JP5227660B2 - Method for producing carbon nanocomposite - Google Patents
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Description
本発明は、濡れ性改善を目的としたカーボンナノ複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a carbon nano composite materials for the purpose of improving wettability.
近年、カーボンナノファイバと称する特殊な炭素繊維が強化材料として注目を浴び、その活用方法が提案されている。 In recent years, special carbon fibers called carbon nanofibers have attracted attention as reinforcing materials, and their utilization methods have been proposed.
図１０はカーボンナノファイバのモデル図であり、カーボンナノファイバ１１０は、六角網目状に配列した炭素原子のシートを筒状に巻いた形態のものであり、直径Ｄが１．０ｎｍ（ナノメートル）〜１５０ｎｍであり、ナノレベルであるため、カーボンナノファイバ、カーボンナノ材料又はカーボンナノチューブと呼ばれる。なお、長さＬは数μｍ〜１００μｍである。
FIG. 10 is a model diagram of a carbon nanofiber. The
炭素原子が立方格子状に並んだものがダイヤモンドであって、ダイヤモンドは極めて硬い物質である。カーボンナノファイバ１１０は、ダイヤモンドと同様に規則的な結晶構造を有するために機械的強度は大きい。
A diamond is a very hard substance in which carbon atoms are arranged in a cubic lattice. Since the
図１１はカーボンナノファイバの問題点を説明する図である。
（ａ）にて、容器１１１に媒体１１２を満たし、この媒体１１２にカーボンナノファイバ１１３を入れる。
FIG. 11 is a diagram for explaining the problems of carbon nanofibers.
In (a), the
（ｂ）にて、攪拌機１１４で十分に撹拌する。この撹拌は振動式攪拌機で行ってもよい。
（ｃ）は、一定時間放置した後の状態を示し、カーボンナノファイバ１１３が容器１１１の底に沈殿していることが分かる。
なお、媒体１１２の比重が大きければ、カーボンナノファイバ１１３は上に溜まる。
In (b), the
(C) shows a state after being left for a certain period of time, and it can be seen that the
In addition, if the specific gravity of the
媒体１１２が溶融金属である場合、カーボンナノファイバ１１３が溶融金属の上に溜まるようでは、カーボンナノファイバ１１３を金属に均等に分散させることはできない。
カーボンナノファイバ１１３が溶融金属に対して、濡れ性が悪いことがその原因である。
When the
The cause is that the
そこで、本発明者らは、濡れ性の改善を目的とした表面処理方法を提案した（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の技術を次図で説明する。
図１２は従来の方法で製造したカーボンナノ複合材料の拡大図であり、カーボンナノ複合材料１２０は、凝集していないカーボンナノ材料１２１と、このカーボンナノ材料１２１の表面に均等に付着した多数のＳｉ微粒子１２２とからなる。これらのＳｉ微粒子１２２は、炭素と反応して化合物を生成する元素であるＳｉを結晶化させたものである。カーボンナノ材料１２１表面にＳｉ微粒子を付着させることで、界面にＳｉＣの反応層が形成し、カーボンナノ材料１２１にＳｉ微粒子１２２を強固に付着させることができた。
The technique of
FIG. 12 is an enlarged view of a carbon nanocomposite material manufactured by a conventional method. The
なお、特許文献１の図２に示されるように、真空炉の炉温は１４００℃、炉圧は６×１０−３〜２．１×１０−１Ｐａの条件で、蒸着処理が実施された。
In addition, as FIG. 2 of
ところで、カーボンナノ材料１２１が露出している部分１２３は少なくない。この露出部分１２３は濡れ性が悪いままである。
そのために、カーボンナノ材料１２１を、溶融樹脂や溶融金属に混合させたところ、樹脂や金属と露出部分１２３との接着が期待できない。この結果、期待したほどの強度向上が得られないことが判明した。
そこで、一層の濡れ性の向上対策が求められる。
By the way, there are not a
Therefore, when the
Therefore, further measures for improving wettability are required.
