JPH0258352B2 - - Google Patents
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- JPH0258352B2 JPH0258352B2 JP62128343A JP12834387A JPH0258352B2 JP H0258352 B2 JPH0258352 B2 JP H0258352B2 JP 62128343 A JP62128343 A JP 62128343A JP 12834387 A JP12834387 A JP 12834387A JP H0258352 B2 JPH0258352 B2 JP H0258352B2
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Description
[産業上の利用分野]
本発明はホウ素及び塩素を含有する炭素材料、
および導電性の高い炭素材料の製造法に関する。
[従来の技術]
従来、炭素、水素、ホウ素から成る有機ホウ素
化合物モノマに用いて基材上に熱分解させた後、
加熱処理することにより導電性グラフアイト材料
を得る方法が知られている。(特願昭61−152678
号公報)。また塩素には、有機ポリマーを焼成し
て炭素化する際の脱水素化剤としての効果があ
り、水素を塩素置換したポリマを炭素化する場合
に炭素材料の収率が向上することが知られてい
る。(P.L.Walker、Jr.編。Chemistry and
Phisics of Carbon、volume 7、p.p.328〜332、
1971年発行)。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、特願昭61−152678号公報に記載
の方法はガスを熱分解によつて基材上に堆積させ
る際の堆積速度が遅くまた、熱処理を行なつた後
の炭素材料の導電性、炭素化度が不充分であると
いつた問題点があつた。
また、塩素についても、脱水素促進効果による
炭素化開始温度の低減や炭素収率の向上に対する
塩素の効果は知られているが、炭素層の形成に及
ぼす効果、熱処理によるグラフアイト化に際して
の触媒効果、またとくにホウ素との共触媒効果に
関しては全く知られていない。
また、特開昭61−222116号公報においては、炭
素とハロゲンを含む化合物を用いて堆積膜を成膜
する際に、ホウ素などでドーピングすることが記
載されている。
しかしながら、この技術はアモルフアス状炭素
を製造するものであつた。
さらに、特開昭61−170570号公報においては、
炭化水素ガスを原料として、プラズマ放電により
炭素膜を形成し、2000℃以上で熱処理を行なう技
術が記載されている。
しかしながら、かかる技術においても、導電
性、グラフアイト化度の点で不十分なものであつ
た。
また、特公昭47−11325号公報においては、メ
タンまたは天然ガスを用いて熱分解グラフアイト
を蒸着させる際に、ホウ素を共着させる技術が開
示されているが、かかる発明は、熱分解グラフア
イト体の残留応力レベルを著しく低下させること
を目的としたものであつて、十分に高い導電性を
有するグラフアイトを得ることができるものでは
なかつた。
本発明は、炭素層の堆積速度が早いために生産
性の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、グラフア
イト化度を有する炭素材料(特に繊維)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、
塩素を含む有機ホウ素化合物、あるいは三塩化
ホウ素及び芳香族炭化水素からなる混合ガスを
主たるモノマガスとして、温度1000〜2000℃、
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法。
(2) 基材上に炭素層を製造する方法において、塩
素を含む有機ホウ素化合物、あるいは三塩化ホ
ウ素及び芳香族炭化水素からなる混合ガスを主
たるモノマガスとして、温度1000〜2000℃、分
圧1〜200mmHg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法。」
本発明において基材とは、繊維、成形体、板
状、フイルム、シートなどいかなる形状であつて
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
は繊維状炭素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、もちろん連続的繊維も使用される。連続繊維
としては、モノフイラメントであつてもマルチフ
イラメントであつてもよい。炭素繊維は、ポリア
クリロニトリル系、ピツチ系など、どのようなも
のであつてもよい。通常5〜20μm程度の単糸径
を有するものを使用する。
本発明で言う導電性炭素層とは、sp2結合によ
り結合した6員環炭素から構成される面がフアン
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炭素層で
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
3.360Å以下であるということによつて特徴付け
られる化合物からなる炭素層である。
本発明において、まず基材上にホウ素及び塩素
を含んだ炭素材料を堆積する方法としては、化学
気相蒸着法(Chemical 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、1000
〜2000℃であり、好ましくは1200〜1700℃であ
る。1000℃未満では炭素層の堆積速度が著しく遅
くなる。また2000℃を越えると、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。
熱分解させるガスは、塩素を含む有機ホウ素化
合物を主成分とするガス、もしくは三塩化ホウ素
及び芳香族炭化水素を主成分とするガスが良い。
ガスとして塩素を含む有機ホウ素化合物を主成分
とするガスを用いた場合は、炭素、水素、ホウ素
だけから成る有機ホウ素化合物を用いた場合に比
べて、炭素の収率が向上して堆積速度が速くなる
と共に、よりグラフアイト化が容易な炭素材料が
得られるからである。塩素を含む有機化合物とし
ては、エチルホウ素ジクロライド、ジエチルホウ
素クロライドがより好ましい。化学気相蒸着法に
用いるに適した蒸気圧を持つているからである。
また、モノマガスとして三塩化ホウ素及び芳香族
炭化水素を主成分とするガスを用いた場合は、炭
素、水素、ホウ素だけから成る有機ホウ素化合物
を用いた場合に比べて、より炭素化が容易な炭素
材料が得られる。しかし、塩素を含む有機ホウ素
化合物を用いた場合と比べると炭素化度、導電性
では劣る。芳香族炭化水素としては、何でもよい
が、ベンゼンが好ましい。
