JPH05287616A - Vapor-phase production of carbon fiber - Google Patents

Vapor-phase production of carbon fiber

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JPH05287616A
JPH05287616A JP4089124A JP8912492A JPH05287616A JP H05287616 A JPH05287616 A JP H05287616A JP 4089124 A JP4089124 A JP 4089124A JP 8912492 A JP8912492 A JP 8912492A JP H05287616 A JPH05287616 A JP H05287616A
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carbon fiber
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芳和 好本
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Abstract

PURPOSE:To simply produce gas phase-growing carbon fibers by pyrolysis of hydrocarbons in the presence of selenium. CONSTITUTION:In the presence of selenium or a selenium compound such as hydrogen selenide, carbon diselenide or dimethylselenide, hydrocarbons are pyrolyzed at 700 to 1,200 deg.C to form the objective fibers on the surface of a heat-resistant base plate made of an inorganic substance such as quartz, alumina, graphite or a metal such as copper or platinum.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、気相成長による炭素繊
維の製造方法に関する。さらに詳しくは、炭化水素化合
物ガス、セレン化合物ガスとキャリアガスからなる混合
ガスを700〜1200℃の範囲で加熱することを特徴
とする炭素繊維の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing carbon fiber by vapor phase growth. More specifically, it relates to a method for producing a carbon fiber, which comprises heating a mixed gas of a hydrocarbon compound gas, a selenium compound gas and a carrier gas in the range of 700 to 1200 ° C.

【0002】[0002]

【従来の技術】気相成長炭素繊維は、高強度、高弾性、
高導電性、高耐食性、高生体適合性などの優れた特性を
有する。特に機械的特性を例にとれば、既に商品化され
ているPAN 系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系
炭素繊維を遙に凌駕するものであり理想的素材といえ
る。
2. Description of the Related Art Vapor grown carbon fibers have high strength, high elasticity,
It has excellent properties such as high conductivity, high corrosion resistance, and high biocompatibility. Taking mechanical properties as an example, it is an ideal material because it far surpasses the commercially available PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and rayon-based carbon fibers.

【0003】従来、気相成長炭素繊維の製造には、表面
にニッケルなどの超微粒子触媒が散布されたアルミナな
どの磁器や黒鉛などを基板として用い、水素キャリアガ
スの還元性雰囲気中で、ベンゼン等の炭化水素ガスを1
000〜1300℃の温度で熱分解させ、前記基板上に
炭素繊維を成長させる方法が知られている。この方法で
は、まず第1に、基板上に上記炭素成長核である超微粒
子触媒を形成する必要がある。このためには、基板に、
鉄、ニッケルまたはそれら合金の100Å程度の超微粒
子を懸濁させたアルコール懸濁液をスプレーするかまた
は塗布して乾燥する方法がもちいられている。また、前
記懸濁液にかえて硝酸鉄水溶液を基板に塗布して乾燥さ
せる方法も知られているが、いずれも、再現性、量産性
に乏しい。
Conventionally, in the production of vapor-grown carbon fibers, porcelain such as alumina or graphite on the surface of which ultrafine particle catalyst such as nickel is dispersed or graphite is used as a substrate, and benzene is used in a reducing atmosphere of hydrogen carrier gas. Hydrocarbon gas such as 1
There is known a method of thermally decomposing at a temperature of 000 to 1300 ° C. to grow carbon fibers on the substrate. In this method, first, it is necessary to form an ultrafine particle catalyst, which is the carbon growth nucleus, on a substrate. To do this, on the substrate
A method of spraying or applying an alcohol suspension in which ultrafine particles of iron, nickel or their alloys of about 100Å are suspended or dried is used. Also, a method is known in which an iron nitrate aqueous solution is applied to the substrate instead of the suspension and dried, but all of them have poor reproducibility and mass productivity.