本発明は、カーボンナノ材料を溶融金属などに均等に分散させるために、カーボンナノ材料の濡れ性を一層改善することができる処理方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the processing method which can improve the wettability of carbon nanomaterial further, in order to disperse | distribute carbon nanomaterial uniformly to a molten metal.
本発明者らは、従来のカーボンナノ複合材料１２０では、期待した強度向上が得られなかったことについて検討した。この検討の中で、真空炉の炉温を１４００℃、炉圧を６×１０−３〜２．１×１０−１Ｐａにしたことが、不具合要因の一つであることを突き止めた。そこで、真空炉の炉温及び炉圧と、得られるカーボンナノ複合材料の機械的特性との関係を細かく調べた。その結果、好適な炉温と炉圧を特定することができた。その内容をまとめると以下の通りである。
The present inventors examined that the conventional
請求項１に係る発明は、カーボンナノ材料と、このカーボンナノ材料の表面に被せたＳｉＣ被膜とからなるカーボンナノ複合材料であって、前記ＳｉＣ被膜は、厚さが一様であり、平均膜厚が１０〜５０ｎｍであると共に、前記カーボンナノ材料の表面全体に付着しているカーボンナノ複合材料の製造法であり、前記カーボンナノ材料と平均粒径が１０μｍ以下であるＳｉ微粒子とを準備する工程と、前記カーボンナノ材料と前記Ｓｉ微粒子とを混合する混合工程と、得られた混合物を真空炉に入れ、高温真空下で前記Ｓｉ微粒子を蒸発させ、この蒸気を前記カーボンナノ材料の表面に付着させる蒸着処理工程と、からなるカーボンナノ複合材料の製造方法において、
前記蒸着処理工程では、前記真空炉の炉温を１１００〜１２５０℃に設定し、且つ前記真空炉の炉圧を、前記設定した炉温における前記Ｓｉ微粒子の飽和蒸気圧より高真空に設定することを特徴とする。
The invention according to
In the vapor deposition process, the furnace temperature of the vacuum furnace is set to 1100 to 1250 ° C., and the furnace pressure of the vacuum furnace is set to a higher vacuum than the saturated vapor pressure of the Si fine particles at the set furnace temperature. It is characterized by.
請求項２に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、Ｓｉ微粒子とカーボンナノ材料の混合比が、１：１であることを特徴とする。
The method for producing a carbon nanocomposite according to
請求項３に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、混合工程では、カーボンナノ材料及びＳｉ微粒子に、有機溶媒を加えて混合し、得られた混合物を乾燥させることを特徴とする。
In the method for producing a carbon nanocomposite according to
請求項４に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、有機溶媒は、エタノールであることを特徴とする。
In the method for producing a carbon nanocomposite material according to
請求項５に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、Ｓｉ微粒子の平均粒径は、１μｍ以下であることを特徴とする。 In the method for producing a carbon nanocomposite material according to claim 5 , the average particle size of the Si fine particles is 1 μm or less.
請求項１に係る発明は、カーボンナノ材料を覆うＳｉＣ被覆の平均膜厚が１０〜５０ｎｍであるカーボンナノ複合材料の製造方法を提供する。平均膜厚が１０〜５０ｎｍであるカーボンナノ複合材料を溶融金属に添加した複合金属は、後述の図９に示すように摩耗痕の深さが小さくなる。すなわち、硬度などの機械的性質の向上が顕著に認められる。
そして、Ｓｉは、真空下で蒸着可能な融点の金属であり、溶融金属との濡れ性も良好である。Ｓｉは入手が容易であり、安価であるため、本発明を広く普及させる上で、好適である。
The invention according to
Then, S i is the melting point of the metal that can be deposited under vacuum, it is also good wettability with molten metal. Since Si is easily available and inexpensive, it is suitable for widely spreading the present invention.
