュリー温度７７０℃より高い温
度から、Ｆｅ５Ｃのキュリー温度２１０℃よりも低い温
度にまで冷却される間に磁界を印加するようにするのが
好ましい。

［実施例コ 以下、好適な製造実施例について説明する。

実施例１ 第１図に示す装置において、下記の条件にて本発明の炭
素体の製造を行なった。

反応帯域Ｂの条件 触媒微粒子：Ｆｅ 原料炭化水素：ヘンピン キャリアガス：水素 流速＋　ｓ　［ｃｍ／ｓ］　　（ａｔ１０５０℃）温度
：１０５０［ｔ：コ 圧カニ常圧 炭素体の形状：ｉａ維状（直径０．１〜１μｍ１長さ１
００〜５００ａｍ） 磁界印加帯域Ｃの条件： 磁場：　１００　［Ｏｅ］ 冷却温度範囲：１０００〜１００［ｔｌ（α−Ｆｅのキ
ュリー温度７７０℃） その結果、次のような炭素体が高収率（収率５３重量％
）で得られた。

炭素体 熱残留磁化：　５０〜８００Ｇ−ｃｒｎ”７ｇ形　状＝
ｉＡｌｌ維状 大きさ：直径０．１〜１μｍ１ 長さ１００〜５００μｍ ［発明の効果］ 以上詳述した通り、本発明の磁性微粒子を包含した炭素
体は、磁化された微粒子を炭素で被覆してなる新規磁性
材料であって、その微粒子状磁性体と、炭素の高摺動性
、耐熱性、生体へのなじみ性を利用して、磁性流体等の
各種素材として、工業上極めて有用である。

しかして、このような本発明の磁性微粒子を包含した炭
素体を製造する本発明の方法によれば、■　微粒子の生
成、炭素体の生成、微粒子の磁化の各工程をすべて気相
反応で連続的プロセスにて行なうことができる。

■　各工程の設定条件を適宜選定することにより、磁化
の強さ、炭素体の形状等を制御して、所望の炭素体を容
易に得ることができる。

等の効果が奏され、磁性微粒子を包含する炭素体を極め
て効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々本発明の磁性微粒子を包含する
炭素体の製造に好適な製造装置の一例を示す、構成説明
図である。 １・・・反応容器、　　２・・・ヒータ１．３・・・永
久磁石、　４・・・電磁石。 代理人　　弁理士　　重　野　　剛 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性微粒子を包含してなる炭素体。
2. （２）遷移金属微粒子又は遷移金属化合物の微粒子を、
   高温反応ゾーンにて炭化水素と接触させて該微粒子を包
   含した炭素体を生成させ、この炭素体が冷却されて該微
   粒子のキュリー温度を通過する際に磁界を印加して該微
   粒子を磁化させることを特徴とする磁性微粒子を包含し
   た炭素体の製造方法。