モノマガスの熱分解は、モノマガスの分圧が1
〜200mmHgの範囲内で行う。分圧が、200mmHgを
越えると、副生成物が生じがちであり、1mmHg
未満では、堆積速度が著しく遅くなるためであ
る。特に、塩素を含む有機ホウ素化合物を用いる
場合、有機ホウ素化合物の分圧が1〜100mmHgの
範囲が好ましく用いられる。さらに好ましくは2
〜30mmHgの範囲内が良い。熱分解は窒素やアル
ゴンの共存下で、またさ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。
炭素層の厚みは、モノマガスの分圧、熱分解温
度、熱分解時間によつて調節できる。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、10〜200μm程度であるのが好まし
い。なお、基材となる炭素繊維をマルチフイラメ
ントの形態で供する場合には、堆積した炭素層に
よつ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、可撓性炭素材料を得るため
には層の形成速度を極力遅くすることが好まし
い。
以上の方法で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炭素材料
について、次に、熱処理することにより高導電性
炭素層を有する炭素材料を得ることができる。こ
の際の熱処理温度は2000℃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
〜2700℃が良い。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(intercalate)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』、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、
IClなどのハロゲン化合物、CuCl2、FeCl2等の金
属ハロゲン化物、硝酸、硫酸、AsF5等の酸、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つて、ホウ
素及び塩素を含有する炭素材料、および導電性の
高い炭素材料を得ることができる。
[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
を行ないながらトリエチルホウ素を分圧3mmHg
て導入し、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
あつた。
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
を行いながらジエチルホウ素クロライドを分圧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
60μmであつた。
実施例 2
実施例1と同様にしてエチルホウ素ジクロライ
ドを分圧3mmHg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65μmであつた。
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1500℃に
通電加熱を行いながら、ベンゼンを分圧10mmHg
で導入し、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、熱処理を行つた。得られた繊維の直
径は90μmであつた。直流四端子法により室温で
の電導度を測定したところ、1.6×103S/cmであ
つた。
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2700℃、30分間、熱処理を行つて
得られた繊維の室温での電導度を測定したとこ
ろ、2.1×103S/cmであつた。
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45cm
の石英製反応管中を2個の金属ローラーを用いて
連続的に走行させ、該ローラにより1350℃に通電
加熱を行いながら、トリエチルホウ素を分圧3mm
Hgで導入し、ホウ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、熱処理を行つた。
得られた繊維の直径は100μmであつた。直流四
端子法により室温での電導度を測定したところ、
3.1×103S/cmであつた。
比較例 5
比較例4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、熱処理を行つて
得られた繊維の室温での電導度を測定したとこ
ろ、4.9×103S/cmであつた。
実施例 3
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、ジエチルホウ素クロライ
ドを分圧3mmHgで導入し、ホウ素及び塩素を含
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、熱処理を行つた。得られた繊維の直径は
120μmであつた。直流四端子法により室温での
電導度を測定したところ、6.5×103S/cmであつ
た。比較例2または比較例5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2700℃の繊維、またさらに比
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と同様にしてエチルホウ素ジクロライ
ドを分圧3mmHgで導入し、ホウ素及び塩素を含
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、熱処理を行つた。得られた繊維の直径は
130μmであつた。直流四端子法により室温での
電導度を測定したところ、7.5×103S/cmであつ
た。
実施例 5
実施例3と同様にして分圧10mmHgのベンゼン
及び分圧10mmHgの三塩化ホウ素から成る混合ガ
スを導入し、ホウ素及び塩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
つた。得られた繊維の直径は60μmであつた。直
流四端子法により室温での電導度を測定したとこ
ろ、5.0×103S/cmであつた。
実施例 6
比較例2および比較例4および実施例4により
得られた炭素繊維に対し、理学電機(株)製広角X線
デイフラクトメータを用いて、Cu−Kα線を使用
したX線回折を透過法で測定した。その結果を第
1図に示す。第1図において、aは比較例2で得
られたものを、bは比較例4で得られたものを、
cは実施例4で得られた炭素繊維を示す。
また、(002)回折線位置から得られる層面間隔
を表1に、(002)回折線線幅から得られる結晶子
