JP2002524376A - Fullerene-based sintered carbon material - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 新規な炭素材料及びその合成方法。新規な炭素材料は、フラーレンをベースとする炭素粉末の高圧及び高温加工によって形成される。新規な炭素材料は、グラファイトより硬く、そして鋼より硬く（出発フラーレンが単層ナノチューブの場合）、又はダイヤモンドのように硬い（出発物質がＣ₆₀バッキーボールの場合）ことができる。材料の物理的特性は、更に成型及び加熱のパラメーターによって制御することもできる。これらの新規な炭素材料は、グラファイトと同様に、そして絶縁体であるダイヤモンドとは異なって、導電性である。この材料は、粉末金属法の技術によっていかなる形状（円筒、球、管、棒、円錐、薄膜、繊維等）にも形成することができる。新規な材料は、更に、容易にドーピングされ、ダイヤモンドに転換され、多孔性複合物中で形成され、又は多孔性複合物中でダイヤモンドに転換されることもできる。 (57) [Summary] A novel carbon material and a method for synthesizing the same. New carbon materials are formed by high pressure and high temperature processing of fullerene-based carbon powders. The novel carbon material is harder than graphite, and harder than steel (when the starting fullerene single wall nanotubes), or hard as diamond (when the starting material is a C ₆₀ bucky ball) can be. The physical properties of the material can also be controlled by molding and heating parameters. These new carbon materials are conductive, similar to graphite and, unlike diamond, the insulator. This material can be formed into any shape (cylinder, sphere, tube, rod, cone, thin film, fiber, etc.) by powder metal technique. The novel materials can also be easily doped and converted to diamond, formed in a porous composite, or converted to diamond in a porous composite.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】 関連出願への相互参照 本出願は、１９９８年９月１４日に出願された米国特許仮出願第６０／１００
，０７８号の優先権を主張するものである。CROSS- REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a pending provisional application Ser. No. 60/100, filed Sep. 14, 1998.
No. 078.

【０００２】 本発明の政府援助の声明 本発明が得られた作業は、Ｄｅｆｅｎｓｅ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｊｅｃ
ｔｓ Ａｇｅｎｃｙ（ＤＡＲＰＡ）のＣｏｎｔｒａｃｔ ＤＡＡＨ０１−９８Ｃ
Ｒ００８としてＵ．Ｓ．Ａｒｍｙ Ａｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｓｓｉｌｅ
Ｃｏｍｍａｎｄｅｒにより発行されたＤｅｆｅｎｓｅ Ｓｍａｌｌ Ｂｕｓｉ
ｎｅｓｓ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ＡＲＰ
Ａ ｏｒｄｅｒ Ｎｏ．Ｄ６１１，Ａｍｄｔ ２７によって援助された。 STATEMENT OF GOVERNMENT ASSISTANCE OF THE INVENTION The work from which this invention was obtained is described in Defence Advanced Project.
Contract DAAH01-98C of ts Agency (DARPA)
R008 as U.S. S. Army Aviation and Missile
Defense Small Busi published by Commander
Ness Innovation Research Program ARP
A order No. D611, Amdt 27.

【０００３】 発明の背景及び概要 本出願は、新規な種類の炭素材料及びその合成を指向したものである。 慣用的な炭素材料は、グラファイト、グラファイト様セラミック又はダイヤモ
ンド及びダイヤモンド様セラミックである。これらの材料は、炭素を含む化合物
：油、ガス、石炭、木、コークス、煤、グラファイト粉末、ダイヤモンド粉末、
炭化水素、ポリマーから製造されるか、又は天然の鉱物として採掘される。グラ
ファイトの格子は、六角の平面層からなり、炭素原子は電子殻のｓｐ²−混成軌
道を有する。ダイヤモンドの格子は、四角形からなり、炭素原子は電子殻のｓｐ ³ −混成軌道を有する。グラファイトは、モース硬度スケール１（グラファイト
様セラミックの場合１〜２）の硬度を持つ非常に軟らかくそして弱い物質であり
、導電性であり、時には半金属と呼ばれる。ダイヤモンドは、モース硬度１０を
持つ非常に硬くそして強靭な物質であり、非導電性であるが、しかしドーピング
によって半導体性にすることができる。[0003]BACKGROUND AND SUMMARY OF THE INVENTION The present application is directed to a new class of carbon materials and their synthesis. Conventional carbon materials include graphite, graphite-like ceramics or diamonds.
And diamond-like ceramics. These materials are compounds containing carbon
: Oil, gas, coal, wood, coke, soot, graphite powder, diamond powder,
Manufactured from hydrocarbons, polymers, or mined as a natural mineral. Gra
The lattice of phytes consists of hexagonal planar layers, and the carbon atoms are sp^Two-Hybrid gauge
Have a way. The diamond lattice consists of squares, and the carbon atoms are sp ^Three Have hybrid orbitals; For graphite, Mohs hardness scale 1 (graphite
Is a very soft and weak substance with a hardness of 1-2) for ceramics
, Conductive, and sometimes called semimetals. Diamond has a Mohs hardness of 10
Is a very hard and tough material with non-conductive, but doping
Can be made semiconductive.

【０００４】 最近になって、球（“バッキーボール”として知られる）及び管状（“ナノチ
ューブ”）の形態のような明確な結合構造を有する、配列された炭素分子の研究
が数多く行われており、これらの結合形態は一般的に、Ｃ₆₀、Ｃ₇₀、Ｃ₈₀等の比
較的大きい数の炭素原子を含む。これらの配列された炭素分子は、分子が彼の構
造設計に似ているために、建築家Ｂｕｃｋｍｉｎｓｔｅｒ Ｆｕｌｌｅｒにちな
んでしばしば“フラーレン”と呼ばれる。新規な炭素材料は、Ｃ₆₀バッキーボー
ル（球形二十面体対称を有する）及びナノチューブ（開いた又は閉じた末端を持
つ、グラファイトの管状ミクロ結晶又は更に伸長されたバッキーボールとも考え
ることができる）のような、比較的純粋な量の配列された炭素ナノ粒子から、粉
末金属法及び／又はセラミック成型技術を使用して、高圧及び高温（ＨＰＨＴ）
で合成（焼結）される。[0004] Recently, a number of studies have been conducted on ordered carbon molecules having well-defined structures such as spheres (known as "buckyballs") and tubular ("nanotube") morphologies. , These bond forms generally contain a relatively large number of carbon atoms, such as C ₆₀ , C ₇₀ , C _{80 and the} like. These aligned carbon molecules are often called "fullerenes" after architect Buckminster Fuller because the molecule resembles his structural design. The novel carbon material (with a spherical icosahedral symmetry) C ₆₀ bucky ball and nanotubes (with open or closed end, it can also be considered tubular microcrystalline or more elongated buckyballs graphite) High pressure and high temperature (HPHT) from relatively pure amounts of aligned carbon nanoparticles, such as using powder metallurgy and / or ceramic molding techniques
Are synthesized (sintered).