【0004】従って、従来の方法では、超微粒子の基板
への分散という複雑な基板の前処理を要し、再現性、量
産性に劣るため生産性が悪いなどの問題点を有する。こ
のため、コスト面において、既に商品化されているPA
N系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維
に対抗することは特殊な用途を除いて不可能と言える。
Therefore, in the conventional method, complicated substrate pretreatment such as dispersion of ultrafine particles on the substrate is required, and there is a problem that productivity is poor due to poor reproducibility and mass productivity. Therefore, in terms of cost, PAs already commercialized
It can be said that it is impossible to oppose N-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, and rayon-based carbon fibers except for special applications.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の鉄などの超微粒子の基板への分散プロセスを除去し
た、即ち、触媒性の超微粒子遷移金属が共存しないでも
炭素繊維の生成が可能な、生産性を高めることのできる
気相成長炭素繊維の製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to eliminate the conventional dispersion process of ultrafine particles of iron or the like on a substrate, that is, to produce carbon fibers even if a catalytic ultrafine transition metal does not coexist. It is an object of the present invention to provide a method for producing a vapor-grown carbon fiber capable of increasing productivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かくして、この発明によ
れば、炭化水素の熱分解により気相成長炭素繊維を製造
する方法において、セレンまたはセレン化合物の共存下
で炭化水素を熱分解することを特徴とする気相成長によ
る炭素繊維の製造方法を提供する。この方法を石英、サ
ファイア、アルミナ、SiC,Si,黒鉛、炭素質材料
等の無機物、または銅、白金等の金属性の各種耐熱性基
板に適用し、各種炭化水素ガスを炭素源として用い、熱
分解反応後の基板表面を走査電子顕微鏡で観察すると、
基板表面上に炭素繊維が密生していることが見いだされ
た。かくして、従来の方法では超微粒子状の鉄族元素の
存在なくしては上記耐熱性基板表面には炭素繊維を密生
させることはできなかったのが、セレンおよびセレン化
合物の共存下で炭化水素を熱分解する方法により触媒作
用のない各種耐熱性基板上にも炭素繊維を密生させるこ
とが可能になった。
Thus, according to the present invention, in a method for producing a vapor-grown carbon fiber by thermal decomposition of hydrocarbon, the thermal decomposition of hydrocarbon in the presence of selenium or a selenium compound is performed. Provided is a method for producing carbon fiber by vapor phase growth. This method is applied to various inorganic heat-resistant substrates such as quartz, sapphire, alumina, SiC, Si, graphite, and carbonaceous materials, or various metallic heat-resistant substrates such as copper and platinum. When observing the surface of the substrate after the decomposition reaction with a scanning electron microscope,
It was found that the carbon fibers were dense on the substrate surface. Thus, in the conventional method, carbon fibers could not be densely formed on the surface of the heat-resistant substrate without the presence of the ultrafine particulate iron group element, but it was difficult to heat hydrocarbons in the presence of selenium and selenium compounds. The decomposition method has made it possible to densify carbon fibers on various heat-resistant substrates without catalytic action.

【0007】本発明の製造条件において使用する炭素源
としての炭化水素の種類に制限なく、原料ガスとして
は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水素
等のいずれであってもよく、これらは置換基(ハロゲン
原子、水酸基、スルホン基、ニトロ基、ニトロソ基、ア
ミノ基、カルボキシル基等)を一部に有してもよい。こ
れらの具体例としてはメタン、エタン、プロパン、ブタ
ン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ナフタレ
ン、アントラセン、ピレン、ベンゼン、トルエン、ピリ
ジン、アリルベンゼン、ヘキサメチルベンゼン、アニリ
ン、フェノール、エチレン、プロピレン、1、2−ジブ
ロモエチレン、2−ブチン、アセチレン、ビフェニル、
ジフェニルアセチレン、スチレン、アクリロニトリル、
ピロール、チオフェンおよびその置換誘導体等が挙げら
れる。一般に、ハロゲンは炭素繊維の成長にたいし抑制
効果があるのでハロゲンを含まない炭化水素の使用が好
ましい。
There is no limitation on the kind of hydrocarbon as the carbon source used in the production conditions of the present invention, and the raw material gas may be any of aliphatic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon, alicyclic hydrocarbon and the like. Of course, these may partially have a substituent (halogen atom, hydroxyl group, sulfone group, nitro group, nitroso group, amino group, carboxyl group, etc.). Specific examples thereof include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, cyclohexane, naphthalene, anthracene, pyrene, benzene, toluene, pyridine, allylbenzene, hexamethylbenzene, aniline, phenol, ethylene, propylene, 1,2. -Dibromoethylene, 2-butyne, acetylene, biphenyl,
Diphenylacetylene, styrene, acrylonitrile,
Examples thereof include pyrrole, thiophene and substituted derivatives thereof. Generally, since halogen has an effect of suppressing the growth of carbon fiber, it is preferable to use a hydrocarbon containing no halogen.