サイズ(c軸方向)を表2に示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a carbon material containing boron and chlorine,
and a method for producing highly conductive carbon materials. [Prior Art] Conventionally, an organic boron compound monomer consisting of carbon, hydrogen, and boron is thermally decomposed on a substrate, and then
A method of obtaining a conductive graphite material by heat treatment is known. (Special application 1986-152678
Publication No.). In addition, chlorine has the effect of acting as a dehydrogenating agent when carbonizing organic polymers by firing, and it is known that the yield of carbon materials improves when carbonizing polymers in which hydrogen has been replaced with chlorine. ing. (PL Walker, Jr. ed. Chemistry and
Physics of Carbon, volume 7, pp328-332,
Published in 1971). [Problems to be Solved by the Invention] However, the method described in Japanese Patent Application No. 152,678/1980 has a slow deposition rate when depositing gas on a substrate by thermal decomposition, and also requires heat treatment. There were problems in that the conductivity and degree of carbonization of the carbon material were insufficient after treatment. Regarding chlorine, it is known that chlorine is effective in reducing the carbonization start temperature and improving carbon yield by promoting dehydrogenation. Nothing is known about its effects, especially its cocatalytic effect with boron. Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 61-222116 describes doping with boron or the like when forming a deposited film using a compound containing carbon and halogen. However, this technique produced amorphous carbon. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-170570,
A technique is described in which a carbon film is formed by plasma discharge using hydrocarbon gas as a raw material, and then heat-treated at 2000°C or higher. However, even this technique was insufficient in terms of conductivity and degree of graphitization. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 11325/1983 discloses a technique for co-depositing boron when pyrolytic graphite is vapor-deposited using methane or natural gas; The purpose of this method was to significantly reduce the level of residual stress in the body, but it was not possible to obtain graphite with sufficiently high conductivity. The present invention relates to a method for producing a carbon material in which productivity is improved due to a high deposition rate of a carbon layer, and a carbon material (especially fiber) having higher conductivity and graphitization degree at the same heat treatment temperature as conventional ones. The purpose is to provide a manufacturing method for. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. "(1) In a method of manufacturing a carbon layer on a base material,
The main monomer gas is an organic boron compound containing chlorine or a mixed gas consisting of boron trichloride and aromatic hydrocarbons at a temperature of 1000 to 2000°C.