【０００５】 新規な炭素材料は、粉末を特別に調製されたフラーレンの形に成型し、そして
加熱することによって形成される。これらの炭素材料は、出発フラーレン、加圧
及び加熱のパラメーターによるが、グラファイト及びグラファイト様セラミック
より更に硬く、そして殆んどダイヤモンドのように硬い。これらの新規な炭素材
料は、グラファイトのように導電性である。この材料は、粉末金属法の技術によ
っていかなる形状（円筒、球、管、棒、円錐、薄膜、繊維等）にも成型する事が
できる。成型の圧力は、１．０〜１０．０Ｇｐａであり、温度は３００〜１００
０℃であり、そして時間は１〜１００００秒である。特別な炭素の煤は：（ａ）
ナノチューブ様、（ｂ）バッキーボール様、又は（ｃ）同様な直径（一つの寸法
の大きさ）の０．７〜７．０ｎｍの粒子とのこれらの混合物である。粒子は、狭
い範囲の直径、例えば０．７〜１．０ｎｍに分離された、９９％以上、好ましく
は９９．９＋％の（又は他の元素により特別にドーピングされた）純粋の炭素で
ある。[0005] New carbon materials are formed by molding powder into specially prepared fullerenes and heating. These carbon materials are harder than graphite and graphite-like ceramics, depending on the starting fullerene, pressure and heating parameters, and are almost as hard as diamond. These new carbon materials are conductive, such as graphite. This material can be formed into any shape (cylinder, sphere, tube, rod, cone, thin film, fiber, etc.) by powder metal technology. The molding pressure is 1.0 to 10.0 Gpa, and the temperature is 300 to 100 Gpa.
0 ° C. and the time is 1 to 10000 seconds. The special carbon soot is: (a)
Nanotube-like, (b) buckyball-like, or (c) mixtures thereof with 0.7-7.0 nm particles of similar diameter (size of one dimension). The particles are 99% or more, preferably 99.9 +% (or specially doped with other elements) pure carbon separated by a narrow range of diameters, for example 0.7-1.0 nm.

【０００６】 製造された新規な炭素材料の物理的特性は、出発フラーレンの種類及び純度に
依存する。出発フラーレンが精製された単層ナノチューブを含む場合（又は単層
ナノチューブ及びバッキーボールの混合物）、ＨＰＨＴ加工によって強い炭素導
電性材料が形成され、これは鋼の硬度より大きいが、しかし炭化ケイ素（ＳｉＣ
）の硬度より低い硬度（モース硬度スケール７〜９１／２）を有する。出発フラ
ーレンが均一な大きさの精製されたＣ₆₀バッキーボールを含む場合、ＨＴＨＰ加
工で、非常に硬い（モース硬度スケール９１／２〜１０）導電性非晶質炭素材料
が形成され、これは炭化ケイ素の硬度より大きい硬度を有し、そして非導電性の
ダイヤモンド又は立方晶系窒化ホウ素よりほんのわずか硬くない。新規な炭素材
料は、まず多孔性セラミックを適当な炭素化合物で含浸し、そして次いでこれを
直接新規な炭素材料に転換することによって、多孔性セラミック複合物の“スポ
ンジ”中で形成して、他の有用な工業材料を形成することができる。[0006] The physical properties of the new carbon materials produced depend on the type and purity of the starting fullerene. If the starting fullerene comprises purified single-walled nanotubes (or a mixture of single-walled nanotubes and buckyballs), the HPHT process forms a strong carbon conductive material, which is greater than the hardness of steel, but silicon carbide (SiC
) (Mohs' hardness scale of 7 to 91/2). When containing C ₆₀ buckyballs starting fullerene was purified uniform size, in HTHP processing, very hard (Mohs hardness scale 91 / 2-10) conductive amorphous carbon material is formed, which is carbonized It has a hardness greater than that of silicon and is only slightly harder than non-conductive diamond or cubic boron nitride. The new carbon material is formed in a porous ceramic composite "sponge" by first impregnating the porous ceramic with a suitable carbon compound and then converting it directly to the new carbon material. Useful industrial materials can be formed.

【０００７】 更に詳しくは、二つの新規な炭素材料：１）ナノチューブをベースとする焼結
炭素材料及び２）バッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、ステンレス鋼
より良好な（ナノチューブをベースとする焼結炭素材料において）、そしてダイ
ヤモンドに近い（バッキーボールをベースとする焼結炭素材料において）硬度を
示す。これらの材料は、等方性の“多結晶性”に近い物質であり、多結晶又は単
結晶性の物質ではない。多結晶性等方性は、これらの物質を、これらが非常に強
靭であることとは別に、ｃ−ＢＮ又はダイヤモンド或いは他の結晶と比較して、
破砕に対する抵抗を大きくするものである。More specifically, two novel carbon materials: 1) a nanotube-based sintered carbon material and 2) a buckyball-based sintered carbon material are better than stainless steel (nanotube-based). And a hardness close to diamond (in a buckyball-based sintered carbon material). These materials are substances that are close to isotropic “polycrystalline” and are not polycrystalline or single crystalline. Polycrystalline isotropic means that these materials, apart from their very toughness, are compared to c-BN or diamond or other crystals.
This increases resistance to crushing.

【０００８】 新規な炭素材料の合成は、軍部、工業及び科学的適用に適した機械的、電気的
及び他の特性の特徴付けを可能にする、ミリメートル単位の大きさのペレットで
証明されてきた。高い強度及び強靭さを持つ新規な炭素材料は、軍部、航空宇宙
、自動車、及び他の工業の軽量工業材料に対する要求を、充分に満たすことがで
きる。物質が導電性であるために、これらは、更に超伝導性であることができ、
又は半導体性に製造することができ、いずれの場合も特に適当なドーピング剤に
よる。新規な炭素材料が、半金属であり、そして新規な炭素材料をベースとする
セラミックが、ドーピング剤及び合成のパラメーターによって金属性及び半導体
性の種類の導電性を有することは、理論化されている。[0008] The synthesis of novel carbon materials has been proven in millimeter-sized pellets, allowing the characterization of mechanical, electrical and other properties suitable for military, industrial and scientific applications . New carbon materials with high strength and toughness can well meet the demands for lightweight industrial materials in military, aerospace, automotive, and other industries. These can be more superconducting because the materials are conductive,
Alternatively, they can be manufactured semiconducting, in each case with a particularly suitable doping agent. It has been theorized that the new carbon materials are semimetals and that ceramics based on the new carbon materials have metallic and semiconducting types of conductivity depending on the doping agent and the parameters of the synthesis. .

