JPS63293163A - 炭素材料の製造方法 - Google Patents

炭素材料の製造方法

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JPS63293163A
JPS63293163A JP62128342A JP12834287A JPS63293163A JP S63293163 A JPS63293163 A JP S63293163A JP 62128342 A JP62128342 A JP 62128342A JP 12834287 A JP12834287 A JP 12834287A JP S63293163 A JPS63293163 A JP S63293163A
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carbon
boron
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誠司 福田
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昭夫 高橋
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遵 塚本
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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] 本発明はホウ素及び窒素を含有する炭素材料の製造方法
および導電性の高い炭素材料の製造方法に関する。
[従来の技術] 従来、炭素、水素、ホウ素から成る有機ホウ素化合物を
モノマに用いて基材上に熱分解させた後、加熱処理をす
ることにより導電性グラファイト材料を得る方法が知ら
れている。(特願昭61−152678号公報)。
また、シアノ基を含むアセチレン化合物を800℃以上
1600℃未満の温度で反応させ、次いで不活性雰囲気
中で2500℃以上の温度で熱処理することで高導電性
グラフディトを得る方法が知られている。(特開昭61
−63512号公報)[発明が解決しようとする問題点
] しかしながら、かかる技術は、ガスを熱分解することに
よって基材上に炭素層を堆積させる際の堆積速度が遅く
、また、熱処理を行なった後の炭素材料の導電性、グラ
ファイト化度が不十分であるといっな問題点があった。
本発明は、堆積速度が早くなることによって生産性が向
上される炭素材料の製造方法、および、従来と同じ熱処
理温度でより高い導電性、グラフディト化度を有する高
導電性炭素材料(とくに繊維)の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明は下記の構成を有する。
[(1)基材上に炭素層を製造する方法において、シア
ノアセチレンおよびホウ素化合物を主成分としてなるガ
スを、温度900〜18oO℃、圧力1〜200mmH
gで基材上に熱分解することを特徴とする炭素材料の製
造方法。
(2)  基材上に炭素層を製造する方法において、シ
アノアセチレン及びホウ素化合物を主成分としてなるガ
スを、温度900〜1800℃、分圧1〜200mmH
gで基材上に熱分解し、ついで、2000℃以上の温度
で加熱処理することを特徴とする炭素材料の製造方法。
」 本発明において基材とは、繊維、成形体、板状、フィル
ム、シートなどいかなる形状であってもよい。とくに好
ましい基材としては、炭素繊維が上げられる。基材とし
て炭素繊維を用いた時には繊維状グラファイトを製造す
ることが出来るからである。炭素繊維としては10mm
以上の繊維が用いられ、もちろん連続繊維も使用される
。連続繊維としては、モノフィラメントであってもマル
チフィラメントであってもよい。炭素繊維は、ポリアク
リロニトリル系、ピッチ系など、どのようなものであっ
てもよい。通常5〜20μm程度の単糸径を有するもの
を使用する。
本発明で言う炭素層とは、Sp2結合により結合しな6
員環炭素から構成される面がファンデルワールス結合に
より結合して成る構造が発達した炭素を主成分とする化
合物からなる層であり、特にX線回折法を用いてミラー
指数(002)で示される回折線の測定から求めた面間
隔が3.360大以下であるということによって特徴付
けられる化合物からなる層である。
本発明において、まず基材上にシアノアセチレンおよび