A method for producing a carbon material, characterized by thermal decomposition on a base material at a pressure of 1 to 200 mmHg. (2) In a method for producing a carbon layer on a substrate, an organic boron compound containing chlorine or a mixed gas consisting of boron trichloride and an aromatic hydrocarbon is used as the main monomer gas, at a temperature of 1000 to 2000°C, and a partial pressure of 1 to pyrolyzed onto the substrate at 200 mmHg, then
A method for producing carbon materials characterized by heat treatment at a temperature of 2000°C or higher. In the present invention, the base material may be in any shape such as fiber, molded body, plate, film, or sheet. A particularly preferred base material is carbon fiber. This is because fibrous carbon can be produced when carbon fiber is used as the base material. As carbon fibers, fibers of 10 mm or more are used, and of course continuous fibers are also used. The continuous fibers may be monofilament or multifilament. The carbon fiber may be of any type, such as polyacrylonitrile type or pitch type. Usually, those having a single yarn diameter of about 5 to 20 μm are used. The conductive carbon layer referred to in the present invention is a carbon layer made of a compound whose main component is carbon, in which a structure has been developed in which surfaces composed of six-membered ring carbons bonded by sp 2 bonds are bonded by van der Waals bonds. Miller index (002) using X-ray diffraction method
The interplanar spacing obtained from the measurement of the diffraction line shown is
It is a carbon layer consisting of a compound characterized by having a thickness of 3.360 Å or less. In the present invention, first, a chemical vapor deposition method is used as a method for depositing a carbon material containing boron and chlorine on a base material. That is, the carbon layer is deposited by heating the base material while stopping or continuously moving it to thermally decompose the monomer gas on the base material.
Thermal decomposition temperature depends on the monomer gas used, but
-2000°C, preferably 1200-1700°C. Below 1000°C, the carbon layer deposition rate becomes significantly slow. Moreover, if the temperature exceeds 2000°C, thread breakage tends to occur due to abnormally high temperature caused by reaction heat when a fibrous base material is used, which is not preferable. The gas to be thermally decomposed is preferably a gas whose main component is an organic boron compound containing chlorine, or a gas whose main components are boron trichloride and an aromatic hydrocarbon.
When a gas whose main component is an organic boron compound containing chlorine is used, the yield of carbon is improved and the deposition rate is faster than when an organic boron compound consisting only of carbon, hydrogen, and boron is used. This is because not only is the speed increased, but also a carbon material that can be more easily graphitized can be obtained. As the organic compound containing chlorine, ethyl boron dichloride and diethyl boron chloride are more preferable. This is because it has a vapor pressure suitable for use in chemical vapor deposition.
In addition, when using a gas whose main components are boron trichloride and aromatic hydrocarbons as a monomer gas, carbonization is easier than when using an organic boron compound consisting only of carbon, hydrogen, and boron. Materials are obtained. However, the degree of carbonization and conductivity are inferior to those using organic boron compounds containing chlorine. Any aromatic hydrocarbon may be used, but benzene is preferred. In the thermal decomposition of monomer gas, the partial pressure of monomer gas is 1
Perform within the range of ~200mmHg. If the partial pressure exceeds 200mmHg, by-products tend to be generated, and 1mmHg
This is because if the amount is less than that, the deposition rate becomes significantly slow. In particular, when using an organic boron compound containing chlorine, a partial pressure of the organic boron compound is preferably used in a range of 1 to 100 mmHg. More preferably 2
A range of ~30mmHg is good. Thermal decomposition can be carried out in the presence of nitrogen or argon, and if necessary, also in the presence of hydrogen. The thermal decomposition time varies depending on the type of monomer gas used, partial pressure, and thermal decomposition temperature, but is usually about several minutes to several tens of minutes. In order to form a more homogeneous carbon layer, it is preferable to lower the partial pressure of the monomer gas as much as possible within a preferred range and lengthen the thermal decomposition time. The thickness of the carbon layer can be adjusted by controlling the monomer gas partial pressure, thermal decomposition temperature, and thermal decomposition time. In particular, in order to obtain a flexible and highly conductive material using a fibrous base material, the thickness is preferably about 10 to 200 μm. In addition, when providing carbon fiber as a base material in the form of a multifilament, flexibility tends to be lost as the single fibers are bound together by the deposited carbon layer. In order to obtain a carbonaceous material, it is preferable to slow down the layer formation rate as much as possible. The carbon material obtained by the above method can be used as a drum, prepreg, heat-resistant plate, etc. The carbon layer-covered carbon material obtained by the above method is then heat-treated to obtain a carbon material having a highly conductive carbon layer. The heat treatment temperature at this time is preferably 2000°C or higher and 2900°C or lower. More preferably 2300
~2700℃ is good. The heat treatment time is preferably 5 to 60 minutes. It is also possible to intercalate an electron-donating or electron-accepting substance into the carbon material obtained by the above method in order to obtain a material with higher conductivity. The method is described, for example, in "Carbon", published by the Carbon Materials Society, vol. 111, p. 171 (1982).