【０００９】 普通のグラファイトは、１５Ｇｐａの圧力及び４０００℃の温度で、ダイヤモ
ンドに転換することができる。金属Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ又は合金或いは炭化水素と
混合されたグラファイトは、ダイヤモンドの熱力学的に安定な圧力−温度領域で
、例えば５．５Ｇｐａの圧力及び１５００℃の温度で、ダイヤモンドに転換する
ことができる。グラファイトは、原子状水素及びダイヤモンド基質の存在中で、
グラファイトの熱力学的に安定な圧力−温度領域で、例えば０．１０４Ｍｐａの
低い圧力及び２０００℃のグラファイト基質温度（ダイヤモンド基質温度が６０
０〜１０００℃の場合）で、ダイヤモンドに転換することができる。逆に、ダイ
ヤモンドは、０．１Ｍｐａの圧力及び２０００℃の温度で、グラファイトに転換
することができる。金属Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ又は合金と混合されたダイヤモンドは
、グラファイトの熱力学的に安定な圧力及び温度領域で、例えば０．１Ｍｐａの
圧力及び１０００℃の温度の不活性ガス中で、グラファイトに転換することがで
きる。[0009] Ordinary graphite can be converted to diamond at a pressure of 15 Gpa and a temperature of 4000 ° C. Graphite mixed with metals Ni, Fe, Co or alloys or hydrocarbons is converted to diamond in the thermodynamically stable pressure-temperature range of diamond, for example at a pressure of 5.5 Gpa and a temperature of 1500 ° C. Can be. Graphite, in the presence of atomic hydrogen and diamond substrate,
In the thermodynamically stable pressure-temperature range of graphite, for example, a low pressure of 0.104 Mpa and a graphite substrate temperature of 2000 ° C. (diamond substrate temperature of 60
0-1000 ° C.) can be converted to diamond. Conversely, diamond can be converted to graphite at a pressure of 0.1 Mpa and a temperature of 2000 ° C. Diamond mixed with metals Ni, Fe, Co or alloys is converted to graphite in a thermodynamically stable pressure and temperature range of graphite, for example in an inert gas at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1000 ° C. can do.

【００１０】 バッキーボールをベースとする焼結炭素材料が、グラファイトに必要な条件よ
り低い温度及び圧力で、多結晶性又は単結晶性ダイヤモンドに転換することがで
きることが更に見いだされている。更に、バッキーボールをベースとする焼結炭
素材料は、グラファイトのダイヤモンドへの転換を触媒しない合金の存在中で、
単結晶性ダイヤモンドに転換することができる。It has further been found that sintered carbon materials based on buckyballs can be converted to polycrystalline or monocrystalline diamond at lower temperatures and pressures than those required for graphite. In addition, buckyball-based sintered carbon materials have been developed in the presence of alloys that do not catalyze the conversion of graphite to diamond.
It can be converted to single crystalline diamond.

【００１１】 新規なバッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、セラミック複合材料を
得るために使用することができる。炭素の煤の最小の粒子（バッキーボールＣ₆₀ ）が、２００〜４００℃の温度範囲で、０．０１〜少なくとも１．０Ｇｐａの圧
力で超塑性の特性を有することが見いだされた。グラファイト、ダイヤモンド、
Ｂ₄Ｃ、ＷＣ／Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ｂｅ、Ｗ、Ｂ、Ｆｅ及び他
の多孔性スポンジを、各種の標準的な方法で調製し、そして１．０Ｇｐａの圧力
及び３００℃の温度で炭素の煤で含浸した。次いで試料を冷却し、その後圧力を
２．５Ｇｐａに増加し、そして温度を４００℃に上げ、そして１０００秒間保持
した。煤の粒子は、ＨＰＨＴ処理によって、細孔の内部でいっしょに焼結して、
新規な炭素材料マトリックスとの複合体が製造され、これは炭化ケイ素（３０Ｇ
ｐａ）より硬いことが見出された。[0011] The novel buckyball-based sintered carbon materials can be used to obtain ceramic composites. It has been found that the smallest particles of carbon soot (buckyball C ₆₀ ) have superplastic properties in the temperature range of 200-400 ° C. and at pressures of 0.01 to at least 1.0 Gpa. Graphite, diamond,
B ₄ C, WC / Co, Cu, Ti, TiC, SiC, Be, W, B, Fe and other porous sponges were prepared by various standard methods and at a pressure of 1.0 Gpa and 300 ° C. At a temperature of. The sample was then cooled, after which the pressure was increased to 2.5 Gpa and the temperature was raised to 400 ° C. and held for 1000 seconds. The soot particles are sintered together inside the pores by the HPHT process,
A composite with a novel carbon material matrix is produced, which is made of silicon carbide (30G
pa) was found to be harder.

【００１２】 好ましい態様の説明 新規なフラーレンをベースとする焼結炭素材料の最適な団結のために、高純度
の出発バッキーボール及びナノチューブ粉末を使用することが重要である。慣用
的なグラファイト電気アーク法によるフラーレンの発生は、Ｃ₆₀、多くのより高
級なフラーレン、並びにナノチューブ、ナノ粒子、及び不溶性残渣のような他の
炭素質物質が得られる（全体として、煤又はカーボンブラックとして知られる）
。[0012] For the preferred embodiment of the described optimal unity novel fullerene sintered carbon-based materials, it is important to use a starting buckyball and nanotube powder of high purity. Generation of fullerenes by the conventional graphite electric arc method results in C ₆₀ , many higher fullerenes, and other carbonaceous materials such as nanotubes, nanoparticles, and insoluble residues (overall soot or carbon). (Also known as black)
.

【００１３】 フラーレンをベースとする焼結炭素材料は、一般的に：１）出発物質を少なく
とも９９％、そして好ましくは＞９９．９％のバッキーボールＣ₆₀又は単層ナノ
チューブのいずれかの純粋炭素材料に精製すること、２）精製されたフラーレン
粉末を比較的緻密な物質に塊状化（成型）すること、及び３）精製され、成型さ
れたフラーレンをＨＰＨＴ加工（焼結）して、フラーレンをベースとする焼結炭
素材料を製造すること、を必要とする。Sintered carbon materials based on fullerenes generally include: 1) at least 99% starting material and preferably> 99.9% pure carbon, either buckyball C ₆₀ or single-walled nanotubes Refining into a material, 2) Aggregating (molding) the purified fullerene powder into a relatively dense substance, and 3) HPHT processing (sintering) the purified and molded fullerene to produce fullerene. It is necessary to produce a sintered carbon material as a base.

【００１４】 ナノチューブ／ナノ粒子混合物からのナノチューブの精製は、濾過、クロマト
グラフィー、超音波処理した原料物質の溶液の遠心のような標準的な技術で試み
られてきた。最近になって、高温でのナノ粒子の酸化により、高純度のナノチュ
ーブが得られることが証明された。炭素ナノチューブが空気中の酸化に対して他
のフラーレン誘導体より抵抗性があること、例えばナノチューブは約８００℃で
完全に酸化され、他方バッキーボールは完全な酸化のために約５１５℃が必要で
あることが報告されている。別の方法として、昇華及び溶剤洗浄の相互作用的な
方法が、バッキーボール及びナノチューブの精製に使用されてきた。Purification of nanotubes from nanotube / nanoparticle mixtures has been attempted with standard techniques such as filtration, chromatography, and centrifugation of solutions of sonicated source material. More recently, it has been demonstrated that oxidation of nanoparticles at high temperatures results in nanotubes of high purity. Carbon nanotubes are more resistant to oxidation in air than other fullerene derivatives, for example, nanotubes are completely oxidized at about 800 ° C, while buckyballs require about 515 ° C for complete oxidation It has been reported. Alternatively, interactive methods of sublimation and solvent washing have been used for buckyball and nanotube purification.