【0008】この発明におけるセレンおよびセレン化合
物はセレン、セレン化水素、二セレン化炭素、セレン化
ジメチル、セレン化ジエチル、セレン化ジプロピル、セ
レン化ジフェニル、セレノフェン、ジフェニル・ジセレ
ナイド((C6H5)2Se2)、フェニル・セレニル・クロライド
((C6H5)SeCl)、メチル・ベンズ・セレナゾール(C8H7NS
e) 、セレノフェノール(C6H5SeH) 、セレノウレア(SeC
(NH2)2) 等を挙げるこてができる。
Selenium and selenium compounds in the present invention include selenium, hydrogen selenide, carbon diselenide, dimethyl selenide, diethyl selenide, dipropyl selenide, diphenyl selenide, selenophene and diphenyl diselenide ((C 6 H 5 ). 2 Se 2 ), Phenyl selenyl chloride
((C 6 H 5 ) SeCl), methyl benz selenazole (C 8 H 7 NS
e), selenophenol (C 6 H 5 SeH), selenourea (SeC
(NH 2 ) 2 ) etc. can be used.

【0009】本発明の不活性キャリアガスはヘリウム、
アルゴン、窒素、水素などが挙げられる。上記炭化水素
化合物またはセレン化合物が固体の場合、それを加熱蒸
発または昇華によってガス化し、キャリアガスとともに
反応管に移送されることで、共存状態になる。またそれ
らが液体の場合は、上記キャリアガスでバブリングする
ことで、キャリアガスとともに反応管に移送されること
で、共存状態になる。
The inert carrier gas of the present invention is helium,
Argon, nitrogen, hydrogen, etc. are mentioned. When the above-mentioned hydrocarbon compound or selenium compound is solid, it is gasified by heating evaporation or sublimation, and is transferred to the reaction tube together with the carrier gas, so that it is in a coexisting state. Further, when they are liquids, by bubbling with the above-mentioned carrier gas, they are transferred to the reaction tube together with the carrier gas, so that they will be in a coexisting state.

【0010】本発明の耐熱性基板はその種類を特に限定
すべき条件はないが、例えば石英、サファイア、アルミ
ナ、SiC,Si,黒鉛、炭素質材料等の無機物、また
は銅、白金、ニッケル等の金属が用いられる。基板に、
鉄などの金属微粒子を担持添加する必要は勿論ないが、
これらの微粒子を担持添加し、同時に原料炭化水素ガス
中にセレンまたはセレン化合物を混合添加することが有
効になる場合もある。また、これら微粒子の添加物は微
粉状あるいは金属カルボニルや有機金属化合物の蒸気を
原料炭化水素ガス中に混合添加してもよいことは勿論で
ある。
The heat-resistant substrate of the present invention is not particularly limited in its type, but is, for example, an inorganic substance such as quartz, sapphire, alumina, SiC, Si, graphite or a carbonaceous material, or copper, platinum, nickel or the like. Metal is used. On the board,
Of course, it is not necessary to carry and add fine metal particles such as iron,
It may be effective to carry and add these fine particles, and at the same time, mix and add selenium or a selenium compound to the raw material hydrocarbon gas. Further, it is a matter of course that these fine particle additives may be added in the form of fine powder or metal carbonyl or an organic metal compound vapor may be mixed and added to the raw material hydrocarbon gas.