It is described in. Examples of electron-donating or electron-accepting substances include alkali metals such as potassium and cesium, halogen gases such as chlorine and bromine,
Halogen compounds such as ICl, metal halides such as CuCl 2 and FeCl 2 , acids such as nitric acid, sulfuric acid, and AsF 5 , and intermetallic compounds such as alkali metal-mercury and mercury-bismuth are used, but they are inexpensive. , and nitric acid is most preferred since the product is stable. By the production method according to the present invention described above, a carbon material containing boron and chlorine and a highly conductive carbon material can be obtained. [Example] Comparative Example 1 Carbon fiber (Thornel-P75, manufactured by UCC, USA) was attached to a fixed electrode, and triethylboron was heated at a partial pressure of 3 mmHg under reduced pressure to 1350°C.
A carbon layer was deposited on the carbon fibers. Ten
The diameter of the fibers obtained with a reaction time of minutes was 50 μm. Example 1 Carbon fiber (Thornel-P75, manufactured by UCC, USA) was attached to a fixed electrode, and diethyl boron chloride was heated at a partial pressure of 3 while heating with electricity to 1350°C under reduced pressure.
mmHg was introduced and a carbon layer was deposited on the carbon fiber. The diameter of the fiber obtained with a reaction time of 10 minutes is
It was 60 μm. Example 2 In the same manner as in Example 1, ethyl boron dichloride was introduced at a partial pressure of 3 mmHg to deposit a carbon layer on the carbon fibers. The diameter of the fibers obtained with a reaction time of 10 minutes was 65 μm. Comparative Example 2 Base material carbon fiber (Thornel, manufactured by UCC, USA)
−P75) in an argon atmosphere with a diameter of 15 mm and a total length of 45 cm.
Two metal rollers were used to run continuously through a quartz reaction tube, and while heating the benzene with electricity to 1500°C through the rollers, the benzene was heated at a partial pressure of 10 mmHg.
and a carbon layer was deposited on the carbon fibers. The fibers thus obtained were heated at 2500 °C in an argon stream.
Heat treatment was performed at ℃ for 30 minutes. The diameter of the obtained fibers was 90 μm. When the electrical conductivity at room temperature was measured by the DC four-terminal method, it was 1.6×10 3 S/cm. Comparative Example 3 After depositing a carbon layer in the same manner as in Comparative Example 2, the fibers were heat-treated at 2700°C for 30 minutes in an argon stream, and the conductivity at room temperature of the resulting fiber was measured to be 2.1×10 3 It was S/cm. Comparative Example 4 Base material carbon fiber (Thornel, manufactured by UCC, USA)
−P75) in an argon atmosphere with a diameter of 15 mm and a total length of 45 cm.
Two metal rollers were used to run continuously through a quartz reaction tube, and triethylboron was heated at a partial pressure of 3 mm while being electrically heated to 1350°C by the rollers.
Hg was introduced and a boron-containing carbon layer was deposited on the carbon fiber. The fibers thus obtained were heat treated at 2500°C for 30 minutes in an argon stream.