【００１５】 Ｃ₆₀バッキーボールから顕微鏡的な量のバッキーボールをベースとする焼結炭
素材料を合成する場合の従来の経験は、１６０℃〜４００℃におけるバッキーボ
ール粉末試料を長時間処理して、吸収されたガス及び有機化合物の汚染物質を除
去することが、典型的に必要であることを明らかにした。昇華され、そして再凝
縮された塊は、分離した粒子の吸着による汚染及び静電気の帯電を克服するため
に、最良の成型材料となることが見出された。もちろん、供給者が充分な純度及
び塊状化を達成することができる場合、これらの工程を行う必要性は最小化され
る。[0015] Conventional experience when the C ₆₀ bucky ball to synthesize a sintered carbon-based materials microscopic amounts of buckyballs, and long processing buckyballs powder sample at 160 ° C. to 400 ° C., It has been found that removal of absorbed gases and contaminants of organic compounds is typically necessary. The sublimated and recondensed mass was found to be the best molding material to overcome contamination and electrostatic charging due to adsorption of the separated particles. Of course, if the supplier can achieve sufficient purity and agglomeration, the need to perform these steps is minimized.

【００１６】 試料の調製及び成型の方法 試料の調製及び成型のための以下の方法を使用した。 試料をグラファイトの加熱素子中に置いた。製造されたままのＣ₆₀バッキーボ
ール粉末は、多量の有機化合物の混合物を含んでいる。原料Ｃ₆₀を精製するため
に、材料を、炉中に挿入された一端を冷却した傾斜した石英管中で昇華させた。
管は真空ポンプ及びヘリウムボンベに接続されていた。Ｃ₆₀は管の高温域で蒸発
し、そして低温端に沈積した。有機化合物は、ガス状の形で真空系に殆んど除去
された。フラーレン粒子の成長は、石英ガラスを通して観察された。結晶の大き
さが充分に大きくなった時点で、管の冷却された部分を取り外し、そして粒子を
坩堝中に注いだ。次いで粒子を、篩及び震盪装置を使用して、大きさ（例えば６
０／４０ミクロン）により分離し、１０００／８００ミクロンまでの粗い粒子も
更に使用した。このような純粋なフラーレンＣ₆₀バッキーボール粉末は、金型中
で０．０５〜０．５０Ｇｐａの圧力の冷圧によって容易に塊状化される。ρ＝１
．６ｇ／ｃｍ³の密度を持つ塊状化物質が得られたが、これはある種のグラファ
イトセラミックの密度（ρ＝１．５ｇ／ｃｍ³）より大である。前もって清浄化
したバッキーボール及びナノチューブの高純度塊を使用して、粉末は０．０５〜
０．５Ｇｐａの圧力で金型中に冷圧される。 Sample Preparation and Molding Methods The following methods for sample preparation and molding were used. The sample was placed in a graphite heating element. C ₆₀ bucky ball powder as produced contains a mixture of a large amount of organic compounds. To purify the crude C _60, material was sublimed at an oblique quartz tube was cooled inserted one end in a furnace.
The tube was connected to a vacuum pump and a helium cylinder. C ₆₀ is evaporated in the high temperature region of the tube, and was deposited on the cold end. Organic compounds were mostly removed in a gaseous form into the vacuum system. Fullerene particle growth was observed through the quartz glass. When the crystal size was large enough, the cooled part of the tube was removed and the particles were poured into the crucible. The particles are then sized using a sieve and a shaker (e.g.
0/40 microns) and coarse particles up to 1000/800 microns were also used. Such pure fullerene C ₆₀ bucky ball powder is easily agglomerated by cold pressure of the pressure 0.05~0.50Gpa in the mold. ρ = 1
. Agglomerated materials having a density of 6 g / cm ³ were obtained, which is greater than the density of certain graphite ceramics (ρ = 1.5 g / cm ³ ). Using pre-cleaned buckyballs and high-purity masses of nanotubes, the powder is 0.05-
It is cold-pressed into the mold at a pressure of 0.5 Gpa.

【００１７】 同様な方法を多層ナノチューブで試みたが、然しながらこれらは冷圧によって
塊状化することができなかった。この種のカーボンブラックを、試験した範囲の
圧力で冷間成型することは不可能であり、適切に分離されていない粒子であるア
セチレンの煤又は他の管若しくは煤の場合もまた同様であった。注ぎいれた時の
煤の密度は、約０．１ｇ／ｃｍ³であり、これは固体炭素の密度の２５％にすぎ
ない。塊状化した煤の密度は、０．３０〜０．３５ｇ／ｃｍ³である。塊状化し
た多層ナノチューブもまた、０．３５〜０．４０ｇ／ｃｍ³の密度を与える。こ
のような密度は、ダイヤモンド様物の爆発法によるナノ粒子の煤の塊状化によっ
て達成することが可能である。然しながら、試験された位相空間において、この
ような密度は更なる高圧下の焼結には充分高くなく、そしてＨＰＨＴ処理は有効
ではない。焼結された塊状材料の密度は、“未処理体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）
”の密度に依存することは明白である。従って、最初の粉末の密度が重要なパラ
メーターである。然しながら、単層ナノチューブは、バッキーボールと同様な方
法によって容易に塊状化される。金型中の０．０５〜０．５Ｇｐａの圧力の冷圧
は、ρ＝１．４〜１．５ｇ／ｃｍ³のペレットを与える。[0017] Similar methods have been tried with multi-wall nanotubes, however, they could not be agglomerated by cold pressure. It was not possible to cold form this type of carbon black at the pressures tested in the range tested, as was the case with acetylene soot or other tubes or soot that were not properly separated particles. . The density of soot when poured is about 0.1 g / cm ³ , which is only 25% of the density of solid carbon. The density of the agglomerated soot is 0.30 to 0.35 g / cm ³ . Agglomerated multi-walled nanotubes also give a density of 0.35 to 0.40 g / cm ³ . Such densities can be achieved by agglomeration of soot of nanoparticles by diamond-like explosion. However, in the phase space tested, such densities are not high enough for sintering under higher pressure, and the HPHT process is not effective. The density of the sintered bulk material is "green body".
Obviously, the density of the initial powder is an important parameter. However, single-walled nanotubes are easily agglomerated in a manner similar to buckyballs. Cold pressure of 0.05 to 0.5 Gpa gives pellets of ρ = 1.4 to 1.5 g / cm ³ .