【0011】ここで熱分解する分解温度、炭化水素化合
物ガスの供給量、セレン化合物ガスの供給量は出発原料
とする炭化水素化合物およびセレン化合物の種類により
異なるが、0.1〜30モル%、好ましくは2〜20モ
ル%のセレン化合物ガスを混合した分子量150以下の
炭化水素化合物を用いた場合、下記条件 ・供給速度 0.05〜15モル/時間 ・分子数密度 2×1021〜2.6×1022分子
/l ・流速 0.5〜70cm/分 ・熱分解温度 450〜1300℃好ましくは7
00〜1200℃ で炭化水素ガスの熱分解を行うことにより、本発明に供
する炭素繊維を形成することができる。
The decomposition temperature for thermal decomposition, the amount of the hydrocarbon compound gas supplied, and the amount of the selenium compound gas supplied are different depending on the types of the hydrocarbon compound and the selenium compound used as the starting materials, but are 0.1 to 30 mol%, Preferably, when a hydrocarbon compound having a molecular weight of 150 or less mixed with 2 to 20 mol% of a selenium compound gas is used, the following conditions: Feed rate: 0.05 to 15 mol / hour; Molecular number density: 2 × 10 21 to 2. 6 × 10 22 molecule / l ・ Flow rate 0.5 to 70 cm / min ・ Pyrolysis temperature 450 to 1300 ° C., preferably 7
By thermally decomposing a hydrocarbon gas at 00 to 1200 ° C, the carbon fiber used in the present invention can be formed.

【0012】上記条件で、耐熱性基板の表面上に、直径
が0.1〜100μmで、長さが100μm〜数cmの炭
素繊維が成長可能である。本発明の炭素繊維の断面は、
繊維軸に平行な同心円状の炭素層面よりなり、X線、電
子線回折の解析結果よりその層間隔は3.46〜3.3
6Åである。
Under the above conditions, carbon fibers having a diameter of 0.1 to 100 μm and a length of 100 μm to several cm can grow on the surface of the heat resistant substrate. The cross section of the carbon fiber of the present invention is
It consists of concentric carbon layer surfaces parallel to the fiber axis, and the layer spacing is 3.46 to 3.3 from the analysis results of X-ray and electron beam diffraction.
It is 6Å.

【0013】[0013]

【作用】本発明におけるセレンガスの炭素繊維化の触媒
作用に関する機構はまだ解明されていない。しかしなが
ら、本発明において、炭素供給源としての炭化水素化合
物のガスとセレン化合物の混合ガスを熱分解することに
より、炭素繊維が生成されたという事実から判断し、触
媒として機能できるセレン元素若しくはセレン元素の微
粒子が生成し、加熱帯域を流動しながら触媒雰囲気を形
成し、その効果により炭素繊維を生成・成長させる作用
をしているものと考えられる。
The mechanism for the catalytic action of carbon fiber formation of selenium gas in the present invention has not been clarified yet. However, in the present invention, it is judged from the fact that carbon fibers are produced by thermally decomposing a mixed gas of a hydrocarbon compound gas and a selenium compound as a carbon source, and a selenium element or a selenium element capable of functioning as a catalyst is determined. It is considered that the fine particles of 2) are generated and form a catalyst atmosphere while flowing in the heating zone, and that the effect is to generate and grow carbon fibers.

【0014】従って、本発明によれば、従来のように反
応が基板表面だけでなく、均一に加熱帯全域にわたって
いるため、各繊維は同一条件で生成され、生成炭素繊維
はアスペクト比の均一なものが得られる。
Therefore, according to the present invention, since the reaction not only on the substrate surface but also over the entire heating zone as in the conventional case, each fiber is produced under the same condition, and the produced carbon fiber has a uniform aspect ratio. You get something.

【0015】[0015]

