Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0440451B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0440451B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0440451B2
JPH0440451B2 JP62243293A JP24329387A JPH0440451B2 JP H0440451 B2 JPH0440451 B2 JP H0440451B2 JP 62243293 A JP62243293 A JP 62243293A JP 24329387 A JP24329387 A JP 24329387A JP H0440451 B2 JPH0440451 B2 JP H0440451B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
laser
compounds
gas
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62243293A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6485321A (en
Inventor
Katsuhide Murata
Kenji Sato
Masabumi Matsumoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority to JP62243293A priority Critical patent/JPS6485321A/en
Publication of JPS6485321A publication Critical patent/JPS6485321A/en
Publication of JPH0440451B2 publication Critical patent/JPH0440451B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/1271Alkanes or cycloalkanes
    • D01F9/1272Methane
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/1273Alkenes, alkynes
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/127Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by thermal decomposition of hydrocarbon gases or vapours or other carbon-containing compounds in the form of gas or vapour, e.g. carbon monoxide, alcohols
    • D01F9/133Apparatus therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[産業上の利用分野] 本発明は炭素繊維の製造方法に係り、特にレー
ザビームを利用して気相成長により炭素繊維を効
率的に製造する方法に関する。 [従来の技術] 炭素繊維は、従来らかPAN系、ピツチ系のも
のが商業生産されている。しかし、PAN系は高
価であり、ピツチ系はプロセスが複雑で品質の制
御がむずかしいなどの致命的な欠点がある。 一方、近年気相成長法が提案されている。従
来、気相成長炭素繊維は、電気炉内にアルミナな
どの磁器、黒鉛などの基板を置き、これに炭素成
長核、鉄、ニツケルなどの超微粒子触媒を形成せ
しめ、この上にベンゼンなどの炭化水素のガスと
水素キヤリヤガスの混合ガスを導入し、950〜
1300℃の温度下に炭化水素を分解せしめることに
より、基板上に炭素繊維を成長させる方法が知ら
れている。 しかし、このような方法では、基板表面の微
妙な温度ムラや、周囲の繊維の密生度によつて長
さの不均一が起り易いこと、また炭素の供給源
としてのガスが反応によつて消費されることによ
り反応管の入口に近い所と出口に近い所で繊維径
が相当異なること、基板表面でのみ生成が行な
われるため、反応管の中心部分は反応に関与せず
収率が悪いこと、超微粒子の基板への分散、還
元、成長次いで繊維の取出しという独立に実施を
必要とするプロセスがあるため、連続製造が不可
能であり、従つて生産性が悪いなどの問題点を有
する。 そこで、炭素化合物のガスと無機もしくは有機
遷移金属化合物のガスとキヤリヤガスとの混合ガ
スを高温反応させる炭素繊維の製造方法が提案さ
れた(特開昭60−54998,60−224816など)。 [発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記の特開昭60−54998,
224816などの方法では、反応容器も加熱されると
ころから、器壁に副生物が付着し、収率が低下し
たり、連続運転が困難である等の問題が生じてい
た。また、スケールアツプも容易ではなく、大量
生産に不向きである、あるいは加熱に電気炉を使
用しており、エネルギーコストが高い等の問題が
あつた。 [問題点を解決するための手段] 本発明は上記の問題を解決し、低温度にて炭素
繊維を高収率で製造する方法を提供するものであ
る。 本発明の炭素繊維の製造方法は、レーザ照射下
において、炭素化合物のガスと、浮遊状態にある
触媒粒子とを接触させて炭素を繊維状に析出させ
る方法であつて、レーザとして炭素化合物の光分
解に有効なレーザと触媒の振動励起に有効なレー
ザとの少なくとも2種類の波長の異なるレーザを
用いることを特徴とするものである。 即ち、本発明者らは、従来の問題点を解決する
べく鋭意検討を重ねた結果、 レーザ照射下において、炭素化合物のガスと、
浮遊状態にある触媒粒子とを接触させて炭素を繊
維状に析出させることを特徴とする炭素繊維の製
造方法、 及び、この方法の実施に好適な装置として、 内部を反応ゾーンとする反応容器と、 該反応ゾーンへ向けてレーザビームを照射する
レーザ装置と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の一方の側に連
設されたキヤリアガスの導入手段、炭素化合物ガ
スの導入手段及び触媒粒子又は触媒原料ガスの導
入手段と、 該反応ゾーンを挟んで反応容器の他方の側に連
設された炭素繊維の補集手段と、を備えたことを
特徴とする炭素繊維の製造装置、 を開発し、本出願人より先に特許出願した(特願
昭61−234896号。以下「先願」という。)。 本発明者らは、上記先願の方法において、エネ
ルギー効率をより向上させるべく更に研究を重ね
た結果、レーザとして、炭素化合物の光分解に有
用なレーザと、触媒の振動励起に有用なレーザと
の少なくとも2種類のレーザを用いることによ
り、各々のレーザエネルギーが有効に作用して、
エネルギー効率をより高めることができることを
見出し、本発明を完成させた。 以下、本発明についてさらに詳細に説明する。 本発明における炭素化合物とは、ガス化可能な
炭素化合物全般を対象としており、CCl4
CHCl3,CH2Cl2,CH3Cl,CO、CS2等の無機化
合物と有機化合物全般を対象とする。特に有用性
