JPH055896B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術の分野） この発明は、超微粉体の表面に反応性ガスに基
づく超薄膜を形成する被覆方法に関するものであ
る。

（技術の背景） 無機化合物、金属、合金あるいは半金属などの
粉体、触媒、センサー、磁性材料、顔料、トナー
等として広く工業的に利用されている。

これらの粉体は粒子サイズが小さくなるに従つ
て表面活性が大きくなり、この大きな表面活性は
逆に耐候安定性を低下させることが知られてもい
る。

このため、従来、このような粉体の耐候安定性
を保つため、種々の方法によつて表面処理が行な
われている。この方法は、化学的、物理的、ある
いは物理化学的方法等に大別され、粉体の使用目
的、用途に対応した方法が用いられてきいる。

また、表面処理によつて粒子の表面に新しい機
能を付与し、表面改質することもしばしば行われ
ている。

ドライコーテイング、いわゆる気相被覆処理法
もこのうちの有力な方法の一つである。

このドライコーテイングは液相処理法に比べて
処理プロセスのための装置が簡単で、かつ、コン
パクトなものである。また、形成された被膜が強
固で、さらには、液相法のように処理液の処分の
問題がないなどの点で有利なものである。

しかしながら、従来の気相表面処理法である真
空蒸着、スパツタリング、イオンプレーテイング
法では、蒸発物質が蒸発源から直線的に飛行する
ために、粒子の全表面を均一にコーテイングする
ことは難しく、特に超微粉の場合には困難であつ
た。

このため、気相表面処理法、ドライコーテイン
グ方法の長所を生かしつつ、しかも機能性に優れ
た超薄膜をも形成することのできる新しい方法の
実現が強く望まれていた。

（発明の目的） この発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであり、表面への気相薄膜形成により、粉体
に本来無い物を付与し、表面改質することをも可
能とする超微粉体の表面処理方法、特に超薄膜形
成による被覆方法を提供することを目的としてい
る。

（発明の開示） この発明の方法は、上記の目的を達成するため
に、超微粉体を反応ガス、または反応性ガスと不
活性ガスとの混合ガスによつて搬送管を経由して
加熱炉に導き、この加熱炉中を浮遊降下する際に
加熱し、その表面に反応性ガスに基づく超薄膜を
形成して冷却後に捕集するとともに、余剰ガスお
よび不活性ガスを循環することを特徴としてい
る。

使用する反応性ガスとしては、加熱することに
よつて超微粉体の表面で反応し、均質な超薄膜、
すなわち原子状レベルでの薄膜の形成を可能とし
えるものであれば、その種類に格別の限定はな
い。たとえば、炭化水素、一酸化炭素、硫化水
素、酸素、アンモニア、アミン、有機金属化合物
などの任意のものを用いることができる。ガスの
反応を可能とするために、一般的には減圧、高温
の条件を採用する。

この方法が従来の真空蒸着法、スパツタリン
グ、あるいはイオンプレーテイングと本質的に相
違する点は、これら従来の方法の場合には蒸発物
質が原料もしくは原料ターゲツト材料から直線的
に飛行して粉体の表面に付着するのに対し、この
発明の方法の場合には、超微粉体表面の全体で、
超微粉体が浮遊降下する過程でガス反応を行わせ
ることである。

このため、薄膜は均一に付着させることができ
る。

また、この発明の方法では、その付着は、超微
粉体の表面の活性化作用によつて進行すると考え
られる。このため、反応性ガスに基づく超薄膜と
の密着性は強く、安定した被膜を得ることができ
る。

この発明の対象とする超微粉体についても格別
の限定はない。加熱条件下で分解または反応する
ことのない金属、合金、半金属、金属間化合物、
無機化合物、さらには耐熱性有機ポリマーなどの
任意のものを用いることができる。

被覆によつて生成させる超薄膜の膜厚、その組
成、さらには新たに付与する物性については、使
用する反応性ガスの種類、処理温度、圧力、処理
時間を調整することによつて所望のものとするこ
とができる。

たとえば、炭化水素を反応性ガスとして用いる
場合には、これらの条件等を調整することにより
原子状レベルでの炭素薄膜を形成することができ
る。温度はたとえば400〜1000℃程度とし、減圧
化、または不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒
素など）の混合によつて１気圧程度として処理す
ればよい。

超微粉体が、ニツケル、コバルト等の遷移元素
の場合には、付着した原子状炭素薄膜はグラフア
イト構造をもつ結晶として成長する。グラフアイ
トのＣ面は粒子表面に平行になる。またこの場
合、グラフアイトは、最小二原子層（6.8A）か
ら数10原子層にまで任意の膜厚に成長させること
ができる。