【実施例】次に、この発明に係わる気相成長炭素繊維の
製造方法の1実施例につき図面を参照しながら以下詳細
に説明する。まず、本発明における気相成長炭素繊維を
製造するために使用した装置の概略図を図1に示す。図
1においては、1は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水
素、脂環族炭化水素等が収容された黒鉛原料容器、2は
セレン化合物ガスの原料が収容されたセレンガスの供給
源となるセレン原料容器、3は反応管で、7は原料ガス
を反応管3へ移送する原料移送管である。移送管7の途
中で黒鉛原料容器からのガスとセレン原料容器からのガ
スが混合されて反応管3へ供給される。4は加熱炉であ
り、反応管3を加熱し、反応管3に導入された炭化水素
とセレン化合物の混合ガスを熱分解する。この際、熱分
解されたセレン化合物は触媒性セレンガス雰囲気を形成
する。反応管3には、堆積生成用基板5が載置された基
板保持台6が配置されているので、炭化水素の熱分解ガ
スは、セレンガス雰囲気中この基板上で炭素繊維として
堆積する。反応管3へ導入された蒸気の残余分は排気管
8を介して外部へ排出される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the method for producing vapor grown carbon fiber according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a schematic view of an apparatus used for producing the vapor grown carbon fiber in the present invention. In FIG. 1, 1 is a graphite raw material container containing an aliphatic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon and the like, and 2 is a selenium gas source containing a selenium compound gas material. The material container 3 is a reaction tube, and 7 is a material transfer tube for transferring a material gas to the reaction tube 3. The gas from the graphite raw material container and the gas from the selenium raw material container are mixed in the middle of the transfer pipe 7 and supplied to the reaction pipe 3. A heating furnace 4 heats the reaction tube 3 to thermally decompose the mixed gas of the hydrocarbon and the selenium compound introduced into the reaction tube 3. At this time, the thermally decomposed selenium compound forms a catalytic selenium gas atmosphere. The reaction tube 3 is provided with the substrate holding table 6 on which the deposition generation substrate 5 is placed, so that the pyrolysis gas of hydrocarbons is deposited as carbon fibers on the substrate in the selenium gas atmosphere. The remainder of the steam introduced into the reaction tube 3 is discharged to the outside via the exhaust pipe 8.

【0016】実施例1 黒鉛原料の炭化水素化合物としてベンゼンを、セレン原
料としてセレンを用い、炭素繊維を製造する工程を、図
1の概略図を、さらに詳しく示した図2を用いて説明す
る。黒鉛原料として真空蒸留による精製操作を行ったベ
ンゼンが収容されたバブル容器11の内部にアルゴンガ
ス制御系19からアルゴンガスを供給し、ベンゼンをバ
ブルさせ、移送管17を介して石英反応管13へベンゼ
ン分子を供給する。この際、バブル容器11内の液体ベ
ンゼンの温度を一定に保ち、アルゴンガスの流量を第1
バルブ20で調整して、ベンゼン分子の石英反応管13
内への供給量を制御した。移送管17の途中でセレンの
収容された容器12よりセレンガスが混合されて反応管
13へベンゼン分子とセレン原子の混合ガスが供給され
る。この際、容器12および移送管17はヒーテイング
テープで被覆され、これを一定温度に加熱することによ
り容器12内部のセレンを蒸発させ、第2バルブ21を
調節することにより一定速度でセレン蒸気を反応管13
へ移送する。一方、希釈ライン22よりアルゴンガスを
流し、石英反応管13へ給送されるアルゴンガス中へベ
ンゼン分子とセレン原子の数密度および流速を最適化す
る。反応管13は加熱炉14内へ挿入されて、反応温度
に加熱される。反応管13には炭素繊維を成長させる堆
積生成用基板15を載置した保持台16が配置されてい
る。反応管13内へ導入されたベンゼン分子は加熱炉1
4で熱分解されて基板上で炭素堆積物が成長形成され
る。この時、ベンゼン分子と混合して導入されたセレン
原子は、炭素の成長過程で触媒性の雰囲気を形成する結
果、得られる炭素堆積物は、繊維状の炭素繊維となる。
反応管13へ導入された蒸気の残余分は排気管18を介
して外部へ排出される。
Example 1 A process for producing carbon fiber using benzene as a hydrocarbon compound as a graphite raw material and selenium as a selenium raw material will be described with reference to the schematic view of FIG. 1 and FIG. 2 showing the details. Argon gas is supplied from an argon gas control system 19 into a bubble container 11 containing benzene which has been purified by vacuum distillation as a graphite raw material, and benzene is bubbled to a quartz reaction tube 13 via a transfer tube 17. Supply benzene molecules. At this time, the temperature of the liquid benzene in the bubble container 11 is kept constant and the flow rate of the argon gas is set to the first value.
Adjust with the valve 20 to make the benzene molecule quartz reaction tube 13
The amount supplied to the inside was controlled. Selenium gas is mixed from the container 12 containing selenium in the middle of the transfer pipe 17, and a mixed gas of benzene molecules and selenium atoms is supplied to the reaction pipe 13. At this time, the container 12 and the transfer pipe 17 are covered with a heating tape, and the selenium inside the container 12 is evaporated by heating the same to a constant temperature, and the second valve 21 is adjusted so that the selenium vapor is discharged at a constant rate. Reaction tube 13
Transfer to. On the other hand, argon gas is flown from the dilution line 22 to optimize the number density and flow rate of benzene molecules and selenium atoms in the argon gas fed to the quartz reaction tube 13. The reaction tube 13 is inserted into the heating furnace 14 and heated to the reaction temperature. The reaction tube 13 is provided with a holding table 16 on which a deposition generation substrate 15 for growing carbon fibers is placed. The benzene molecules introduced into the reaction tube 13 are heated in the heating furnace 1
4 is pyrolyzed to grow and form a carbon deposit on the substrate. At this time, the selenium atom introduced by mixing with the benzene molecule forms a catalytic atmosphere in the growth process of carbon, and as a result, the obtained carbon deposit becomes fibrous carbon fiber.
The remainder of the steam introduced into the reaction tube 13 is discharged to the outside via the exhaust pipe 18.