有機ホウ素化合物を主成分としてなるガスを熱分解によ
り堆積する方法としては、化学気相蒸着法(Chemi
cal vapour Deposition)を用い
る。すなわち、上記基材を停止もしくは連続的に移動さ
せながら加熱し、基材上でモノマガスを熱分解すること
により炭素層を堆積せしめる。熱分解温度は使用するモ
ノマガスによるが、900〜1800℃であり、好まし
くは1200〜1700℃である。900℃未満では炭
素層の堆積速度が著しく遅くなる。また1800℃を超
えると、難グラファイト化炭素の生成量が多くなりがち
であると同時に、特に繊維状の基材を用いた時に反応熱
による異常高温により糸切れが生じ易くなりがちであり
、いずれも好ましくない。熱分解させるモノマガスは、
シアノアセチレンおよびホウ素化合物を主成分とするガ
スであればなんでも良い。
ホウ素化合物としてはハロゲン化ホウ素、有機ホウ素化
合物から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい
。ハロゲン化ホウ素としては三塩化ホウ素がより好まし
く、有機ホウ素化合物としては、トリエチルホウ素、フ
ェニルジボラン、ビニルジボラン、ジエチルホウ素クロ
ライド、エチルホウ素ジクロライドから這ばれる少なく
とも一つであることがより好ましい。
モノマガスの熱分解は、モノマガスの分圧が1−200
tllilHgの範囲内で行う。好ましくは2〜30 
mmHgの範囲内が良い。熱分解は窒素やアルゴンの共
存下で、またぎらに必要に応じて水素の共存下で行うこ
ともできる。
熱分解時間は、使用するモノマガスの種類、分圧、熱分
解温度により異なるが、通常数分から数十分程度である
。より均質な炭素層を形成するためには、モノマガスの
分圧を好ましい範囲内で、できるだけ低くして熱分解時
間を長くするのが好ましい。
かかる炭素層の厚みは、モノマガスの分圧、熱分解温度
、熱分解時間によって調節できる。特に繊維状の基材を
用いて、可撓性を有する、高導電性材料を得るためには
、5〜200μm程度であることが好ましい。なお、基
材となる炭素繊維をマルチフィラメントの形態で供する
場合には、堆積した炭素層によって単糸同士が結着され
ることで、可撓性が失われがちになるので、可視性炭素
材料を得るためには、被覆層の形成速度を極力遅くする
ことが好ましい。
以上の方法により得られた、炭素材料は、ドラム、プリ
プレグ、耐熱板等として用いることができる。
上記の方法により得られた炭素層被覆の炭素材料につい
て、次に、熱処理をすることにより高導電性グラフディ
ト材料を得ることができる。この際の熱処理温度は20
00℃以上であり、2900℃以下であることが好まし
い。さらに好ましくは2300〜2800℃である。熱
処理時間は5〜60分が好ましい。
また、より導電性の高い材料を得るために上記の方法で
得られた炭素材料に、電子供与性または電子受容性の物
質を挿入(1ntercalate )することも可能
である。その方法は、例えば炭素材料学会刊、「炭素1
、第111巻、第171ページ(1982年)に記載さ
れている。電子供与性または電子受容性の物質としては
、たとえばカリウム、セシウム等のアルカリ金属、塩素
、臭素等のハロゲンガス、■Onなどのハロゲン化合物
、Cu CQ2、FeCO2等の金属ハロゲン化物、硝
酸、硫酸、AsF5、アルカリ金属−水銀、水銀−ビス
マス等の金属間化合物などが使用されるが、安価であり
、しかも生成物が安定している硝酸が最も好ましい。
以上述べた本発明による製造法によって、堆積速度の早
い炭素材料の製造方法および導電性の高い炭素材料の製
造方法が得られる。
[実施例] 比較例1 炭素繊維(米国UCC社製、Thornel−P75)
を固定電極に取り付け、減圧下で1350℃に通電加熱
を行いながらトリエチルホウ素を分圧3 mmHgで導
入し、炭素層を炭素繊維上に堆積させた。10分間の反
応時間で得られた繊維の直径は、50μmであった。
実施例1 炭素繊維(米国UCC社製、Thornel−P75)
を固定電極に取り付け、減圧下で1350℃に通電加熱
を行ないながら、シアノアセチレンを分圧2順■0、ト
リエチルホウ素を分圧1 mm11gで導入し、炭素層
を炭素繊維上に堆積させた。10分間の反応時間で得ら
れた繊維の直径は90μmであった。
比較例1と比べ、約2倍の堆積速度である。
実施例2 実施例1と同様にしてシアノアセチレンを分圧1 mm