加えて、請求項１に係る発明では、ＳｉＣ被膜は、カーボンナノ材料の表面全体に付着しているため、金属とカーボンナノ材料との結合が強まる。
In addition, in the invention according to
更に加えて、請求項１に係る発明では、真空炉の炉温を１１００〜１２５０℃に設定し、且つ真空炉の炉圧を、設定した炉温におけるＳｉ微粒子の飽和蒸気圧より高真空に設定する。炉温を１１００〜１２５０℃に設定して製造されたカーボンナノ複合材料を溶融金属に添加した複合金属は、後述の図８に示すように、摩耗痕の深さが小さくなる。すなわち、硬度などの機械的性質の向上が顕著に認められる。
そして、Ｓｉ微粒子の平均粒径は、１０μｍ以下とした。後述の表３で説明するように、Ｓｉ微粒子の平均粒径が２０μｍを超えると、未反応Ｓｉが発生し、１０μｍ以下であれば、その心配がない。したがって、Ｓｉ微粒子の平均粒径は、１０μｍ以下とした。
In addition, in the invention according to
And the average particle diameter of Si microparticles was 10 micrometers or less. As will be described later in Table 3, when the average particle size of the Si fine particles exceeds 20 μm, unreacted Si is generated, and if it is 10 μm or less, there is no concern. Therefore, the average particle size of the Si fine particles is set to 10 μm or less.
請求項２に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、Ｓｉ微粒子とカーボンナノ材料の混合比が、１：１である。後述の表２に示すように、Ｓｉ微粒子とカーボンナノ材料の混合比が５：１０や１：１０の場合より、１０：１０、すなわち、１：１の方が硬度などの機械的性質の向上が顕著に認められる。
In the method for producing a carbon nanocomposite according to
請求項３に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、混合工程では、カーボンナノ材料及びＳｉ微粒子に、有機溶媒を加えて混合し、得られた混合物を乾燥させることを特徴とする。カーボンナノ材料は凝集し易いが、有機溶媒中でＳｉ微粒子と混合することにより、凝集を回避することができ、均一混合が達成できる。この結果、カーボンナノ材料にＳｉ微粒子をもれなく被覆させることができる。
In the method for producing a carbon nanocomposite according to
請求項４に係るカーボンナノ複合材料の製造方法では、有機溶媒は、エタノールであることを特徴とする。有機溶媒は、処理後に溶質が残留するため、溶質の除去が問題となる。この点、エタノールであれば、乾燥により除去できるため、後処理が容易であり、好ましい。
In the method for producing a carbon nanocomposite material according to
請求項５に係る発明では、Ｓｉ微粒子の平均粒径は、１μｍ以下とした。平均粒径を１μｍ以下とすることより、Ｓｉ微粒子が蒸発しやすくなり、炉温を下げた場合であっても薄く均等にＳｉ微粒子が付着したカーボンナノ複合材料を得ることができる。 In the invention which concerns on Claim 5 , the average particle diameter of Si microparticles was 1 micrometer or less. By setting the average particle size to 1 μm or less, the Si fine particles are easily evaporated, and even when the furnace temperature is lowered, a carbon nanocomposite material in which the Si fine particles adhere evenly can be obtained.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るカーボンナノ材料の表面処理方法の工程説明図である。
（ａ）：カーボンナノ材料１１を準備する。例えば１０ｇ。同時に、炭素と反応して化合物を生成する元素を含む微粒子としてのＳｉ粉末１２を準備する。例えば１０ｇ。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a process explanatory diagram of a carbon nanomaterial surface treatment method according to the present invention.