【0017】上記工程において、堆積生成用基板15に
はサファイアを用い、また加熱炉14の温度を1000
℃、セレンの蒸発温度を400℃、ベンゼンとセレンの
供給速度をそれぞれ0.50mol/hr,0.05m
ol/hrとして、平均直径25μmで平均5000μ
m、アスペクト比約200の均一な炭素繊維が約5g/
hrの速度で得られた。
In the above process, sapphire is used for the substrate 15 for deposition generation, and the temperature of the heating furnace 14 is set to 1000.
℃, selenium evaporation temperature 400 ℃, benzene and selenium supply rate of 0.50mol / hr, 0.05m
ol / hr with an average diameter of 25 μm and an average of 5000 μ
m, an aspect ratio of about 200, and a uniform carbon fiber of about 5 g /
Obtained at a rate of hr.

【0018】なお、本工程においては、アルゴンガスに
代えて他の不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム等を使
用できる。また、セレンを輸送するのにHClガスをも
ちいることも可能である。
In this step, another inert gas such as nitrogen or helium may be used instead of the argon gas. It is also possible to use HCl gas to transport selenium.

【0019】実施例2 上記実施例1の製造方法でセレン原料として用いたセレ
ンに代えて、セレン化合物ガスをベンゼンガスと混合し
て反応管に導入し、セレン化合物の熱分解により得られ
るセレンガス雰囲気中で、炭素堆積物を形成する方法で
も同様に炭素繊維が得られた。以下、セレン化合物とし
て室温で液体のジエチルセレン(Se(C2H 5)2)をもちい、
図1の概略図をさらに詳しく示した図3の製造工程に従
って説明する。即ち、真空蒸留による精製操作を行った
ベンゼンが収納された第1バブル容器31と、同じく精
製操作を行ったジエチルセレンが収納された第2バブル
容器32のそれぞれの内部に、アルゴンガス制御系39
からアルゴンガスを供給し、ベンゼンおよびジエチルセ
レンをバブルさせ、移送管37を介して石英反応管33
へベンゼン分子およびジエチルセレンの混合ガスを給送
する。この際、第1バブル容器31内の液体ベンゼンお
よび第2バブル容器32内の液体ジエチルセレンの温度
を一定に保ち、アルゴンガスの流量を第1バルブ40と
第2バルブ41で調節して、ベンゼン分子およびジエチ
ルセレン分子の石英反応管33内への供給量を独立に制
御する。一方、希釈ライン42よりアルゴンガスを流
し、石英反応管33へ給送されるアルゴンガス中のベン
ゼンとジエチルセレンの分子数密度および流速を最適化
する。
Example 2 The selenium used as a raw material for selenium in the manufacturing method of Example 1 above.
Gas instead of benzene.
Obtained by thermal decomposition of selenium compound
The method of forming carbon deposits in a selenium gas atmosphere
Similarly, carbon fiber was obtained. Below, as selenium compounds
Diethyl selenium (Se (C2H Five)2),
According to the manufacturing process of FIG. 3, which shows the schematic diagram of FIG. 1 in more detail.
I will explain. That is, a purification operation by vacuum distillation was performed.
Same as the first bubble container 31 containing benzene.
The second bubble containing the processed diethyl selenium.
An argon gas control system 39 is provided inside each of the containers 32.
Argon gas is supplied from the
Len is bubbled and the quartz reaction tube 33 is transferred through the transfer tube 37.
Feeds mixed gas of benzene molecule and diethyl selenium
To do. At this time, liquid benzene in the first bubble container 31
And the temperature of the liquid diethyl selenium in the second bubble container 32
Is kept constant, and the flow rate of the argon gas is set to the first valve 40.
Adjust the second valve 41 to adjust the benzene molecule and
Independently control the amount of ruthelen molecules supplied into the quartz reaction tube 33.
Control. On the other hand, flow the argon gas through the dilution line 42.
And the benzene contained in the argon gas fed to the quartz reaction tube 33.
Optimized molecular number density and flow rate of zen and diethyl selenium
To do.