シリコンの超微粉体やウイスカーについても同
様に安定なグラフアイト被膜を形成することがで
きる。酸化チタン、二酸化珪素、アルミナ、酸化
鉄などの表面処理にも用いることができる。

グラフアイト薄膜の形成は、このグラフアイト
が安定な非磁性物質であるため、磁性粉体等の表
面コーテイング方法として極めて有効なものであ
る。磁性を持つトナー材料、顔料、磁性流体の製
造にも有利である。アルミナ、酸化チタンなどの
不良導体の処理に適用することにより、電気的に
導電性を持たせることもでき、導電性の顔料など
の製造することができる。

さらに、炭素薄膜は表面が活性であるから、薬
剤担体として表面に重合反応によつて薬剤をコー
テイングすることができる。

もちろんこの発明は、炭素薄膜の形成に限定さ
れるものではない。温度をさらに高くすることに
よりカーバイト（炭化物）薄膜を形成することも
できる。他の反応性のガスを用いることにより酸
化物、窒化物、硫化物などの超薄膜を形成するこ
ともできる。

このような方法に用いることのできる装置につ
いて説明すると、この装置は、内部を真空減圧状
態とすることのできる加熱炉と、加熱炉内に反応
性ガス、または反応性ガスと不活性ガスとの混合
ガスを供給する供給系と、真空排気系と、加熱炉
内に超微粉体を供給する系と、反応ガスに基づく
超薄膜を形成させた超微粉体を回収する系とから
なり、その表面においてガス反応が行われるよう
にしている。

この装置について、図面に沿つてさらに詳細に
説明する。

第１図は、この発明に用いることのできる装置
の例を示したものである。

第１図に示した例の場合には、超微粉体１は、
試料だめ２２に充てんする。この試料だめ２２の
下部には、反応性ガスボンベ２３と不活性ガスボ
ンベ２４からの混合ガスを導入する。このガスの
導入によつて超微粉体１を搬送管２５を経て、加
熱管２６内に導入する。垂直に置いた加熱管２６
は電気炉２７によつて加熱する。超微粉体１は、
加熱管２６内を浮遊降下し、その間に加熱され、
反応性ガスに基づく超薄膜が形成される。このよ
うにして表面処理された試料は、水冷却器２８に
より冷却し、捕集器２９に捕集する。

余剰ガスおよび不活性ガスは排気管３０から排
気され、再び試料だめ２２に導入する。ガスの導
入に先立つて、真空排気系３１より排気する。循
環するガスは、吸引ポンプ３２によつて試料だめ
２２に送る。

このような例に示した装置によれば、操作が簡
単で、かつ効率よく超微粉体の表面処理が可能に
なる。

実施例を次に示し、さらに具体的にこの発明の
構成および効果を明らかにする。なお、この発明
は、当然にもこれらの実施例に限定されるもので
はない。

実施例 １ 第１図に示した装置を用いてニツケル超微粉体
（平均粒径300A）の表面処理を行つた。煤状の粉
体超粒子をトルエンガス（5Torr）、アルゴンガ
ス（295Torr）の雰囲気中で、粒子温度500℃で
30分間加熱処理した。粉体粒子の表面に厚さ10A
のグラフアイト化した炭素原子被膜が形成され
た。

実施例 ２ 実施例１と同様にして、球状のシリコン超微粉
体の表面処理を行つた。この場合の条件は、トル
エンガンス（10Torr）、アルゴンガス
（290Torr）、温度800℃、30分間の加熱とした。

原子状の炭素薄膜が形成された。表面に付着し
た超薄膜の厚さは20Aで、層状のグラフアイト化
した膜になつている。

実施例 ３ また、同様にしてアルミナ（平均粒径500A）
の表面にも厚さ20Aの層状の炭素薄膜を形成し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、この発明に用
いることのできる装置の例を示した断面図であ
る。図中の番号は次のものを示している。 １……超微粉体、２２……試料だめ、２３，２
４……ガスボンベ、２５……搬送管、２６……加
熱管、２７……電気炉、２８……冷却器、２９…
…捕集器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超微粉体を反応性ガス、または反応性ガスと
   不活性ガスとの混合ガスによつて搬送管を経由し
   て加熱炉に導き、この加熱炉中を浮遊降下する際
   に加熱し、該粉体の表面に反応性ガスに基づく超
   薄膜を形成して冷却後に捕集するとともに、余剰
   ガスおよび不活性ガスを循環することを特徴とす
   る超微粉体の超薄膜被覆法。