The diameter of the obtained fibers was 100 μm. When the electrical conductivity was measured at room temperature using the DC four-terminal method,
It was 3.1×10 3 S/cm. Comparative Example 5 After depositing a carbon layer in the same manner as in Comparative Example 4, the fibers were heat-treated at 3000°C for 30 minutes in an argon stream, and the conductivity at room temperature of the resulting fiber was measured to be 4.9×10 3 It was S/cm. Example 3 Carbon fiber as a base material (Thornel, manufactured by UCC, USA)
−P75) in an argon atmosphere with a diameter of 15 mm and a total length of 45 cm.
Diethyl boron chloride was introduced at a partial pressure of 3 mmHg through two metal rollers that were continuously run through the quartz reaction tube, and heated to 1350°C through the rollers. A carbon layer was deposited on the carbon fiber. The fibers thus obtained were heat treated at 2500°C for 30 minutes in an argon stream. The diameter of the resulting fiber is
It was 120 μm. When the electrical conductivity at room temperature was measured by the DC four-terminal method, it was 6.5×10 3 S/cm. Fibers obtained in Comparative Example 2 or Comparative Example 5 with a heat treatment temperature of 2500°C, fibers obtained in Comparative Example 5 with a heat treatment temperature of 2700°C, and fibers obtained in Comparative Example 5 with a heat treatment temperature of 3000°C. It has a higher electrical conductivity than fibers. Example 4 In the same manner as in Example 3, ethyl boron dichloride was introduced at a partial pressure of 3 mmHg to deposit a carbon layer containing boron and chlorine on the carbon fibers. The fibers thus obtained were heat treated at 2500°C for 30 minutes in an argon stream. The diameter of the resulting fiber is
It was 130 μm. When the electrical conductivity at room temperature was measured by the DC four-terminal method, it was 7.5×10 3 S/cm. Example 5 In the same manner as in Example 3, a mixed gas consisting of benzene at a partial pressure of 10 mmHg and boron trichloride at a partial pressure of 10 mmHg was introduced to deposit a carbon layer containing boron and chlorine on the carbon fiber. The fibers thus obtained were heat treated at 2500°C for 30 minutes in an argon stream. The diameter of the obtained fibers was 60 μm. When the electrical conductivity at room temperature was measured by the DC four-terminal method, it was 5.0×10 3 S/cm. Example 6 The carbon fibers obtained in Comparative Example 2, Comparative Example 4, and Example 4 were subjected to X-ray diffraction using Cu-Kα rays using a wide-angle X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. Measured by transmission method. The results are shown in FIG. In FIG. 1, a represents the result obtained in Comparative Example 2, b represents the result obtained in Comparative Example 4,
c indicates the carbon fiber obtained in Example 4. Further, Table 1 shows the interlayer spacing obtained from the (002) diffraction line position, and Table 2 shows the crystallite size (c-axis direction) obtained from the (002) diffraction line width.
【表】【table】
【表】
このように、本発明による高導電性を有する炭
素繊維は層面間隔が小さく、また同時に結晶子サ
イズが大きく、グラフアイト化度が高いことが分
る。
実施例 7
比較例2、比較例4および実施例3、4、5に
より得られた炭素繊維に対し、仏国、Jobin−
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-1範囲で測定した。その結果を第2図に示
す。
第2図において、aは比較例2で得られた炭素
繊維(ベンゼンをモノマとし、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℃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(ジエチルホ
ウ素クロライドをモノマとし、2500℃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(エチルホウ
素ジクロライドをモノマとし、2500℃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
び三塩化ホウ素か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.Koenig著 J.
Chem.Physics53(3)1126(1870).)によれば、1590
cm-1のピークAはグラフアイトに、1370cm-1のピ
ークBはアモルフアス炭素に帰属される。従つ
て、ピークAの強度IAとピークBの強度IBの強
度比IB/IAが小さい方が、またピークAの半値
幅が狭い方が、グラフアイ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
られた炭素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3に、ピークAの
半値幅を表4に示す。[Table] As shown, it can be seen that the highly conductive carbon fiber according to the present invention has a small interlayer spacing, a large crystallite size, and a high degree of graphitization. Example 7 The carbon fibers obtained in Comparative Example 2, Comparative Example 4, and Examples 3, 4, and 5 were manufactured by Jobin-
Using a Yvon laser Raman microprobe, we measured the Raman spectrum of the side of the fiber from 1200 to 1200.