【0020】上記工程において、堆積生成用基板35に
はニッケル基材を用い、また加熱炉14の温度を110
0℃、ベンゼンとジエチルセレンの供給速度をそれぞれ
0.30mol/hr,0.015mol/hrとし
て、平均直径15μm、アスペクト比約130の均一な
炭素繊維が約2g/hrの速度でえられた。なお、本工
程でセレン化合物として用いたジエチレルセレン(Se(C
2H5)2)に代えて、同じく室温で液体または気体のセレン
化水素、二セレン化水素、セレン化ジメチル、セレン化
ジエチル、セレン化ジプロピル、セレン化ジフェニル、
セレノフェン等を用いても同様の結果が得られた。
In the above process, a nickel base material is used for the deposition generation substrate 35, and the temperature of the heating furnace 14 is set to 110.
Uniform carbon fibers having an average diameter of 15 μm and an aspect ratio of about 130 were obtained at a rate of about 2 g / hr at 0 ° C. and the supply rates of benzene and diethyl selenium were 0.30 mol / hr and 0.015 mol / hr, respectively. The diethyl selenium (Se (C
2 H 5 ) 2 ) instead of liquid or gas at room temperature, hydrogen selenide, hydrogen diselenide, dimethyl selenide, diethyl selenide, dipropyl selenide, diphenyl selenide,
Similar results were obtained using selenophene and the like.

【0021】実施例3 実施例1において、ベンゼンの代わりにプロパンを用
い、CVD条件として、プロパンの供給速度を2.2m
ol/hrに、セレンの供給速度を0.15mol/h
rに、熱分解温度を1200℃とした以外、実施例1と
同様ににして、平均直径10μmで平均長1000μ
m、アスペクト比約100の均一な炭素繊維が約10g
/hrの速度で得られた。
Example 3 In Example 1, propane was used instead of benzene, and the propane feed rate was 2.2 m under the CVD conditions.
ol / hr, the supply rate of selenium is 0.15 mol / h
For r, the average diameter was 10 μm and the average length was 1000 μm in the same manner as in Example 1 except that the thermal decomposition temperature was 1200 ° C.
10g of uniform carbon fiber with m and aspect ratio of about 100
/ Hr.

【0022】実施例4 実施例2において、ベンゼンの代わりにプロパンを用
い、CVD条件として、プロパンの供給速度を1.2m
ol/hrに、ジエチルセレンの供給速度を0.05m
ol/hrに、熱分解温度を900℃とした以外、実施
例2と同様ににして、平均直径35μmで平均長560
0μm、アスペクト比約160の均一な炭素繊維が約3
g/hrの速度で得られた。
Example 4 In Example 2, propane was used instead of benzene, and the propane feed rate was 1.2 m under the CVD conditions.
ol / hr, the feed rate of diethyl selenium is 0.05 m
ol / hr, except that the thermal decomposition temperature was 900 ° C., the same as in Example 2 except that the average diameter was 35 μm and the average length was 560.
About 3 carbon fibers with a uniform size of 0 μm and an aspect ratio of about 160
Obtained at a rate of g / hr.