【００１８】 塊状化フラーレン粉末のＨＰＨＴ団結 人工ダイヤモンドの合成は、長年行われてきており、この合成は、通常触媒と
して作用する金属合金の存在中で、炭素材料を高い圧力及び温度で加工すること
を使用している。従ってこのようなＨＰＨＴ加工が可能な機械は、本発明のフラ
ーレンをベースとする焼結炭素材料を製造する工程を行うために必要な温度及び
圧力が、人工ダイヤモンド製造の条件と同様か又はそれより低いかのいずれかで
あるために、これらの方法で使用される機器を、あるときは本方法でも使用する
ことができることが更に知られている。適当なＨＰＨＴ装置は、１９７３年７月
１７日に発行された、Ｖｅｒｅｓｈａｇｉｎ等に付与された“Ａｐｐａｒａｔｕ
ｓ ｆｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ Ｈ
ｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”の表題の米国特許第３，７４６，４８４号に
示されており、この開示は、その全てが本明細書中に記載されると同様に、本明
細書中に参考文献として援用される。他の適当な装置は、１９６０年６月に発行
された、Ｈａｌｌに付与された米国特許第２，９４１，２４２号に示されている
。５．０Ｇｐａより低い圧力を必要とする方法においては、より簡単な装置を効
果的に使用することができることは注記されるべきである。The synthesis of HPHT-bonded artificial diamonds of agglomerated fullerene powders has been practiced for many years, and involves the processing of carbon materials at high pressures and temperatures in the presence of metal alloys, usually acting as catalysts. You are using Accordingly, a machine capable of performing such HPHT processing requires that the temperature and pressure required to perform the process of producing the fullerene-based sintered carbon material of the present invention be similar to or lower than the conditions for producing artificial diamond. It is further known that the equipment used in these methods, either low or in some cases, can also be used in some cases in the present method. A suitable HPHT device is the Apparatu issued to Vereshagin et al., Issued July 17, 1973.
s for Development High Pressure and H
No. 3,746,484, entitled "High Temperature", the disclosure of which is hereby incorporated by reference herein, as if fully set forth herein. Another suitable device is shown in U.S. Pat. No. 2,941,242 to Hall, issued June 1960. In a process requiring a pressure lower than 5.0 Gpa. It should be noted that simpler devices can be used effectively.

【００１９】 先に記載したＶｅｒｅｓｈａｇｉｎ等の特許のＨＰＨＴ装置は、加工されるべ
き粉末を保持するグラファイトの坩堝を含んでいる。坩堝を通して電流が流され
、これが必要な加熱を与える。坩堝は、傾斜をつけたアンビル間に保持され、こ
れは油圧プレスによって作動されて、必要な圧力を与える。手近な例では、バッ
キーボール材料を精製し、そして次いで、より大きい又はより小さい大きさもま
た使用可能であるが、好ましくは５０〜１００ミクロンの粒子の大きさの粉末に
形に塊状化した。粉末を更に冷圧によりペレットに塊状化した。試料を加熱器と
しても働くグラファイトの坩堝に入れ、そしてＨＰＨＴ装置に入れた。The above-mentioned Vereshagin et al. HPHT apparatus includes a graphite crucible holding the powder to be processed. Electric current is passed through the crucible, which provides the necessary heating. The crucible is held between the inclined anvils, which are actuated by a hydraulic press to provide the required pressure. In the immediate example, the buckyball material was purified and then agglomerated into a powder having a particle size of preferably 50-100 microns, although larger or smaller sizes could also be used. The powder was further agglomerated into pellets by cold pressure. The sample was placed in a graphite crucible that also served as a heater and placed in the HPHT apparatus.

【００２０】 上記したように加工されたバッキーボール炭素の煤から多数の試料を調製し、
そしてその後ＨＰＨＴ焼結にかけた。表１において、従うべき試料番号を１列目
に示し、ＨＰＨＴ加工で使用した圧力を第１列に示し、圧力を第２列に示し、温
度を第３列に示し、試料をその温度及び圧力にさらした時間を第４列に示し、加
工された試料の硬度を第５列に示し、そして試料の抵抗率を第６列に示した。A number of samples were prepared from the buckyball carbon soot processed as described above,
Then, it was subjected to HPHT sintering. In Table 1, the sample numbers to be followed are shown in the first column, the pressure used in the HPHT processing is shown in the first column, the pressure is shown in the second column, the temperature is shown in the third column, and the sample is given its temperature and pressure. The exposure time is shown in the fourth column, the hardness of the processed sample is shown in the fifth column, and the resistivity of the sample is shown in the sixth column.

【００２１】[0021]

【表１】 [Table 1]

【００２２】 バッキーボールをベースとする焼結炭素材料の硬度は、圧力、温度及び加工時
間の選択によって制御することができることが更に示されている。概要として、
結果は：試料の硬度は、圧力、温度及び保持時間に従って８００℃の温度までは
増加し、それから硬度は減少する。２００〜３５０℃で焼結された試料は、一般
的にまだ軟らかく；４００〜８００℃で焼結された試料は一般的に硬い。２．５
Ｇｐａの圧力、５００℃の温度、１０００秒間の保持は、充分に高いパラメータ
ーであって、単結晶性ＳｉＣ、並びに立方晶系窒化ホウ素（ｃ−ＢＮ）及びダイ
ヤモンドを除く全ての他の物質に掻き傷をつける試料を得る。試料の導電性は、
硬度が増加するのに伴ない増加し、軟らかい試料は良好な絶縁体であり、最も硬
い試料は、周囲温度及び圧力で、約１０^-2オーム／ｃｍの抵抗率を有することが
見出された。単層ナノチューブをベースとする焼結炭素材料において、表１に示
した加工パラメーターは、同様な特性であるがしかしわずかに低い硬度の物質を
、以下の表２に示すように製造するであろう。１．０Ｇｐａより低い又は１０Ｇ
ｐａより高い圧力を使用することも、他のパラメーターがこれを相殺するように
調節される場合には可能である。It has further been shown that the hardness of a buckyball based sintered carbon material can be controlled by the choice of pressure, temperature and processing time. As an overview,
The result is: the hardness of the sample increases up to a temperature of 800 ° C. according to pressure, temperature and holding time, then the hardness decreases. Samples sintered at 200-350 ° C are generally still soft; samples sintered at 400-800 ° C are generally hard. 2.5
Gpa pressure, 500 ° C. temperature, 1000 second hold is a sufficiently high parameter to scratch single crystal SiC and all other materials except cubic boron nitride (c-BN) and diamond. Obtain a sample to be scratched. The conductivity of the sample is
With increasing hardness, the softer sample was found to be a good insulator, with the hardest sample having a resistivity of about 10 ^-2 ohm / cm at ambient temperature and pressure. . For sintered carbon materials based on single-walled nanotubes, the processing parameters shown in Table 1 will produce materials with similar properties, but slightly lower hardness, as shown in Table 2 below. . Less than 1.0Gpa or 10G
It is also possible to use pressures higher than pa, if other parameters are adjusted to offset this.