(A): A
（ｂ）：容器１３に、有機溶媒としてのエタノール１４を満たし、そこへカーボンナノ材料１１及びＳｉ粉末１２を投入する。そして、攪拌機１５で撹拌し、混合する。攪拌機１５の回転速度を毎分７５０回転とした。約２時間の撹拌で混合は十分であった。
（ｃ）：得られた混合物１６を濾過し、乾燥させる。
（ｄ）：得られた混合物１６を、ジルコニウム製容器１７に入れ、ジルコニウム製蓋１８を被せる。この蓋１８は非密閉蓋を採用することで、容器１７の内部と外部との通気を可能にする。
(B): The
(C): The resulting
(D): The obtained
（ｅ）：密閉炉体２１と、炉体２１内部を加熱する加熱手段２２と、容器１７を載せる台２３と、炉体２１内部を真空にする真空ポンプ２４とを備える真空炉２０を準備し、この真空炉２０に容器１７を入れる。真空下で加熱することで、混合物１６中のＳｉ粉末が蒸発する。この蒸発したＳｉが付近のカーボンナノ材料の表面に接触し、化合物を形成し、ＳｉＣの微粒子となって付着する。
以上により、カーボンナノ材料にＳｉＣ微粒子からなる被膜が付着したカーボンナノ複合材料２５を得ることができる。
(E): A
As described above, the
本発明に係るカーボンナノ複合材料の製造方法は、カーボンナノ材料１１と、炭素と反応して化合物を生成する元素を含む微粒子１２とを準備する工程（ａ）と、カーボンナノ材料１１と微粒子１２とエタノール１４を混合する混合工程（ｂ）と、得られた混合物１６を乾燥させる乾燥工程と（ｃ）、乾燥させた混合物１６を真空炉２０に入れ、高温真空下で微粒子を蒸発させ、この蒸気を前記カーボンナノ材料の表面に付着させる蒸着処理工程（ｅ）と、からなる。
The method for producing a carbon nanocomposite material according to the present invention includes a step (a) of preparing a
図２は摩耗痕深さの測定要領を説明する図であり、摩耗痕を測定するためにはテストピースが必要になる。そこで、（ａ）に示すように高温容器２６に溶融Ｍｇ（マグネシウム）２７を満たし、そこへ、カーボンナノ複合材料２５を２０質量％相当量投入し、撹拌棒２８で十分に撹拌する。溶融Ｍｇ２７を冷却し、（ｂ）に示すテストピース２９を作製する。テストピース２９は、厚さが０．２ｍｍで、縦が３３ｍｍ、横が３０ｍｍの平板である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the procedure for measuring the depth of wear marks, and a test piece is required to measure the wear marks. Therefore, as shown in (a), the high-
このテストピース２９に、（ｃ）で想像線で示す試験棒３１を擦りつける。試験棒３１は先端（図では下端）に直径１０ｍｍの球面を備えたＳＵＳ製のものを使用する。そして、３００ｇ（約３Ｎ）の押力で接触させ、１０ｍｍの距離を、１０００ｍｍ／分の速度で１００回往復させた。表面に発生した、摩擦痕の深さをレーザー顕微鏡で測定する。摩耗痕の深さは、小さいほど好ましい。
A
ところで、カーボンナノ複合材料２５の出来の良否は、図１（ｅ）で示した真空炉２０での蒸発処理工程における炉温、炉圧に左右される。図１（ａ）に示したカーボンナノ材料１１とＳｉ粉末１２との混合割合やＳｉ粉末１２の粒径（平均粒径）にも影響される。 これらの影響を定量的に確認するため、次の述べる実験を実施した。
By the way, the quality of the
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
(Experimental example)
Experimental examples according to the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to experimental examples.
○実施例１〜３と比較例１〜３：
蒸着処理工程における炉温の適正値を定めるために実験した。実験条件及び結果を次表にまとめた。なお、表に付した☆印は、注目項目を示す（表２〜表４も同じ）。
○ Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3:
An experiment was conducted to determine an appropriate value for the furnace temperature in the vapor deposition process. The experimental conditions and results are summarized in the following table. In addition, the ☆ mark attached | subjected to a table | surface shows an attention item (Table 2-Table 4 are also the same).
すなわち、炉温を１１５０℃〜１４５０℃まで、５０℃（または１００℃）ずつ変化させた。また、炉圧は、次の理由により、１×１０−５Ｐａとした。 That is, the furnace temperature was changed from 1150 ° C. to 1450 ° C. by 50 ° C. (or 100 ° C.). The furnace pressure was set to 1 × 10 −5 Pa for the following reason.
図３はＳｉの蒸気線図であり、Ｓｉ蒸気線３２より下の領域（高真空側の領域）で、Ｓｉは蒸発する。実施例１は、炉温を１１５０℃に設定した。１１５０℃での蒸気圧は約３×１０−４Ｐａである。この蒸気圧に余裕を見込んで、１×１０−５Ｐａに設定する。炉圧が１×１０−５Ｐａであれば、Ｓｉを十分に蒸発させることができる。実施例２及び実施例３も同様である。 FIG. 3 is a vapor diagram of Si. In the region below the Si vapor line 32 (region on the high vacuum side), Si evaporates. In Example 1, the furnace temperature was set to 1150 ° C. The vapor pressure at 1150 ° C. is about 3 × 10 −4 Pa. Allowing a margin for this vapor pressure, it is set to 1 × 10 −5 Pa. If the furnace pressure is 1 × 10 −5 Pa, Si can be sufficiently evaporated. The same applies to Example 2 and Example 3.
蒸着処理工程を経て、得られたカーボンナノ複合材料２５を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。典型例として、実施例２及び比較例２を図面に基づいて説明する。
図４は実施例２でのカーボンナノ複合材料の拡大図であり、外観は（ａ）に示すように表面のＳｉＣ膜に緻密さが認められた。そして、（ｂ）に示すように断面を観察すると、カーボンナノ材料１１に、一様な厚さの被膜（ＳｉＣ膜）３３が付着していた。被膜３３の平均膜厚は約４０ｎｍであった。
Through the vapor deposition process, the obtained
FIG. 4 is an enlarged view of the carbon nanocomposite material in Example 2. As shown in FIG. 4A, the SiC film on the surface was confirmed to be dense. Then, when the cross section was observed as shown in (b), the film (SiC film) 33 having a uniform thickness adhered to the
図５は比較例２でのカーボンナノ複合材料の拡大図であり、外観は（ａ）に示すように表面のＳｉＣ膜に大きな凹凸が認められた。そして、（ｂ）に示すように断面を観察すると、被膜（ＳｉＣ膜）が粗であり、厚さに変動が認められ、平均膜厚は約１００ｎｍであった。 FIG. 5 is an enlarged view of the carbon nanocomposite material in Comparative Example 2. As shown in FIG. 5 (a), large irregularities were observed on the surface SiC film. When the cross section was observed as shown in (b), the coating (SiC film) was rough, the thickness was varied, and the average film thickness was about 100 nm.
このようなカーボンナノ複合材料２５をＭｇに添加し、テストピースを作製し、このテストピースに対して摩擦痕の測定試験を施した。
Such a
なお、この測定試験に先立ち、次の要領で判断基準を定めた。
図２（ｃ）のテストピース２９を純Ｍｇ板に代える。そして、純Ｍｇ板に試験棒３１を擦りつけて、摩擦痕を発生させ、この摩擦痕の深さを測ったところ、１４．２μｍであった。
Prior to this measurement test, the criteria were determined in the following manner.
The
本発明では、Ｍｇにカーボンナノ複合材料を添加して強化したため、摩擦痕は１４．２μｍより浅くなることが期待できる。そこで、１４．２μｍの半分（１／２）以下であれば、カーボンナノ複合材料を添加したことによる効果があったと判定することにした。 In the present invention, since the carbon nanocomposite material is added to Mg and strengthened, the frictional trace can be expected to be shallower than 14.2 μm. Therefore, if it is less than half (1/2) of 14.2 μm, it was determined that there was an effect by adding the carbon nanocomposite material.
次に、実施例１〜３、比較例１〜３でのテストピースに対して摩擦痕の測定試験を施した。
炉温が１１５０℃であった実施例１での摩擦痕の深さは７μｍであった。
炉温が１２００℃であった実施例２での摩擦痕の深さは６．２μｍであった。
炉温が１２５０℃であった実施例３での摩擦痕の深さは６．５μｍであった。
Next, the measurement test of a frictional mark was given with respect to the test piece in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3.
The depth of the friction mark in Example 1 in which the furnace temperature was 1150 ° C. was 7 μm.
The depth of the friction trace in Example 2 where the furnace temperature was 1200 ° C. was 6.2 μm.
The depth of the friction mark in Example 3 in which the furnace temperature was 1250 ° C. was 6.5 μm.
炉温が１３００℃であった比較例１での摩擦痕の深さは７．４μｍであった。
炉温が１３５０℃であった比較例２での摩擦痕の深さは７．８μｍであった。
炉温が１４５０℃であった比較例３での摩擦痕の深さは１２μｍであった。
The depth of friction marks in Comparative Example 1 where the furnace temperature was 1300 ° C. was 7.4 μm.
The depth of friction marks in Comparative Example 2 in which the furnace temperature was 1350 ° C. was 7.8 μm.
The depth of friction marks in Comparative Example 3 where the furnace temperature was 1450 ° C. was 12 μm.
図６は炉温と摩擦痕の深さの相関を示すグラフであり、１１５０〜１２５０℃に炉温を設定することで、カーボンナノ複合材料の顕著な効果が認められた。特に、実施例２が最良好であった。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the furnace temperature and the depth of the friction marks. By setting the furnace temperature at 1150 to 1250 ° C., a remarkable effect of the carbon nanocomposite material was recognized. In particular, Example 2 was the best.
図７は平均膜厚と摩擦痕の深さの相関を示すグラフであり、平均膜厚が２５〜５０ｎｍであれば、カーボンナノ複合材料の顕著な効果が認められた。 FIG. 7 is a graph showing the correlation between the average film thickness and the depth of the friction marks. When the average film thickness was 25 to 50 nm, a remarkable effect of the carbon nanocomposite material was recognized.
○比較例４〜５：
実施例２が最良であったことから、実施例２を基準にして、Ｓｉ粉末の量だけを変化させた。すなわち、実施例２でＳｉ粉末の量が１０ｇであったものを、比較例４では５ｇ、比較例５では１ｇに変更した。カーボンナノ材料の量は１０ｇのままである。
○ Comparative Examples 4 to 5:
Since Example 2 was the best, only the amount of Si powder was changed based on Example 2. That is, the amount of Si powder in Example 2 that was 10 g was changed to 5 g in Comparative Example 4 and 1 g in Comparative Example 5. The amount of carbon nanomaterial remains 10 g.
カーボンナノ材料が１０ｇで、Ｓｉ粉末が５ｇである比較例４での摩擦痕の深さは７．８μｍであった。
カーボンナノ材料が１０ｇで、Ｓｉ粉末が１ｇである比較例５での摩擦痕の深さは９．１μｍであった。
The depth of friction marks in Comparative Example 4 in which the carbon nanomaterial was 10 g and the Si powder was 5 g was 7.8 μm.
The depth of friction marks in Comparative Example 5 in which the carbon nanomaterial was 10 g and the Si powder was 1 g was 9.1 μm.
併せて、濡れ性を調べた。測定方法は、特許文献１（特開２００６−４４９７０）図４に示されている方法と同一であるため、詳細な説明は省略する。
濡れ性は小さいほど好ましい。実施例２では３５°、比較例４では４０°、比較例５では４２°であり、比較例４〜５は濡れ性の点でも実施例２より劣る。
In addition, the wettability was examined. The measurement method is the same as that shown in FIG. 4 of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-44970), and thus detailed description thereof is omitted.
The smaller the wettability, the better. Example 2 is 35 °, Comparative Example 4 is 40 °, and Comparative Example 5 is 42 °. Comparative Examples 4 to 5 are inferior to Example 2 in terms of wettability.
実施例２と比較例４〜５とから、カーボン材料１０ｇにＳｉ粉末１０ｇを混ぜることが最良であることが確認できた。 From Example 2 and Comparative Examples 4 to 5, it was confirmed that it was best to mix 10 g of Si powder with 10 g of the carbon material.
○比較例６〜７：
上述の表１及び表２では、平均粒径が４μｍのＳｉ粉末を使用した。Ｓｉの粒径が大きくなると反応に時間が掛かり、２０時間の蒸着処理時間では反応の未了が予想される。
そこで、Ｓｉ粉末を平均粒径１０μｍ、平均粒径２０μｍのものに変えて実験を行った。
○ Comparative Examples 6-7:
In the above Tables 1 and 2, Si powder having an average particle size of 4 μm was used. As the Si particle size increases, the reaction takes time, and it is expected that the reaction will not be completed after a deposition time of 20 hours.
Therefore, the experiment was conducted by changing the Si powder to one having an average particle size of 10 μm and an average particle size of 20 μm.
得られたカーボンナノ複合材料を対象として、粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−９２０ レーザー回析粒度分布計）で測定したところ、Ｓｉの平均粒径が４μｍであった実施例２及び実施例３は、未反応のＳｉ粉末は検出できなかった。
Ｓｉの平均粒径が１０μｍであった実施例４（炉温１２００℃）では、未反応のＳｉ粉末が微量検出された。ただし、許容できる程度の量であった。
Ｓｉの平均粒径が１０μｍであった実施例５（炉温１２５０℃）では、未反応のＳｉ粉末は検出できなかった。
Example 2 and Example in which the average particle diameter of Si was 4 μm when the obtained carbon nanocomposite material was measured with a particle size distribution analyzer (LA-920 laser diffraction particle size distribution meter manufactured by Horiba, Ltd.). In No. 3, unreacted Si powder could not be detected.
In Example 4 (
In Example 5 (
Ｓｉの平均粒径が２０μｍであった比較例６（炉温１２００℃）では、未反応のＳｉ粉末が多量に検出された。
Ｓｉの平均粒径が２０μｍであった実施例７（炉温１２５０℃）でも、未反応のＳｉ粉末が多量に検出された。
In Comparative Example 6 (
Even in Example 7 (
したがって、Ｓｉ粉末は、平均粒径が１０μｍ以下のものを使用することが望まれる。 Therefore, it is desirable to use Si powder having an average particle size of 10 μm or less.
次に、上述の表１に係る追加実験を実施した。その内容と結果を以下に説明する。
○実施例６：
実施例６の実験条件は表４に示す通りである。参照のために表１で説明した、実施例１を併記する。
Next, an additional experiment according to Table 1 was performed. The contents and results will be described below.
Example 6:
The experimental conditions of Example 6 are as shown in Table 4. For reference, Example 1 described in Table 1 is also shown.
すなわち、カーボンナノ材料１０ｇ、Ｓｉ粉末１０ｇを混合したことを、実施例１（表１）と同じである。Ｓｉ平均粒径は１μｍとした（実施例１は４μｍ）。混合液に実施例１と同じくエタノールを使用した。
蒸着処理における炉温は１１００℃とした（実施例１は１１５０℃）。炉圧は実施例１と同じく１×１０−５Ｐａとし、蒸着時間の実施例１と同じく２０時間とした。
That is, it is the same as Example 1 (Table 1) that 10 g of carbon nanomaterial and 10 g of Si powder were mixed. The Si average particle diameter was 1 μm (Example 1 was 4 μm). Ethanol was used in the mixture as in Example 1.
The furnace temperature in the vapor deposition treatment was 1100 ° C. (Example 1 is 1150 ° C.). The furnace pressure was 1 × 10 −5 Pa as in Example 1, and 20 hours as in Example 1 of the deposition time.
図３の蒸気線図によれば、横軸の１１００℃と、縦軸１×１０−５Ｐａとの交点は、Ｓｉ蒸気線３２より下の領域（高真空側の領域）にあるため、Ｓｉを蒸発させることが可能である。可能であるが、蒸発速度は小さくなる。
その対策として、実施例１ではＳｉ平均粒子が４μｍであったものを、実施例６では１μｍにした。平均粒径を１μｍにすることにより、微粒子が蒸発しやすくなり、炉温を下げても、薄く、均等な微粒子が付着したカーボンナノ複合材を得ることができる。
According to the vapor diagram of FIG. 3, since the intersection of 1100 ° C. on the horizontal axis and 1 × 10 −5 Pa on the vertical axis is in the region below the Si vapor line 32 (region on the high vacuum side), Si Can be evaporated. Although possible, the evaporation rate is reduced.
As a countermeasure, in Example 1, the average Si particle was 4 μm, but in Example 6, it was 1 μm. By setting the average particle size to 1 μm, the fine particles can be easily evaporated, and even if the furnace temperature is lowered, a carbon nanocomposite having thin and uniform fine particles attached thereto can be obtained.
以上の条件で実験を実施したところ、上記表４に示す結果を得ることができた。
すなわち、カーボンナノ複合材の膜厚は平均１０ｎｍであり、摩擦痕の深さは７．１μｍであった。
When the experiment was carried out under the above conditions, the results shown in Table 4 were obtained.
That is, the film thickness of the carbon nanocomposite was an average of 10 nm, and the depth of the frictional trace was 7.1 μm.
実施例６の結果を、図６に加入したものを次図に示す。
図８は実施例６を加えた炉温と摩擦痕の深さの相関を示すグラフであり、１１００〜１２５０℃に炉温を設定することで、カーボンナノ複合材料の顕著な効果が認められた。特に、実施例２が最良好であった。
The result of Example 6 added to FIG. 6 is shown in the following figure.
FIG. 8 is a graph showing the correlation between the furnace temperature to which Example 6 was added and the depth of the friction trace, and by setting the furnace temperature to 1100 to 1250 ° C., a remarkable effect of the carbon nanocomposite material was recognized. . In particular, Example 2 was the best.
実施例６の結果を、図７に加入したものを次図に示す。
図９は実施例６を加えた平均膜厚と摩擦痕の深さの相関を示すグラフであり、平均膜厚が１０〜５０ｎｍであれば、カーボンナノ複合材料の顕著な効果が認められた。
The result of Example 6 added to FIG. 7 is shown in the following figure.
FIG. 9 is a graph showing the correlation between the average film thickness to which Example 6 is added and the depth of the friction marks. When the average film thickness is 10 to 50 nm, the remarkable effect of the carbon nanocomposite material was recognized.
なお、有機溶媒は、エタノールの他、メタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、エタノール類を用いることができる。また、これらを含む水溶液であってもよい。 As the organic solvent, ethanol, alcohols such as methanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and ethanol can be used. Moreover, the aqueous solution containing these may be sufficient.
本発明は、Ｍｇに添加するカーボンナノ複合材料に好適である。 The present invention is suitable for a carbon nanocomposite material added to Mg.
１１…カーボンナノ材料、１２…微粒子（Ｓｉ粉末）、１４…有機溶媒（エタノール）、１６…混合物、２０…真空炉、２５…カーボンナノ複合材料、３３…被膜。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記蒸着処理工程では、前記真空炉の炉温を１１００〜１２５０℃に設定し、且つ前記真空炉の炉圧を、前記設定した炉温における前記Ｓｉ微粒子の飽和蒸気圧より高真空に設定することを特徴とするカーボンナノ複合材料の製造方法。 And carbon nano material, a carbon nano composite material consisting of a SiC coating covered the surface of the carbon nanomaterial, the SiC coating is uniform in thickness, flat HitoshimakuAtsu is a 10~50nm And a method for producing a carbon nanocomposite material adhered to the entire surface of the carbon nanomaterial, the step of preparing the carbon nanomaterial and Si fine particles having an average particle size of 10 μm or less, and the carbon nanomaterial And a mixing step of mixing the Si fine particles, a vapor deposition treatment step of putting the obtained mixture in a vacuum furnace, evaporating the Si fine particles under high temperature vacuum, and attaching the vapor to the surface of the carbon nanomaterial; In the method for producing a carbon nanocomposite material comprising:
In the vapor deposition process, the furnace temperature of the vacuum furnace is set to 1100 to 1250 ° C., and the furnace pressure of the vacuum furnace is set to a higher vacuum than the saturated vapor pressure of the Si fine particles at the set furnace temperature. A method for producing a carbon nanocomposite material characterized by the following.
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