の高い化合物は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水
素である。また、これらの他窒素、酸素、硫黄、
弗素、沃素、燐、砒素等の元素を含んだ誘導体も
使用可能である。具体的な個々の化合物の例の一
部を挙げると、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、ブタジエン
等のアルケン化合物、アセチレン等のアルキレン
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
エ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
パラフイン化合物、シクロペンテン、シクロヘキ
サン等のシクロオレフイン化合物、ステロイド等
の縮合環を有する脂環式炭化水素化合物、メチル
チオール、メチルエチルスルテイド、ジメチルチ
オケトン等の含硫黄脂肪族化合物、フエニルチオ
ール、ジフエニルスルフイド等の含硫黄芳香族化
合物、ベンゾチオフエン、チオフエン等の含硫黄
複素環式化合物、また単体ではないがガソリン等
の消防法危険物第四類、第一石油類、ケロシン、
テレピン油、樟脳油、松根油等の第二石油類、重
油等の第三石油類、ギヤー油、シリンダ油等の第
四石油類も有効に使用できる。また、これら混合
物も使用できることは言うに及ばない。 本発明において、触媒としては、無機遷移金属
化合物、Siの無機化合物、有機遷移金属化合物、
Siの有機化合物などが挙げられる。この無機遷移
金属化合物とは、単独で気化が可能な遷移金属の
無機化合物又は水もしくは少なくとも一種以上の
水もしくは有機溶媒(この有機溶媒としては炭素
原料化合物を用いても良い。)に可溶なもしくは
微粒子として懸濁可能な遷移金属の無機化合物が
対象となる。遷移金属としては、鉄、ニツケル、
コバルト、モルブデン、バナジアム、パラジウム
等が好ましく、特に鉄が好ましい。前者の単独で
気化が可能な無機遷移金属化合物としては、Fe
(NO)4,FeCl3,Fe(NO)3Cl,Fe(NO)2,Fe
(NO)2I,FeF3等が挙げられる。また後者とし
ては、前者として挙げた化合物の他に、Fe
(NO32,FeBr3,Fe(HCO)3,C27H42FeN9O12
Fe(SO43,Fe(SCN)3,Fe(NO)3NH3,Co
(NO)2Cl,Ni(NO)Cl,Pd(NO)2Cl2,NiCl2
が代表としてあげられる。 本発明における有機遷移金属化合物とは、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ルキル錯体、炭素間2重結合
や3重結合と金属とが結合したπ−コンプレツク
スとキレート型化合物等に代表される有機遷移金
属化合物である。また、ここで遷移金属として
は、スカンジウム、チタン、パナジウム、クロ
ム、マンガン、鉄、コバルト、ニツケル、イツト
リウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ル
テニウム、ロジウム、パラジウム、タンタル、タ
ングステン、レニウム、イリジウム、白金を指す
ものであるが、これらの内特に周期律表族に属
するもの、その内で特に鉄、ニツケル、コバルト
が好適であつて、鉄が最も好適である。 また、含硫黄炭素化合物または無機硫黄化合物
の存在下では、シリコンの無機化合物も用いるこ
とができる。例えば、上記の無機金属化合物にお
いて金属をSiに置換したものや炭化珪素を用い得
る。さらに、各種の有機珪素化合物を用い得る。 有機珪素化合物としては、珪素−炭素結合をも
つ有機化合物の他にシラン、ハロゲンシランを便
宜上含むものとする。炭素−珪素結合を持つ有機
化合物としては、テトラメチルシラン、メチルト
リフエニルシラン等のオリガノシラン、クロルジ
フルオルメチルシラン、プロムトリプロピルシラ
ン等のオルガノハロゲンシラン;メトキシトリメ
チルシラン、トリメチルフエノキシシラン等のオ
ルガノアルコキシシラン;ジアセトキシジメチル
シラン、アセトキシトリプロピルシラン等のオル
ガノアセトキシシラン;ヘキサエチルジシラン、
ヘキサフエニルジシラン、オクタフエニルシクロ
テトラシラン等のオネガノポリシラン;ジメチル
シラン、トリフエニルトラン等のオルガノヒドロ
ゲノシラン;(SiH2oで表示されるシクロシラ
ン;トリフエニルシラザン、ヘキサエチルジシラ
ザン、ヘキサフエニルシクロトリシラザン等のオ
ルガノシラザン、(SiH2NH)oで表示されるシク
ロシラザンジエチルシランジオール、トリフエニ
ルシラノール等のオルガノシラノール;トリメチ
ルシリル酢酸、トリメチルシリルピロピオン酸等
のオルガノシラノール;トリメチルシリル酢酸、
トリメチルジリルプロピオン酸等のオルガノシラ
ンカルボン酸;トリメチルシリコンイソシアナー
ト、ジフエニルシリコンジイソシアナート等のシ
リコンイソシアナート;トリメチルシリコンイソ
チオシアナート、ジフエニルシリコンジイソチオ
シアナート等のオルガノシリコンイソチオシアナ
ート;シアン化トリエチルシリル等のオルガノシ
リコンエステル;ヘキサメチルジシルチアン、テ
トラメチルシクロジシルチアン等のシルチアン;
(SiH2S)oで表示されるシクロシルチアン;ヘキ
サメチルジシルメチレン、オクタメチルトリシル
メチレン等のオルガノシルメチレン;ヘキサメチ
ルジシロキサン、ヘキサプロピルジシロキサン等
のオルガノシロキサン等が挙げられるが、その他
の炭素−珪素結合を含む化合物であつてもよい。
また、これらの混合物の使用も可能である。 なお、本発明では、予め微粒子として生成され
た触媒粒子(例えば乾燥した微粉末)を反応容器
内に導入するようにしても良い。 本発明においては、前記炭素化合物と上記触媒
粒子とを接触させて反応させるに当り、炭素化合
物の光分解に有効なレーザと、触媒の振動励起に
有効なレーザとの少なくとも2種類の波長の異な
るレーザを用いる。 炭素化合物の光分解に対しては、高い量子エネ
ルギーを持つエキシマレーザ、例えばArF
(193nm)又はKrF(249nm)レーザ等が有効であ
る。このような高量子エネルギーレーザであれ
ば、炭素化合物のC−H結合の切断が可能とな
り、炭素繊維の生成率、生成速度が向上される。
例えば、ピーク出力の大きいパルスエキシマレー
ザのうちArF(193nm)の光子エネルギーは
150Kcal/molであるので、C−H結合(結合エ
ネルギー98Kcal/mol)の切断が容易に行なえ
る。 一方、鉄触媒等の触媒の振動励起にはCO2レー
ザ、とりわけパルス発振CO2レーザが有効であ
る。パルス発振CO2レーザによれば、高いエネル
ギー効率で特に鉄触媒を振動励起させ、高温によ
る活性化を起こすことができる。 従つて、本発明においては、パルスエキシマレ
ーザ及びパルスCO2レーザの2種類のレーザを用
いるのが好ましいが、レーザの組み合わせはこれ
に限定されず、炭素化合物や触媒の種類によつて
は、他の組合せとしたり、更に第3,第4のレー
ザを用いるようにしても良い。 本発明におけるキヤリアガスとは、直接反応に
関与しないガス全般を対象としている。例示すれ
ば、H2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
するガスである。このうち、H2ガスが通常の場
合用いられる。 また、キヤリアガスなど、容器内に導入される
ガスにレーザの吸収効果を高めるための成分を添
加しても良い。この場合、添加成分は使用するレ
ーザの波長によるが、例えばCO2レーザに対して