【0023】なお、本工程でセレン化合物として用いた
ジエチレルセレン(Se(C2H5)2)に代えて、同じく室温で
液体または気体のセレン化水素、二セレン化水素、セレ
ン化ジメチル、セレン化ジエチル、セレン化ジプロピ
ル、セレン化ジフェニル、セレノフェン等を用いても同
様の結果が得られた。
In place of the diethyl selenium (Se (C 2 H 5 ) 2 ) used as the selenium compound in this step, hydrogen selenide, hydrogen diselenide, dimethyl selenide, selenide, which is also liquid or gas at room temperature, is used. Similar results were obtained using diethyl, dipropyl selenide, diphenyl selenide, selenophene and the like.

【0024】[0024]

【発明の効果】セレンまたはセレン化合物を使用し、セ
レンガスの触媒性雰囲気中で炭化水素化合物のガスを熱
分解することにより炭素繊維を製造するという新しい手
法により、従来の触媒金属の基板への分散と還元という
複雑なプロセスを省略することを可能とした。
INDUSTRIAL APPLICABILITY By using selenium or a selenium compound, carbon fiber is produced by thermally decomposing a gas of a hydrocarbon compound in a catalytic atmosphere of selenium gas, whereby a conventional method of dispersing a catalytic metal on a substrate is achieved. It made it possible to omit the complicated process of reduction.

【0025】これによって気相中で、炭素繊維を生産性
よく連続的に生成させることが可能となった。また、本
発明によれば、従来のように反応が基板表面だけでな
く、均一に加熱帯全域にわたっているため、各繊維は同
一条件で生成され、生成炭素繊維はアスペクト比の均一
なものが得られる。
As a result, it became possible to continuously produce carbon fibers in the gas phase with high productivity. Further, according to the present invention, since the reaction not only on the substrate surface but also over the entire heating zone as in the conventional case, each fiber is produced under the same condition, and the produced carbon fiber has a uniform aspect ratio. Be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の炭素繊維の製造方法の一実施例を示す
概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a method for producing carbon fiber of the present invention.

【図2】本発明の炭素繊維の製造装置の一実施例を示す
概略図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the carbon fiber manufacturing apparatus of the present invention.

【図3】本発明の炭素繊維の製造装置の一実施例を示す
概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the carbon fiber manufacturing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 黒鉛原料容器 2 挿入種原料容器 3 反応管 4、14、34 加熱炉 5 基板 6、16、36 基板保持台 7、17、37 原料移送管 8、18、38 排気管 11 黒鉛原料バブル容器 12 セレン原料容器 13、33 石英反応管 15、35 堆積生成用基板 19、39 アルゴンガス制御系 20、40 第1バルブ 21、41バルブ 22、42 希釈ライン 31 第1バブル容器 32 第2バブル容器 1 Graphite Raw Material Container 2 Insertion Raw Material Container 3 Reaction Tube 4, 14, 34 Heating Furnace 5 Substrate 6, 16, 36 Substrate Holding Platform 7, 17, 37 Raw Material Transfer Pipe 8, 18, 38 Exhaust Pipe 11 Graphite Raw Material Bubble Container 12 Selenium material container 13, 33 Quartz reaction tube 15, 35 Deposition substrate 19, 39 Argon gas control system 20, 40 First valve 21, 41 valve 22, 42 Dilution line 31 First bubble container 32 Second bubble container

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素の熱分解により気相成長炭素繊
維を製造する方法において、セレンまたはセレン化合物
の共存下で炭化水素を熱分解することを特徴とする気相
成長による炭素繊維の製造方法。
1. A method for producing a vapor-grown carbon fiber by pyrolyzing a hydrocarbon, wherein the hydrocarbon is pyrolyzed in the coexistence of selenium or a selenium compound. ..
【請求項2】 セレン化合物がセレン化水素、二セレン
化炭素、セレン化ジメチル、セレン化ジエチル、セレン
化ジプロピル、セレン化ジフェニルまたはセレノフェン
である請求項1項に記載された製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the selenium compound is hydrogen selenide, carbon diselenide, dimethyl selenide, diethyl selenide, dipropyl selenide, diphenyl selenide or selenophene.
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US7147533B2 (en) 2002-09-26 2006-12-12 Canon Kabushiki Kaisha Method of producing electron emitting device using carbon fiber, electron source and image forming apparatus, and ink for producing carbon fiber

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