【００２３】 以下の表２は、本発明により合成されたフラーレンをベースとする焼結炭素材
料の物理的特性のいくつかを、他の炭素をベースとする物質：グラファイト、ダ
イヤモンド及びこれらを基剤としたセラミックと比較する。ナノチューブをベー
スとする焼結炭素材料は、なお導電性であるが、グラファイト及びグラファイト
をベースとするセラミックより硬く、緻密で、そして強いことが示されている。
バッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、ダイヤモンドのそれに非常に近
い硬度、密度及び強度特性を有し、なお材料が非常に導電性であり、一方ダイヤ
モンドは絶縁体であることが示されている。Table 2 below shows some of the physical properties of the fullerene-based sintered carbon materials synthesized according to the present invention, as well as other carbon-based materials: graphite, diamond and bases thereof. And compared with ceramic. Sintered carbon materials based on nanotubes, while still conductive, have been shown to be harder, denser and stronger than graphite and ceramics based on graphite.
Buckyball-based sintered carbon materials have hardness, density and strength properties very close to those of diamond, yet the material is very conductive, while diamond has been shown to be an insulator I have.

【００２４】[0024]

【表２】 [Table 2]

【００２５】 Ｇ−グラファイト、Ｄ−ダイヤモンド、 Ｂｕ−バッキーボールをベースとする焼結炭素材料（P=1.0-10.0Gpaで焼結し
たもの）、 Ｎｔ−ナノチューブをベースとする焼結炭素材料（P=1.0-10.0Gpaで焼結した
もの）、 ^*試料５により示されたような典型的な特性。 理論的な評価は、バッキーボールをベースとする焼結炭素材料の圧縮強度及び
密度が、最大の圧縮強度及び圧縮強度対密度比を有するダイヤモンドのそれらに
、ほぼ等しくあるべきことを示した。A sintered carbon material based on G-graphite, D-diamond, Bu-buckyball (sintered at P = 1.0-10.0 GPa), a sintered carbon material based on Nt-nanotube (P = 1.0-10.0 Gpa) ^* Typical properties as shown by sample 5. Theoretical evaluation has shown that the compressive strength and density of the sintered carbon material based on buckyballs should be approximately equal to those of diamond with the highest compressive strength and compressive strength to density ratio.

【００２６】 ダイヤモンドの創造 バッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、７．０〜９．０Ｇｐａの圧力
で、グラファイトセラミックより更に容易に多結晶性ダイヤモンドに転換するこ
とができる。一般的に、バッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、Ｎｉ−
Ｍｎ及びＮｉ−Ｃｒ合金の存在中で、グラファイトより低い温度及び短い時間で
多結晶性ダイヤモンドに転換する。ダイヤモンドへの転換の温度は、０．１〜１
００秒間の保持時間で８００〜１３００℃であった。転換は通常３〜４秒間で起
こり、ある試料は１秒、多分それ以下で得られた。Ｎｉをベースとする合金の他
に、多結晶性ダイヤモンドの創造に適した他の合金は、Ｆｅ及びＣｏをベースと
する合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｃｒ、等）であ
る。純粋なＮｉとの混合物は、爆轟的な反応で転換し、従って転換速度は固体中
の音速より高い。 Diamond Creation Sintered carbon materials based on buckyballs can be more easily converted to polycrystalline diamond than graphite ceramic at pressures of 7.0-9.0 Gpa. Generally, sintered carbon materials based on buckyballs are Ni-
Converts to polycrystalline diamond at lower temperatures and shorter times than graphite in the presence of Mn and Ni-Cr alloys. The temperature for conversion to diamond is 0.1 to 1
It was 800-1300 ° C with a holding time of 00 seconds. The conversion usually took place in 3-4 seconds, and some samples were obtained in 1 second, possibly less. In addition to Ni-based alloys, other alloys suitable for the creation of polycrystalline diamond are Fe and Co based alloys (Ni-Fe-Co, Ni-Cr, Ni-Fe-Co-Cr). , Etc.). Mixtures with pure Ni convert in a detonating reaction, so the conversion rate is higher than the speed of sound in solids.

【００２７】 驚くべき結果は、バッキーボールをベースとする焼結炭素材料が、Ａｌ−Ｍｇ
−Ｃａ合金及びグラファイトのダイヤモンドへの転換を触媒しない他の合金の存
在中で、単結晶性ダイヤモンドに転換することができることである。Ｐ＝２．５
〜９．０Ｇｐａ、Ｔ＝４００〜１３００℃及びｔ＝１０〜１０００秒における転
換を研究した。試料は、白色又は白−灰色、或いは黒−灰色のナノ粒子粉末又は
非晶質物質であった。白色で透明な形の整っていない又は鏡状表面の立方体、黒
色の含有物を含む白色、或いは黒色の単結晶のダイヤモンドは、この粉末からピ
ンセットで容易に取り出すことができる。結晶の大きさは、１００秒の保持時間
で０．１〜１ｍｍであり、この試料の電子ビーム回析分析は、これらがダイヤモ
ンドの単結晶であることを証明する。これらの試料のＸ線分析は、これらが純粋
な炭素であることを証明する。これらは、モース硬度スケールで１０の硬度を有
する。The surprising result is that the sintered carbon material based on buckyballs is Al-Mg
-It can be converted to single crystalline diamond in the presence of Ca alloys and other alloys that do not catalyze the conversion of graphite to diamond. P = 2.5
The conversion at 9.0 Gpa, T = 400-1300 ° C. and t = 10-1000 seconds was studied. The samples were white or white-grey or black-grey nanoparticle powders or amorphous material. White, transparent, irregularly shaped or mirror-surfaced cubes, or white or black single crystal diamonds with black inclusions can be easily removed from this powder with tweezers. The size of the crystals is 0.1-1 mm with a retention time of 100 seconds, and electron beam diffraction analysis of this sample proves that they are single crystals of diamond. X-ray analysis of these samples proves that they are pure carbon. They have a hardness of 10 on the Mohs scale.