11g、トリエチルホウ素を分圧2 mmHgで導入し
、炭素層を炭素繊維上に堆積させた。10分間の反応待
間で得られた繊維の直径は75μmであった。
比較例2 基材である炭素繊維(米国UCC社製、Thornel
−P75)をアルゴン雰囲気で直径15m1l、全長4
5cmの石英製反応管中を2個の金属製ローラーを用い
て連続的に走行させ、該ローラを通して1350℃に通
電加熱を行いながら、シアノアセチレンを分圧3mmH
gで導入し、易グラファイト化炭素層を炭素繊維上に堆
積させた。このようにして得な繊維をアルゴン気流中で
2500℃、30分間、熱処理を行った。得られた繊維
の直径は140 )tmであった。直流四端子法により
室温での電導度を測定したところ、3 、6 X 10
3 S/cmであった。
比較例3 比較例2と同様にして炭素層を堆積した後、アルゴン気
流中で3000℃、30分間、熱処理を行って得られた
繊維の室温での電導度を測定したところ、1 、  I
 X 104 S/cmであった。
比較例4 基材である炭素繊維(米国UCC社製、Thornel
−P75)をアルゴン雰囲気で直径15mm、全長45
cmの石英製反応管中を連続的に走行させ、金属製のロ
ーラにより1350℃に通電加熱を行いながら、トリエ
チルホウ素を分圧3mmHgで導入し、ホウ素を含んだ
易グラフディト化炭素層を炭素繊維上に堆積させた。こ
のようにして得た繊維をアルゴン気流中で2500℃、
30分間、熱処理を行った。得られた繊維の直径は10
0μmであった。直流四端子法により室温での電導度を
測定したところ、3 、  I X 103 S/cm
であった。
−行って得られた繊維の室温での電導度を測定したとこ
ろ、4 、9 x 103 S/cmであった。
実施例3 基材の炭素繊維(米国UCC社製、Thornel−P
75)をアルゴン雰囲気で直径15mm、全長45Cm
の石英製反応管中を2個の金属製ローラーを用いて連続
的に走行させ、該ローラを通して1350℃に通電加熱
を行いながら、シアノアセチレンを分圧3mfllHg
、三塩化ホウ素を分圧3mmHgで導入し、ホウ素及び
窒素を含んだ炭素層を炭素繊維上に堆積させた。このよ
うにして得た繊維をアルゴン気流中で2500℃、30
分間、熱処理を行った。得られた繊維の直径は100μ
mであった。
直流四端子法により室温での電導度を測定したところ、
8.3X103S/cmであった。比較例2または比較
例4により得られた熱処理温度が2500℃の繊維、さ
らに比較例5により得られた熱処理温度が3000℃の
繊維と比べても高い電導度が得られている。
実施例4 実施例3と同様にしてシアノアセチレンを分圧3III
ITIHg、トリエチルホウ素を分圧3mmHgで導入
し、ホウ素及び窒素を含んだ炭素層を炭素繊維上に堆積
させた。このようにして得た繊維をアルゴン気流中で2
500℃、30分間、熱処理を行った。得られた繊維の
直径は110μmであった。
直流四端子法により室温での電導度を測定したところ、
5 、9 X 103 S/Cmであった。
実施例5 実施例3と同様にしてシアノアセチレンを分圧3mn+
Hg、ジエチルホウ素クロライドを分圧3mm)(gで
導入し、ホウ素及び窒素を含んだ炭素層を炭素繊維上に
堆積させた。このようにして得た繊維をアルゴン気流中
で2500℃、30分間、熱処理を行った。得られた繊
維の直径は100μmであった。直流四端子法により室
温での電導度を測定したところ、7 、 I X 10
3 S/cmであった。
実施例6 比較例2,4および実施例3,4.5により得られた炭
素繊維に対し、仏画、Job i n−Yvon社製レ
ーザーラマンマイクロプローブを使用して、繊維側面の
ラマンスペクトルを1200〜1800cm’の範囲で
測定した。その結果を図面に示す。
(a)′は比較例2で得られた炭素繊維(シアノアセチ
レンをモノマとし、2500℃で熱処理したもの)を示
す。
(b)は比較例5で得られた炭素繊維(トリエチルホウ
素をモノマとし、2500’Cで熱処理したもの)を示
す。
(c)は実施例3で得られた炭素繊維(シアノアセチレ
ン及び三塩化ホウ素がら成る混合ガスをモノマとし、2
500℃で熱処理したもの)を示す。
(d)は実施例4で得られた炭素繊維(シアノアセチレ
ン及びトリエチルホウ素がら成る混合ガスをモノマとし
、2500’Cで熱処理したもの)を示す。
(e)は実施例5で得られた炭素繊維(ベンゼン及びジ