はNH3やC2H4をレーザ吸収効果向上剤として添
加することができる。 以下本発明について図面に示す好適な態様を参
照しながら詳細に説明する。 第1図は本発明の実施に好適な装置の一例を示
す概略的な平断面図である。符号10は反応容器
であつて、炭素化合物の光分解ゾーン10A、触
媒の振動励起ゾーン10B及び炭素繊維の生成ゾ
ーン10Cの3つのゾーンで主に構成されてい
る。 光分解ゾーン10Aの端部には、エキシマレー
ザ等の炭素化合物の光分解に有効なレーザビーム
を照射するためのレーザ発振器12が設置され、
この発振器12に対向する炭素繊維の生成ゾーン
10Cの端部にはレーザ吸収板14が設けられて
いる。また、光分解ゾーン10Aのレーザ発振器
12設置部近傍には、H2、Arガス等のキヤリア
ガスの供給用配管16が、また炭素繊維の生成ゾ
ーン10C寄りには炭素化合物のガスの供給用配
管18が接続されている。 一方、触媒の振動励起ゾーン10Bの端部に
は、CO2レーザ等の触媒の振動励起に有効なレー
ザビームを照射するためのレーザ発振器20が設
置され、この発振器20に対向する炭素繊維の生
成ゾーン10Cの端部にはレーザ吸収板22が設
けられている。また、この触媒の振動励起ゾーン
10Bのレーザ発振器20設置部近傍には触媒粒
子となる物質を含む化合物の供給用配管24が接
続され、この配管24の接続位置には触媒の余熱
用ヒータ26が設置されている。なお、図中16
a,18a,24aは各々の供給用配管に設けら
れた流量制御装置である。 また、炭素繊維の生成ゾーン10Cの下方に
は、炭素繊維捕集器(図示せず)が接続して設け
られており、この炭素繊維捕集器には排ガスの抜
出管が接続されている。 上記の如く構成された炭素繊維製造装置におい
て、配管24より、触媒の振動励起ゾーン10B
に導入された触媒粒子となる物質を含む化合物
は、予熱ヒータ26の熱及びCO2レーザビームに
よつて励起されて分解し、遷移元素又はSiC等の
触媒粒子(通常の粒径は0.1〜10μm程度である)
が効率的に生成する。一方、配管18より、炭素
化合物の光分解ゾーン10Aに導入された原料の
炭素化合物は、エキシマレーザビームによつて効
率的に励起、分解される。しかして、励起された
触媒微粒子、光分解された炭素化合物は共に炭素
繊維の生成ゾーン10Cに送られ、ここで原料の
炭素化合物が触媒微粒子上に析出し、炭素繊維が
成長する。 本発明において、微粒子が生成し、これを成長
点として炭素繊維が生成する反応容器の器壁の温
度は従来の外熱式の電気炉を用いた反応容器のそ
れよりも相当に低く、器壁に副生物を付着するこ
とはない。従つて、本発明では、反応容器の材質
を高価な高耐食性あるいは高耐熱性のものに限定
する必要はない。 また、レーザビームを採用しているので、一般
の外熱式の電気炉よりもエネルギー消費が少な
く、エネルギーコストが低廉である。ただし、本
発明では必要に応じ外熱式の電気炉等の外部加熱
手段を、反応容器を取り巻くように設け、反応ゾ
ーン(炭素繊維の生成ゾーン)の器壁を加熱して
もよい。この場合、器壁への生成物の付着を防止
するために、器壁温度が600℃未満とりわけ550℃
以下となるように外部加熱するのが好適である。 本発明において、触媒粒子の大きさ或いは炭素
繊維の直径及び長さ等は、原料ガスの分圧、滞留
時間、レーザ強度等を制御することによつて調節
が可能である。 反応容器内における反応の順序は、上述の如く
触媒の振動励起による触媒微粒子の生成、炭素繊
維の生成、成長となるのであるが、反応容器内を
特に微粒子生成ゾーンと炭素繊維成長ゾーンとに
あえて分割する必要はない。ただし、必要により
上記の如く適当な外部加熱手段を併設すること等
により、炭素繊維成長ゾーンを形成するようにし
てもよい。 反応容器内において生成した炭素繊維は、キヤ
リアガスと共に下方の炭素繊維捕集器内に導入さ
れる。この捕集方法は従来から知られている重力
沈降法、電気集塵法等の各種方法を採用すること
ができる。なお、炭素繊維補修器は、生成した炭
素繊維を冷却する役割をも果たす。 本発明によれば、通常長さ10μm〜500mm程度
であり、直径が0.1〜300μm程度の炭素繊維を容
易に製造することができる。 炭素繊維捕集器から抜き出されたキヤリアガス
は、そのまま排気処理手段に導入して放出しても
よいのであるが、精製後再循環させて用いるよう
にしてもよい。 図示の装置では、反応容器10の端部にレーザ
吸収板(例えば水冷銅板)14,22を設置して
いるが、光路長が短い場合などでは反射板を置い
てレーザビームの光路長を長くするように構成し
てもよい。 [作用] 本発明においては、炭素化合物の光分解に有効
なレーザと触媒の振動励起に有効なレーザーとの
少なくとも2種類の波長の異なるレーザを用い
る。 このため、炭素化合物の光分解、触媒の振動励
起がそれぞれ効率的に行なわれるようになり、よ
り一層の反応の低温化、高収率化が図れる。 [実施例] 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、下記の条件にて炭
素繊維の製造を行なつた。 触媒側 レーザ:CO2レーザ(10.591μm) 原料側レーザ:エキシマレーザ
(ArF:193nm) 原 料:メタン 触媒粒子となる物質を含む化合物:
FeCl3水溶液 キヤリアーガス:H2 圧 力:常圧 滞留時間:1分 原料濃度:H2に対して5vol% 反応器:20mmID×450mmL (石英製) 結果を第1表に示す。 比較例 1 原料側レーザにもCO2レーザを用いたこと以外
は実施例1と同様にして炭素繊維の製造を行なつ
た。 結果を第1表に示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing carbon fibers, and particularly to a method for efficiently manufacturing carbon fibers by vapor phase growth using a laser beam. [Prior Art] Conventionally, PAN-based and Pitch-based carbon fibers have been commercially produced. However, PAN-based products are expensive, and pitch-based products have fatal drawbacks such as complicated processes and difficult quality control. On the other hand, a vapor phase growth method has been proposed in recent years. Conventionally, vapor-grown carbon fibers are produced by placing a substrate made of porcelain such as alumina or graphite in an electric furnace, forming carbon growth nuclei, ultrafine particle catalysts such as iron, and nickel on this, and then forming carbonization particles such as benzene on this. Introducing a mixed gas of hydrogen gas and hydrogen carrier gas, 950 ~