Measured in a range of 1800 cm -1 . The results are shown in FIG. In FIG. 2, a indicates the carbon fiber obtained in Comparative Example 2 (using benzene as a monomer and heat-treated at 2500° C.). b is the carbon fiber obtained in Comparative Example 5 (triethyl boron is used as a monomer and heat treated at 2500°C)
shows. c indicates the carbon fiber obtained in Example 3 (using diethyl boron chloride as a monomer and heat-treated at 2500°C). d indicates the carbon fiber obtained in Example 4 (using ethyl boron dichloride as a monomer and heat-treated at 2500°C). e is the carbon fiber obtained in Example 5 (the monomer is a mixed gas consisting of benzene and boron trichloride,
heat treated at 2500℃). Literature (F.Tuinstra & JLKoenig, J.
Chem.Physics53(3)1126(1870). ), 1590
Peak A at cm -1 is assigned to graphite, and peak B at 1370 cm -1 is assigned to amorphous carbon. Therefore, the smaller the intensity ratio IB/IA between the intensity IA of peak A and the intensity IB of peak B, and the narrower the half-width of peak A, the higher the degree of graphitization. Table 3 shows the intensity ratio IB/IA obtained from Raman spectroscopy of the carbon fibers obtained in Comparative Examples 2 and 4 and Examples 3, 4, and 5, and Table 4 shows the half-value width of peak A.
【表】【table】
【表】
このように、本発明による高導電性炭素繊維は
グラフアイ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向上により
生産性が向上した炭素材料の製造法、さらに、高
い導電性、グラフアイト化度を有する炭素材料
(とくに繊維)の製造法を提供することができる。[Table] Thus, it can be seen that the highly conductive carbon fiber according to the present invention has a high degree of graphitization. [Effects of the Invention] The present invention provides a method for producing a carbon material with improved productivity due to an improvement in the deposition rate of the carbon layer, and a method for producing a carbon material (especially fiber) having high conductivity and a degree of graphitization. can be provided.
第1図は各種炭素繊維を理学電機(株)製広角X線
デイフラクトメータを用いて、Cu−Kα線を使用
したX線回折を透過法で測定した結果を示す。
aは比較例2で、bは比較例4で、cは実施例
4で得られたそれぞれの炭素繊維についてのスペ
クトルを示す。
第2図は各種炭素繊維を仏国、Jobin−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-1の
範囲で測定した結果を示す。
aは比較例2で、bは比較例4で、cは実施例
3で、dは実施例4で、eは実施例5で、得られ
たそれぞれの炭素繊維のスペクトルを示す。
FIG. 1 shows the results of X-ray diffraction measurements using Cu-Kα rays of various carbon fibers using a wide-angle X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. using a transmission method. A shows the spectrum of the carbon fiber obtained in Comparative Example 2, b shows the spectrum of Comparative Example 4, and c shows the spectrum of each carbon fiber obtained in Example 4. Figure 2 shows various types of carbon fibers being processed using a laser Raman microprobe manufactured by Jobin-Yvon, France.
The results of measuring the Raman spectrum of the side surface of the fiber in the range of 1200 to 1800 cm -1 are shown. The spectra of the carbon fibers obtained in a are Comparative Example 2, b are Comparative Example 4, c are Example 3, d are Example 4, and e are Example 5.