【００２８】 複合材料 新規なバッキーボールをベースとする焼結炭素材料は、セラミック複合材料を
得るために使用することができる。炭素の煤の最小のフラーレン粒子（バッキー
ボールＣ₆₀）が、２００〜４００℃の温度範囲の０．０１〜１．０Ｇｐａの圧力
で、超塑性の特性を有することが見出された。グラファイト、ダイヤモンド、Ｂ
、Ｃ、Ｂ₄Ｃ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ／Ｃｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｂｅ、Ｗ及び
他のセラミック及び／又は金属の多孔性複合“スポンジ”を、各種の標準的な方
法で調製し、そしてバッキーボールをベースとするの炭素の煤で、１．０Ｇｐａ
の圧力及び３００℃の温度で含浸した。次いで試料を冷却し、その後圧力を２．
５Ｇｐａに増加し、そして温度を４００℃に増加し、そして１０００秒間保持し
た。バッキーボール粒子は、ＨＰＨＴ処理後、細孔内部でいっしょに焼結して、
新規な炭素材料マトリックスとの複合体を製造し、これは炭化ケイ素（３０Ｇｐ
ａ）より硬いことが見出された。試作品の切削／掘削工具のビットに加工された
場合、これらの複合体は、商業的に入手可能な多結晶性ダイヤモンド複合体にお
いて測定された速度と対比できる又はそれを超える切削速度を示した。ダイヤモ
ンド創造について先に記載したパラメーター及び合金での更なるＨＰＨＴ加工は
、バッキーボールをベースとする焼結炭素材料を、多孔性マトリックス中でダイ
ヤモンドに転換することができる。 Composites The novel buckyball-based sintered carbon materials can be used to obtain ceramic composites. Smallest fullerene particles of soot carbon (buckyball C ₆₀₎ is at a pressure of 0.01~1.0Gpa temperature range of 200 to 400 ° C., it was found to have the characteristics of superplastic. Graphite, diamond, B
_{, C, B 4 C, SiC} , TiC, WC / Co, Cu, Ti, Fe, Be, W , and other ceramic and / or metal porous composite "sponge", prepared by various standard methods And a buckyball-based carbon soot, 1.0 Gpa
And a temperature of 300 ° C. The sample is then cooled, after which the pressure is increased to 2.
Increased to 5 Gpa and temperature increased to 400 ° C. and held for 1000 seconds. The buckyball particles are sintered together inside the pores after the HPHT treatment,
A composite with a novel carbon material matrix was produced, which was made of silicon carbide (30 Gp
a) It was found to be harder. When processed into prototype cutting / drilling tool bits, these composites exhibited cutting rates comparable to or greater than those measured in commercially available polycrystalline diamond composites. . Further HPHT processing with the parameters and alloys described above for diamond creation can convert buckyball-based sintered carbon materials to diamond in a porous matrix.

【００２９】 ドーピングされたバッキーボールをベースとする焼結炭素材料 フラーレンをベースとする焼結炭素材料の電子的特性は、水素、ホウ素、窒素
、酸素、硫黄、フッ素、塩素、及び他の元素でドーピングすることによって変更
することができる。このようなドーピングは、強靭な新規な重合体及び新規な有
機化合物を得て、そしてフラーレンをベースとする焼結炭素材料に半導体性又は
超伝導性を与えることができる。必要なドーピング剤の量については、典型的に
は０．０００１〜１．０重量％である。ドーピングは、＞９９％のフラーレン粉
末（バッキーボール又はナノチューブのいずれか）を所定の量の炭化水素（例え
ばナフタレン）又はカルボラン（例えばｏ−カルボラン）のようなドーピング剤
を含む粉末と混合することによって達成することができる。次いでフラーレン炭
素粉末及びドーピング剤を含む粉末をいっしょに焼結する。The sintered carbon material based on the doped buckyball based fullerene has the electronic properties of hydrogen, boron, nitrogen, oxygen, sulfur, fluorine, chlorine, and other elements. It can be changed by doping. Such doping can yield tough new polymers and new organic compounds and can impart semiconducting or superconducting properties to the fullerene-based sintered carbon material. The amount of doping agent required is typically 0.0001-1.0% by weight. Doping is accomplished by mixing> 99% fullerene powder (either buckyballs or nanotubes) with a powder containing a predetermined amount of a doping agent such as a hydrocarbon (eg, naphthalene) or carborane (eg, o-carborane). Can be achieved. Next, the fullerene carbon powder and the powder containing the doping agent are sintered together.

【００３０】 概要として、新規な種類の炭素材料が、本出願の方法によって形成される。新
規な炭素材料は、フラーレンをベースとする炭素粉末の、高圧及び高温での加工
によって形成される。新規な炭素材料は、グラファイトより硬く、そして殆んど
ダイヤモンドのように硬いか、又は鋼より硬いかのいずれかであり、これは出発
フラーレン（それぞれ、Ｃ₆₀バッキーボール又は単層ナノチューブ）並びに成型
及び加熱のパラメーターによる。新規な炭素材料は、完全に非晶質でそして等方
性であるか（バッキーボールから形成された場合）、又は殆んど完全に非晶質で
そして等方性である（単層ナノチューブから形成された場合）のいずれかである
。これらの新規な炭素材料は、グラファイトと同様、そして絶縁体であるダイヤ
モンドとは異なり導電性である。この材料は、粉末金属法の技術によりいかなる
形状にも成型することができる。この新規な材料は、更にダイヤモンドに容易に
転換することができ、或いは多孔性複合物中で形成することができる。In summary, a new class of carbon materials is formed by the method of the present application. New carbon materials are formed by processing high-pressure and high-temperature fullerene-based carbon powders. The novel carbon material is harder than graphite and殆N etc. or hard as diamond, or any rigid or than steel, which is the starting fullerene (respectively, C ₆₀ buckyball or single-walled nanotubes) and molded And heating parameters. The novel carbon materials are either completely amorphous and isotropic (when formed from buckyballs) or almost completely amorphous and isotropic (from single-wall nanotubes). If formed). These new carbon materials are conductive, similar to graphite, and unlike diamond, which is an insulator. This material can be formed into any shape by powder metal technology. This new material can also be easily converted to diamond or formed in a porous composite.

【００３１】 本発明は、好ましい態様に関して記載されてきた。然しながら、当業者が認識
するであろうように、記載されそして例示された特定の詳細の修飾及び変更は、
特許請求の思想及び範囲から逸脱することなく行うことができる。The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, as one skilled in the art will recognize, modifications and variations of the specific details described and illustrated,
It can be done without departing from the spirit and scope of the claims.

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成１２年９月１日（２０００．９．１）[Submission date] September 1, 2000 (2009.1)

【手続補正１】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｂ Ｆ (72)発明者 トンパ，ゲイリー・エス アメリカ合衆国ニュージャージー州08502， ベル・ミード，フランクリン・ドライブ 43 Ｆターム(参考） 4G032 AA01 AA41 AA43 BA02 GA11 GA17 4G046 GA03 GA10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C04B 35/52 BF (72) Inventor Tonpa, Gary S. 08502, New Jersey United States of America Bell Mead, Franklin Drive 43 F term (reference) 4G032 AA01 AA41 AA43 BA02 GA11 GA17 4G046 GA03 GA10