A method is known in which carbon fibers are grown on a substrate by decomposing hydrocarbons at a temperature of 1300°C. However, with this method, the length tends to be non-uniform due to subtle temperature unevenness on the substrate surface and the density of surrounding fibers, and the gas that is the source of carbon is consumed by the reaction. As a result, the fiber diameter differs considerably between the inlet and the outlet of the reaction tube, and since production occurs only on the substrate surface, the central part of the reaction tube does not participate in the reaction, resulting in poor yields. However, since there are processes that must be carried out independently, such as dispersing ultrafine particles onto a substrate, reducing them, growing them, and then taking out the fibers, continuous production is impossible, and therefore, there are problems such as poor productivity. Therefore, a method for producing carbon fibers has been proposed in which a mixed gas of a carbon compound gas, an inorganic or organic transition metal compound gas, and a carrier gas is reacted at a high temperature (Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-54998, 1983-224816, etc.). [Problems to be solved by the invention] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-54998,
In methods such as 224816, the reaction vessel is also heated, which causes problems such as by-products adhering to the walls of the vessel, reducing yield and making continuous operation difficult. In addition, it is not easy to scale up, making it unsuitable for mass production, and requires an electric furnace for heating, resulting in high energy costs. [Means for Solving the Problems] The present invention solves the above problems and provides a method for producing carbon fibers at low temperatures and in high yield. The method for producing carbon fibers of the present invention is a method in which a carbon compound gas and suspended catalyst particles are brought into contact with each other under laser irradiation to precipitate carbon into fibers. This method is characterized by using at least two types of lasers, one effective for decomposition and one effective for vibrational excitation of the catalyst, each having a different wavelength. That is, as a result of intensive studies to solve the conventional problems, the present inventors discovered that under laser irradiation, carbon compound gas and
A method for producing carbon fiber, which is characterized in that carbon fibers are precipitated in the form of fibers by contacting catalyst particles in a suspended state, and a reaction vessel having a reaction zone inside thereof, and an apparatus suitable for carrying out this method. , a laser device that irradiates a laser beam toward the reaction zone, a carrier gas introduction means, a carbon compound gas introduction means, and catalyst particles or catalyst raw materials, which are connected to one side of the reaction vessel with the reaction zone in between. We have developed a carbon fiber manufacturing apparatus characterized by comprising a gas introduction means and a carbon fiber collection means connected to the other side of the reaction vessel across the reaction zone, and the present invention is directed to the present invention. The patent application was filed before the applicant (Japanese Patent Application No. 1983-234896, hereinafter referred to as the "earlier application"). As a result of further research to further improve the energy efficiency of the method of the above-mentioned prior application, the present inventors have developed a laser that is useful for photolysis of carbon compounds and a laser that is useful for vibrational excitation of catalysts. By using at least two types of lasers, each laser energy acts effectively,
The present invention was completed based on the discovery that energy efficiency can be further improved. The present invention will be explained in more detail below. The carbon compound in the present invention refers to all carbon compounds that can be gasified, including CCl 4 ,
It covers all inorganic and organic compounds such as CHCl 3 , CH 2 Cl 2 , CH 3 Cl, CO, and CS 2 . Particularly useful compounds are aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons. In addition to these, nitrogen, oxygen, sulfur,
Derivatives containing elements such as fluorine, iodine, phosphorus, arsenic, etc. can also be used. Some specific examples of individual compounds include methane (natural gas may also be used), alkane compounds such as ethane, alkene compounds such as ethylene and butadiene, alkylene compounds such as acetylene, benzene, toluene, styrene, etc. aryl hydrocarbon compounds, aromatic hydrocarbons with condensed rings such as indene, naphthalene, and phenanthrene, cycloparaffin compounds such as cyclopropane and cyclohexane, cycloolefin compounds such as cyclopentene and cyclohexane, and alicyclic rings having condensed rings such as steroids. Formula hydrocarbon compounds, sulfur-containing aliphatic compounds such as methylthiol, methylethylsultide, and dimethylthioketone, sulfur-containing aromatic compounds such as phenylthiol and diphenyl sulfide, and sulfur-containing complex compounds such as benzothiophene and thiophene. Cyclic compounds, as well as gasoline, class 4 hazardous materials under the Fire Service Act, class 1 petroleum, kerosene,
Secondary petroleum oils such as turpentine oil, camphor oil, and pine oil, tertiary petroleum oils such as heavy oil, and quaternary petroleum oils such as gear oil and cylinder oil can also be effectively used. It goes without saying that mixtures of these can also be used. In the present invention, the catalyst includes an inorganic transition metal compound, an inorganic Si inorganic compound, an organic transition metal compound,
Examples include organic compounds of Si. This inorganic transition metal compound is an inorganic transition metal compound that can be vaporized alone, or is soluble in water or at least one kind of water or organic solvent (a carbon raw material compound may be used as the organic solvent). Alternatively, inorganic compounds of transition metals that can be suspended as fine particles are targeted. Transition metals include iron, nickel,
Cobalt, molybdenum, vanadium, palladium, etc. are preferred, and iron is particularly preferred. The former inorganic transition metal compound that can be vaporized alone is Fe.
(NO) 4 , FeCl 3 , Fe(NO) 3 Cl, Fe(NO) 2 , Fe
Examples include (NO) 2 I, FeF 3 and the like. As for the latter, in addition to the compounds listed as the former, Fe
(NO 3 ) 2 , FeBr 3 , Fe(HCO) 3 , C 27 H 42 FeN 9 O 12 ,
Fe( SO4 ) 3 , Fe(SCN) 3 , Fe(NO) 3NH3 , Co
Representative examples include (NO) 2 Cl, Ni(NO)Cl, Pd(NO) 2 Cl 2 and NiCl 2 . The organic transition metal compounds in the present invention include alkyl metals in which an alkyl group and a metal are bonded, alkyl complexes in which an allyl group and a metal are bonded, and π-complexes in which a carbon-carbon double bond or triple bond is bonded to a metal. It is an organic transition metal compound typified by chelate type compounds. In addition, transition metals here include scandium, titanium, panadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, tantalum, tungsten, rhenium, iridium, and platinum. However, among these, those belonging to the periodic table group are particularly preferred, among which iron, nickel, and cobalt are particularly preferred, with iron being the most preferred. Furthermore, in the presence of a sulfur-containing carbon compound or an inorganic sulfur compound, an inorganic compound of silicon can also be used. For example, the above-mentioned inorganic metal compounds in which the metal is replaced with Si or silicon carbide can be used. Furthermore, various organosilicon compounds can be used. The organic silicon compound includes, for convenience, silane and halogen silane in addition to organic compounds having a silicon-carbon bond. Organic compounds with carbon-silicon bonds include organosilanes such as tetramethylsilane and methyltriphenylsilane; organohalogensilanes such as chlorodifluoromethylsilane and promtripropylsilane; methoxytrimethylsilane, trimethylphenoxysilane, etc. organoalkoxysilane; organoacetoxysilane such as diacetoxydimethylsilane, acetoxytripropylsilane; hexaethyldisilane,
Oneganopolysilanes such as hexaphenyldisilane and octaphenylcyclotetrasilane; organohydrogenosilanes such as dimethylsilane and triphenyltran; cyclosilanes represented by (SiH 2 ) o ; triphenylsilazane, hexaethyldisilazane, Organosilazane such as hexaphenylcyclotrisilazane, (SiH 2 NH) o Organosilanols such as diethylsilanediol and triphenylsilanol; Organosilanols such as trimethylsilylacetic acid and trimethylsilylpyropionic acid; Trimethylsilylacetic acid,
Organosilane carboxylic acids such as trimethyldilylpropionic acid; silicon isocyanates such as trimethylsilicon isocyanate and diphenylsilicon diisocyanate; organosilicon isothiocyanates such as trimethylsilicon isothiocyanate and diphenylsilicon diisothiocyanate; Organosilicon esters such as triethylsilyl cyanide; silthians such as hexamethyldisilthian and tetramethylcyclodisilthian;
(SiH 2 S) Cyclosylthian represented by o ; organosylmethylenes such as hexamethyldisylmethylene and octamethyltrisylmethylene; organosiloxanes such as hexamethyldisiloxane and hexapropyldisiloxane; It may also be a compound containing other carbon-silicon bonds.
It is also possible to use mixtures of these. Note that, in the present invention, catalyst particles (for example, dried fine powder) that have been generated in advance as fine particles may be introduced into the reaction vessel. In the present invention, when bringing the carbon compound and the catalyst particles into contact to cause a reaction, at least two types of lasers having different wavelengths are used: a laser effective for photodecomposition of the carbon compound and a laser effective for vibrational excitation of the catalyst. Uses a laser. For photodegradation of carbon compounds, excimer lasers with high quantum energy, e.g. ArF
(193nm) or KrF (249nm) laser etc. are effective. With such a high quantum energy laser, it is possible to cut the C--H bond of a carbon compound, and the production rate and production speed of carbon fibers can be improved.
For example, among the pulse excimer lasers with large peak output, the photon energy of ArF (193 nm) is
Since it is 150 Kcal/mol, the C--H bond (bond energy 98 Kcal/mol) can be easily cleaved. On the other hand, CO 2 lasers, especially pulsed CO 2 lasers, are effective for vibrational excitation of catalysts such as iron catalysts. Pulsed CO 2 lasers can vibrationally excite iron catalysts with high energy efficiency and activate them at high temperatures. Therefore, in the present invention, it is preferable to use two types of lasers, a pulsed excimer laser and a pulsed CO 2 laser, but the combination of lasers is not limited to this, and depending on the type of carbon compound and catalyst, other types of lasers may be used. Alternatively, a third and fourth laser may be used. The carrier gas in the present invention refers to all gases that are not directly involved in the reaction. Examples include H 2 gas, N 2 gas, NH 3 gas, Ar gas, He
Gas, Kr gas, or a mixture of these gases. Among these, H 2 gas is usually used. Furthermore, a component for enhancing the laser absorption effect may be added to the gas introduced into the container, such as a carrier gas. In this case, the additive component depends on the wavelength of the laser used, but for example, for a CO 2 laser, NH 3 or C 2 H 4 can be added as a laser absorption effect improver. The present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional plan view showing an example of an apparatus suitable for carrying out the present invention. Reference numeral 10 denotes a reaction vessel, which is mainly composed of three zones: a carbon compound photolysis zone 10A, a catalyst vibrational excitation zone 10B, and a carbon fiber production zone 10C. At the end of the photolysis zone 10A, a laser oscillator 12 for irradiating a laser beam effective for photolysis of carbon compounds, such as an excimer laser, is installed.
A laser absorption plate 14 is provided at the end of the carbon fiber production zone 10C facing the oscillator 12. Further, near the laser oscillator 12 installation part of the photolysis zone 10A, there is a pipe 16 for supplying carrier gas such as H 2 or Ar gas, and near the carbon fiber production zone 10C there is a pipe 18 for supplying carbon compound gas. is connected. On the other hand, a laser oscillator 20 for irradiating a laser beam effective for vibrational excitation of the catalyst, such as a CO 2 laser, is installed at the end of the catalyst vibration excitation zone 10B. A laser absorption plate 22 is provided at the end of the zone 10C. Further, a pipe 24 for supplying a compound containing a substance to become catalyst particles is connected to the vicinity of the laser oscillator 20 installation part in the vibrational excitation zone 10B of the catalyst, and a heater 26 for residual heat of the catalyst is connected to the connection position of this pipe 24. is set up. In addition, 16 in the figure
a, 18a, and 24a are flow rate control devices provided in each supply pipe. Further, a carbon fiber collector (not shown) is connected and provided below the carbon fiber generation zone 10C, and an exhaust gas extraction pipe is connected to this carbon fiber collector. . In the carbon fiber manufacturing apparatus configured as described above, the vibration excitation zone 10B of the catalyst is connected to the pipe 24.
The compound containing the substance introduced into the catalyst particles is excited and decomposed by the heat of the preheater 26 and the CO 2 laser beam, and is decomposed into catalyst particles such as transition elements or SiC (the normal particle size is 0.1 to 10 μm). degree)
is generated efficiently. On the other hand, the raw material carbon compound introduced into the carbon compound photolysis zone 10A from the pipe 18 is efficiently excited and decomposed by the excimer laser beam. Thus, the excited catalyst particles and the photodecomposed carbon compound are both sent to the carbon fiber production zone 10C, where the raw material carbon compound is deposited on the catalyst particles and carbon fibers grow. In the present invention, the temperature of the vessel wall of the reaction vessel in which fine particles are generated and carbon fibers are generated using these as growth points is considerably lower than that of a reaction vessel using a conventional external heating electric furnace. No by-products will be attached to the product. Therefore, in the present invention, there is no need to limit the material of the reaction vessel to expensive materials with high corrosion resistance or high heat resistance. Additionally, since it uses a laser beam, it consumes less energy than a general external heating electric furnace, resulting in lower energy costs. However, in the present invention, if necessary, an external heating means such as an external heating type electric furnace may be provided to surround the reaction vessel to heat the vessel wall of the reaction zone (carbon fiber production zone). In this case, in order to prevent the product from adhering to the vessel wall, the vessel wall temperature should be lower than 600℃, especially 550℃.
External heating is preferably carried out so that: In the present invention, the size of the catalyst particles or the diameter and length of the carbon fibers can be adjusted by controlling the partial pressure of the raw material gas, residence time, laser intensity, etc. As mentioned above, the reaction order in the reaction vessel is to generate catalyst fine particles by vibrational excitation of the catalyst, then to generate and grow carbon fibers. No need to split. However, if necessary, a carbon fiber growth zone may be formed by additionally providing a suitable external heating means as described above. The carbon fibers produced in the reaction vessel are introduced into a lower carbon fiber collector together with a carrier gas. As this collection method, various conventionally known methods such as gravity sedimentation method and electrostatic precipitation method can be employed. Note that the carbon fiber repair device also plays the role of cooling the generated carbon fibers. According to the present invention, it is possible to easily produce carbon fibers that usually have a length of about 10 μm to 500 mm and a diameter of about 0.1 to 300 μm. The carrier gas extracted from the carbon fiber collector may be directly introduced into the exhaust treatment means and discharged, but it may also be purified and recirculated for use. In the illustrated apparatus, laser absorption plates (for example, water-cooled copper plates) 14 and 22 are installed at the end of the reaction vessel 10, but in cases where the optical path length is short, a reflecting plate is placed to lengthen the optical path length of the laser beam. It may be configured as follows. [Operation] In the present invention, at least two types of lasers having different wavelengths are used: a laser effective for photolysis of carbon compounds and a laser effective for vibrational excitation of a catalyst. Therefore, the photolysis of the carbon compound and the vibrational excitation of the catalyst can be carried out efficiently, and the reaction can be carried out at a lower temperature and with a higher yield. [Example] Hereinafter, preferred manufacturing examples will be described. Example 1 In the apparatus shown in FIG. 1, carbon fibers were manufactured under the following conditions. Catalyst side laser: CO 2 laser (10.591μm) Raw material side laser: Excimer laser
(ArF: 193nm) Raw material: Methane Compound containing material that becomes catalyst particles:
FeCl 3 aqueous solution Carrier gas: H 2 pressure: Normal pressure Residence time: 1 minute Raw material concentration: 5 vol% relative to H 2 Reactor: 20 mm ID x 450 mm L (made of quartz) The results are shown in Table 1. Comparative Example 1 Carbon fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that a CO 2 laser was also used as the laser on the raw material side. The results are shown in Table 1.

【表】 第1表より明らかなように、本発明の方法によ
れば、炭素繊維を高収率で製造することができ
る。 [発明の効果] 以上の通り、本発明によればレーザを利用して
気相法により炭素繊維を製造するものであり、 エネルギー消費が少なく、製造コストが廉価
である。 反応容器の内壁面は低温であり、その材質も
廉価な材質のもので足りる。 反応容器内面に副生物が付着しにくく、連続
運転及び大型反応容器の稼動に好適である。 反応容器内の圧力、各ガスの分圧、滞留時
間、レーザ強度等を調節することにより得られ
る炭素繊維の品質を容易に制御することができ
る。 大量生産、スケールアツプが容易である。 等の効果が奏される上に、 原料の光分解、触媒の活性化のそれぞれに最
適なレーザを用いることにより、より高いエネ
ルギー効率で、高収率、高生成速度にて製造を
行うことが可能となる。 という優れた効果が奏される。
[Table] As is clear from Table 1, according to the method of the present invention, carbon fibers can be produced at a high yield. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, carbon fibers are manufactured by a vapor phase method using a laser, which results in low energy consumption and low manufacturing costs. The inner wall surface of the reaction vessel is at a low temperature, and its material can be made of an inexpensive material. It is difficult for by-products to adhere to the inner surface of the reaction vessel, making it suitable for continuous operation and operation of large reaction vessels. The quality of the carbon fiber obtained can be easily controlled by adjusting the pressure inside the reaction vessel, the partial pressure of each gas, residence time, laser intensity, etc. Mass production and scale-up are easy. In addition to achieving these effects, by using lasers that are optimal for photolysis of raw materials and activation of catalysts, it is possible to manufacture with higher energy efficiency, high yield, and high production rate. It becomes possible. This is an excellent effect.

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

第1図は本発明の実施に好適な製造装置の構成
を説明する平断面図である。 10……反応容器、12,20……レーザ発振
器、16……キヤリアガス供給管、18……炭素
化合物供給管、24……触媒供給管。
FIG. 1 is a plan sectional view illustrating the configuration of a manufacturing apparatus suitable for carrying out the present invention. 10... Reaction container, 12, 20... Laser oscillator, 16... Carrier gas supply pipe, 18... Carbon compound supply pipe, 24... Catalyst supply pipe.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 レーザ照射下において、炭素化合物のガス
と、浮遊状態にある触媒粒子とを接触させて炭素
を繊維状に析出させる方法であつて、レーザとし
て炭素化合物の光分解に有効なレーザと、触媒の
振動励起に有効なレーザとの少なくとも2種類の
波長の異なるレーザを用いることを特徴とする炭
素繊維の製造方法。
1 A method of depositing carbon in the form of fibers by bringing carbon compound gas into contact with floating catalyst particles under laser irradiation. A method for manufacturing carbon fiber, comprising using at least two types of lasers having different wavelengths, including a laser effective for vibrational excitation.
JP62243293A 1987-09-28 1987-09-28 Production of carbon fiber Granted JPS6485321A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62243293A JPS6485321A (en) 1987-09-28 1987-09-28 Production of carbon fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62243293A JPS6485321A (en) 1987-09-28 1987-09-28 Production of carbon fiber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6485321A JPS6485321A (en) 1989-03-30
JPH0440451B2 true JPH0440451B2 (en) 1992-07-03

Family

ID=17101686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62243293A Granted JPS6485321A (en) 1987-09-28 1987-09-28 Production of carbon fiber

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6485321A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6485321A (en) 1989-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3930810B2 (en) Synthesis of nanoscale carbon materials
JP4619539B2 (en) Crystal nucleation and growth of single-walled carbon nanotubes from high temperature carbon monoxide gas
EP0158853A2 (en) A process for preparing carbon fibers in gas phase growth
AU642401B2 (en) Carbon fibrils and a catalytic vapor growth method for producing carbon fibrils
US20090191352A1 (en) Combustion-Assisted Substrate Deposition Method For Producing Carbon Nanosubstances
JPS6249363B2 (en)
JPH0424320B2 (en)
KR100376202B1 (en) Apparatus of vapor phase-synthesis for carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
KR20020009875A (en) Apparatus of vapor phase synthesis for synthesizing carbon nanotubes or carbon nanofibers and synthesizing method of using the same
JP5364904B2 (en) Method for producing carbon nanofiber aggregate
JPH0246691B2 (en)
JPH0413446B2 (en)
JPH0440451B2 (en)
JPH0791695B2 (en) Carbon fiber manufacturing equipment
JPH0440450B2 (en)
JP4674355B2 (en) Raw material spray type high efficiency carbon nanostructure manufacturing method and apparatus
WO2025049036A1 (en) Plasma-assisted method of manufacturing carbon nanotubes
JP4693105B2 (en) Method and apparatus for producing vapor grown carbon fiber
JPS61225328A (en) Production of carbonaceous fiber
JPH0519341Y2 (en)
JP2002180252A (en) Method for producing carbon nanotube
EP0214302A1 (en) Gas phase method of manufacturing carbon fibers
JPH0665765B2 (en) Carbon fiber manufacturing method
JP2003112050A (en) Method for producing catalytic carbon nanofiber by decomposition of hydrocarbon and catalyst thereof
JPH0470409B2 (en)