エチル示つ素クロライドがら成る混合ガスをモノマとし
、2500℃で熱処理したもの)を示す。
文献(F、TuinStra & J、L、にoeni
g著 J、Ch(4f11.Physics  53(
3)1126(1870)、)によれば、1590cm
’のビークAはグラファイトに、1370cm’のビー
クBはアモルファス炭素に帰属される。従って、ピーク
Aの強度IAとビークBの強度IBの強度比IB/I^
が小さい方が、またピークAの半値幅が狭い方が、グラ
フディト化度が高いことになる。
比較例2.4および実施例3.4.5により得られたグ
ラフディト繊維に対するラマンスペクトル測定から得ら
れた強度比IB/IAを表1に、ピークAの半値幅を表
2に示す。
表    1 表   2 このように、本発明による高導電性炭素繊維はグラフデ
ィト化度が高いことが分る。
[発明の効果] 本発明により、炭素層の堆積速度の早い炭素材料の製造
方法、および、高い導電性、グラフディト化度を有する
炭素材料(とくに繊維)の製造方法を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
図面は、繊維側面のラマンスペクトルを1200〜18
00cm’の範囲で測定した結果を示す。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基材上に炭素層を製造する方法において、シアノ
    アセチレンおよびホウ素化合物を主成分としてなるガス
    を、温度900〜1800℃、圧力1〜200mmHg
    で基材上に熱分解することを特徴とする炭素材料の製造
    方法。
  2. (2)ホウ素化合物が、ハロゲン化ホウ素、有機ホウ素
    化合物から選ばれる少なくとも一つであることを特徴と
    する特許請求の範囲第(1)項記載の炭素材料の製造方
    法。
  3. (3)ハロゲン化ホウ素が、三塩化ホウ素化合物である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記載の炭素
    材料の製造方法。
  4. (4)有機ホウ素化合物が、トリエチルホウ素、フェニ
    ルジボラン、ビニルジボラン、ジエチルホウ素クロライ
    ド、エチルホウ素ジクロライドから選ばれる少なくとも
    一つであることを特徴とする特許請求の範囲第(2)項
    記載の炭素材料の製造方法。
  5. (5)基材が、炭素繊維であることを特徴とする特許請
    求の範囲第(1)項記載の炭素材料の製造方法。
  6. (6)基材上に導電性炭素層を製造する方法において、
    シアノアセチレン及びホウ素化合物を主成分としてなる
    ガスを、温度900〜1800℃、分圧1〜200mm
    Hgで基材上に熱分解し、ついで、2000℃以上の温
    度で加熱処理することを特徴とする炭素材料の製造方法
  7. (7)ホウ素化合物が、ハロゲン化ホウ素、有機ホウ素
    化合物から選ばれる少なくとも一つであることを特徴と
    する特許請求の範囲第(6)項記載の炭素材料の製造方
    法。
  8. (8)ハロゲン化ホウ素が、三塩化ホウ素化合物である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(6)項記載の炭素
    材料の製造方法。
  9. (9)有機ホウ素化合物が、トリエチルホウ素、フェニ
    ルジボラン、ビニルジボラン、ジエチルホウ素クロライ
    ド、エチルホウ素ジクロライドから選ばれる少なくとも
    一つであることを特徴とする特許請求の範囲第(7)項
    記載の炭素材料の製造方法。
  10. (10)基材が、炭素繊維であることを特徴とする特許
    請求の範囲第(6)項記載の炭素材料の製造方法。
  11. (11)加熱処理が、2300〜2800℃の温度で行
    なわれることを特徴とする特許請求の範囲第(6)項記
    載の炭素材料の製造方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6163512A (ja) * 1984-09-04 1986-04-01 Agency Of Ind Science & Technol 高導電性グラフアイトの製造方法
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