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 以下の方法によって形成される炭素材料： ａ）フラーレンをベースとする炭素粉末を用意し、 ｂ）前記フラーレンをベースとする炭素粉末を１．０〜１０．０Ｇｐａの圧力
、３００〜１０００℃の温度に、１〜１００００秒の時間さらすこと。1. A carbon material formed by the following method: a) preparing a fullerene-based carbon powder; b) applying the fullerene-based carbon powder at a pressure of 1.0 to 10.0 Gpa, 300 Exposure to a temperature of １０００1000 ° C. for a time of 1 to 10000 seconds. 【請求項２】 前記フラーレンをベースとする粉末が、少なくとも９９％のバッキーボールを
含む、請求項１に記載の炭素材料。2. The carbon material of claim 1, wherein the fullerene-based powder comprises at least 99% buckyballs. 【請求項３】 前記フラーレンをベースとする粉末が、少なくとも９９％の単層ナノチューブ
を含む、請求項１に記載の炭素材料。3. The carbon material of claim 1, wherein the fullerene-based powder comprises at least 99% single-wall nanotubes. 【請求項４】 前記フラーレンをベースとする粉末が、少なくとも９９．９％のフラーレンを
含む、請求項１に記載の炭素材料。4. The carbon material of claim 1, wherein the fullerene-based powder comprises at least 99.9% fullerene. 【請求項５】 前記圧力が少なくとも２．５Ｇｐａであり、前記温度が少なくとも５００℃で
あり、そして前記時間が少なくとも１０００秒である、請求項１に記載の炭素材
料。5. The carbon material according to claim 1, wherein the pressure is at least 2.5 Gpa, the temperature is at least 500 ° C., and the time is at least 1000 seconds. 【請求項６】 前記フラーレンをベースとする粉末が、０．０００１〜１．０％のドーピング
剤を含む、請求項１に記載の炭素材料。6. The carbon material according to claim 1, wherein the fullerene-based powder contains 0.0001 to 1.0% of a doping agent. 【請求項７】 前記ドーピング剤が、水素、ホウ素、窒素、酸素、硫黄、フッ素、及び塩素か
らなる群から選択される、請求項６に記載の炭素材料。7. The carbon material according to claim 6, wherein the doping agent is selected from the group consisting of hydrogen, boron, nitrogen, oxygen, sulfur, fluorine, and chlorine. 【請求項８】 以下の工程を含む硬質焼結導電性炭素材料を形成する方法： ａ）少なくとも９９％のフラーレンを有する、フラーレンをベースとする炭素粉
末を用意し、 ｂ）前記フラーレンをベースとする炭素粉末を塊状化し； ｃ）前記フラーレンをベースとする炭素粉末を、１．０〜１０．０Ｇｐａの圧力
、３００〜１０００℃の温度に、１〜１００００秒の時間さらすこと。8. A method for forming a hard sintered conductive carbon material comprising the steps of: a) providing a fullerene-based carbon powder having at least 99% fullerene; b) providing a fullerene-based carbon powder; C) exposing the fullerene-based carbon powder to a pressure of 1.0 to 10.0 Gpa, a temperature of 300 to 1000 ° C. for a time of 1 to 10000 seconds. 【請求項９】 前記フラーレンをベースとする粉末が、少なくとも９９．９重量％の単層ナノ
チューブを含む、請求項８に記載の方法。9. The method of claim 8, wherein the fullerene-based powder comprises at least 99.9% by weight of single-walled nanotubes. 【請求項１０】 前記フラーレンをベースとする粉末が、少なくとも９９．９重量％のバッキー
ボールを含む、請求項８に記載の方法。10. The method of claim 8, wherein the fullerene-based powder comprises at least 99.9% by weight buckyballs. 【請求項１１】 更に、ｄ）炭素材料をダイヤモンドに転換するために使用される合金を用意し
、そしてｅ）前記焼結された炭素材料を、７．０〜９．０Ｇｐａの圧力、８００
〜１３００℃の温度に、０．１〜１００秒の時間さらして、前記焼結炭素材料を
多結晶性ダイヤモンドに転換する工程を含む、請求項１０に記載の方法。11. The method further comprises: d) providing an alloy used to convert the carbon material to diamond; and e) subjecting the sintered carbon material to a pressure of 7.0-9.0 Gpa, 800
The method of claim 10, comprising exposing the sintered carbon material to polycrystalline diamond by exposing to a temperature of １1300 ° C. for a time of 0.1-100 seconds. 【請求項１２】 前記合金が、少なくともＮｉ、Ｆｅ及びＣｏの一つに基づくものである、請求
項１１に記載の方法。12. The method according to claim 11, wherein the alloy is based on at least one of Ni, Fe and Co. 【請求項１３】 更に、ｄ）アルミニウム、マグネシウム及びカルシウム合金を含む群から選択
される金属合金を用意し、そしてｅ）前記焼結された炭素材料を、２．５〜９．
０Ｇｐａの圧力、４００〜１３００℃の温度に、１０〜１０００秒の時間さらし
て、前記焼結炭素材料を単結晶ダイヤモンドに転換する工程を含む、請求項１０
に記載の方法。13. The method further comprises: d) providing a metal alloy selected from the group comprising aluminum, magnesium and calcium alloys; and e) providing said sintered carbon material in a range of 2.5-9.
11. A method comprising exposing the sintered carbon material to single crystal diamond by exposing to a pressure of 0 Gpa and a temperature of 400-1300 [deg.] C. for a time of 10-1000 seconds.
The method described in. 【請求項１４】 更に、前記フラーレンを、加熱及び加圧下で超塑性流によって多孔性複合材料
中に浸透させる工程を含み、そして前記のさらす工程が、前記フラーレンをベー
スとする炭素粉末を前記多孔性材料に浸透した後に行われる、請求項８に記載の
方法。14. The method of claim 14, further comprising the step of infiltrating the fullerene into the porous composite material by superplastic flow under heat and pressure, and wherein the exposing step comprises removing the fullerene-based carbon powder from the porous composite material. 9. The method according to claim 8, wherein the method is performed after infiltrating the conductive material. 【請求項１５】 前記超塑性流が、２００〜４００℃の温度、０．１〜１．０Ｇｐａの圧力で起
こる、請求項１４に記載の方法。15. The method of claim 14, wherein said superplastic flow occurs at a temperature of 200-400 ° C. and a pressure of 0.1-1.0 Gpa. 【請求項１６】 前記フラーレンをベースとする炭素粉末が、０．０００１〜１．０％のドーピ
ング剤を含む、請求項８に記載の方法。16. The method of claim 8, wherein said fullerene-based carbon powder comprises 0.0001-1.0% of a doping agent. 【請求項１７】 導電性炭素材料であって、前記材料に少なくとも１．０Ｇｐａの硬度及び１０
オーム−ｃｍより低い抵抗率を与えるために充分な加熱、温度及び圧力にさらさ
れたフラーレンを含む、導電性炭素材料。17. A conductive carbon material, wherein said material has a hardness of at least 1.0 Gpa and a hardness of 10 Gpa.
A conductive carbon material that includes fullerenes that have been exposed to heat, temperature and pressure sufficient to provide a resistivity below ohm-cm. 【請求項１８】 前記フラーレンが、少なくとも９９．９重量％の単層ナノチューブを含む、請
求項１７に記載の方法。18. The method of claim 17, wherein the fullerene comprises at least 99.9% by weight of single-walled nanotubes. 【請求項１９】 前記フラーレンが、少なくとも９９．９重量％のバッキーボールを含む、請求
項１７に記載の方法。19. The method of claim 17, wherein the fullerene comprises at least 99.9% by weight buckyball.