Claims (1)
素を含む有機ホウ素化合物、あるいは三塩化ホウ
素及び芳香族炭化水素からなる混合ガスを主たる
モノマガスとして、温度1000〜2000℃、圧力1〜
200mmHgで基材上に熱分解することを特徴とする
炭素材料の製造法。 2 塩素を含む有機ホウ素化合物が、エチルホウ
素ジクロライド、ジエチルホウ素クロライドから
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1項記載の炭素材料の製造法。 3 圧力が、1〜100mmHg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
法。 4 芳香族炭化水素が、ベンゼンであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭素材料の
製造法。 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法。 6 基材上に炭素層を製造する方法において、塩
素を含む有機ホウ素化合物、あるいは三塩化ホウ
素及び芳香族炭化水素からなる混合ガスを主たる
モノマガスとして、温度1000〜2000℃、圧力1〜
200mmHg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
料の製造法。 7 塩素を含む有機ホウ素化合物が、エチルホウ
素ジクロライド、ジエチルホウ素クロライドから
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6項記載の炭素材料の製造法。 8 圧力が、1〜100mmHg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
法。 9 芳香族炭化水素が、ベンゼンであることを特
徴とする特許請求の範囲第6項記載の炭素材料の
製造法。 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法。 11 加熱処理が、2300〜2800℃でなされること
を特徴とする特許請求の範囲第6項記載の炭素材
料の製造法。[Claims] 1. A method for producing a carbon layer on a substrate, using an organic boron compound containing chlorine or a mixed gas consisting of boron trichloride and an aromatic hydrocarbon as the main monomer gas, at a temperature of 1000 to 2000°C, Pressure 1~
A method for producing carbon materials characterized by pyrolysis on a substrate at 200 mmHg. 2. The method for producing a carbon material according to claim 1, wherein the organic boron compound containing chlorine is at least one selected from ethyl boron dichloride and diethyl boron chloride. 3. The method for producing a carbon material according to claim 1, wherein the pressure is 1 to 100 mmHg. 4. The method for producing a carbon material according to claim 1, wherein the aromatic hydrocarbon is benzene. 5. The method for producing a carbon material according to claim 1, wherein the base material is carbon fiber. 6 In a method for producing a carbon layer on a substrate, an organic boron compound containing chlorine or a mixed gas consisting of boron trichloride and an aromatic hydrocarbon is used as the main monomer gas at a temperature of 1000 to 2000°C and a pressure of 1 to
A method for producing a carbon material, characterized by pyrolysis on a base material at 200 mmHg, and then heat treatment at a temperature of 2000°C or higher. 7. The method for producing a carbon material according to claim 6, wherein the organic boron compound containing chlorine is at least one selected from ethyl boron dichloride and diethyl boron chloride. 8. The method for producing a carbon material according to claim 6, wherein the pressure is 1 to 100 mmHg. 9. The method for producing a carbon material according to claim 6, wherein the aromatic hydrocarbon is benzene. 10. The method for producing a carbon material according to claim 6, wherein the base material is carbon fiber. 11. The method for producing a carbon material according to claim 6, wherein the heat treatment is performed at 2300 to 2800°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62128343A JPS63293164A (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Manufacture of carbon material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62128343A JPS63293164A (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Manufacture of carbon material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63293164A JPS63293164A (en) | 1988-11-30 |
| JPH0258352B2 true JPH0258352B2 (en) | 1990-12-07 |
Family
ID=14982457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62128343A Granted JPS63293164A (en) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Manufacture of carbon material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63293164A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1957122B (en) | 2004-03-11 | 2010-05-05 | 帝人株式会社 | Carbon fiber |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61170570A (en) * | 1985-01-25 | 1986-08-01 | Agency Of Ind Science & Technol | Formation of conductive graphite film |
| JPH0831411B2 (en) * | 1985-03-27 | 1996-03-27 | キヤノン株式会社 | Deposited film formation method |
| JPS62124272A (en) * | 1985-11-22 | 1987-06-05 | Agency Of Ind Science & Technol | Formation of electrically conductive carbon film |
| JPS6310405A (en) * | 1986-07-01 | 1988-01-18 | 工業技術院長 | Conducting graphite material and manufacture thereof |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP62128343A patent/JPS63293164A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63293164A (en) | 1988-11-30 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |