專利名稱：洋蔥狀碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及洋蔥狀碳(Onion Like Carbon ;以下,稱為“0LC”)的制作方法及制作
>j-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
OLC是直徑為數(shù)nm 數(shù)十nm的球狀粒子，在大氣中及真空中均顯示了極低的摩擦系數(shù)，另外，耐接觸壓力性也優(yōu)越，因此，特別期望作為固體潤(rùn)滑劑的應(yīng)用。作為這樣的OLC的制作方法，目前，存在例如專利文獻(xiàn)I公開的方法。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，通過沖擊合成法(爆炸法)制作了直徑4nm 6nm為金剛石微粉末(Diamond Nano Powder ;以下,稱為“DNP”)。然后，通過在1600°C 1800°C的惰性氣體環(huán)境中加熱處理該DNP來制作0LC?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平11-157818號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，作為起始原料的DNP昂貴(每克5000日元左右)，因此最終目的物的OLC也就更昂貴。也就是說，成本方面存在問題。因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠以比目前低的成本制作OLC的方法及裝置。用于解決課題的手段為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了涉及OLC的制作方法的第一發(fā)明和涉及該OLC的制作裝置的第二發(fā)明。其中，第一發(fā)明具備DLC粉末制作過程，通過使用烴系氣體作為材料氣體的等離子體CVD(Chemical Vapor Deposition)法來制作DLC(Diamondlike Carbon)粉末；以及轉(zhuǎn)換過程，通過將在該DLC粉末制作過程中制作的DLC粉末在真空中或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱來使該DLC粉末轉(zhuǎn)換成洋蔥狀碳。即，根據(jù)本第一發(fā)明，將烴系氣體作為起始原料制作(或者也稱為“合成”)0LC。具體而言，在DLC粉末制作過程中，通過使用烴系氣體作為材料氣體的等離子體CVD法制作硬質(zhì)碳粉，即DLC粉末。而且，在轉(zhuǎn)換過程中，將該DLC粉末在真空中或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱。由此，DLC粉末轉(zhuǎn)換成0LC，也就是說，制作了該0LC。另外，作為烴系氣體，有乙炔(C2H2)氣體或甲烷(CH4)氣體、乙烯(C2H4)氣體、苯(C6H6)氣體等，但是從DLC粉末的制作效率及成本、處理難易度、供應(yīng)容易性、安全性等綜合觀點(diǎn)來看，優(yōu)選乙炔氣體。還有，DLC粉末制作過程可以包括如下的等離子體產(chǎn)生過程、氣體導(dǎo)入過程及溫度控制過程。即，在等離子體產(chǎn)生過程中，將與基準(zhǔn)電位連接的真空槽和設(shè)置于該真空槽內(nèi)的開口形狀的容器作為一對(duì)電極，向它們供給交流的放電用電。由此，在包括容器的真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體。然后，在氣體導(dǎo)入過程中，向真空槽內(nèi)導(dǎo)入烴系氣體。這樣一來，烴系氣體被等離子體分解(離解)，在容器的表面，特別是該容器的內(nèi)壁制作DLC粉末。這時(shí)，若容器內(nèi)的溫度，例如DLC粉末的制作溫度過高，具體而言若超過300°C，則通過等離子體分解的烴系氣體的分解粒子即氫自由基及氫離子與DLC粉末反應(yīng)，該DLC粉末氣化。其結(jié)果是，DLC粉末的制作效率降低。為了避免這種不良情況，在溫度控制過程中，控制該容器內(nèi)的溫度，以使容器內(nèi)的溫度不高于300°C。此外，在氣體導(dǎo)入過程中，優(yōu)選經(jīng)由處于與真空槽絕緣的狀態(tài)的氣體導(dǎo)入管將烴系氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，同時(shí)該氣體導(dǎo)入管的通向真空槽內(nèi)的烴系氣體的噴出口位于容器的開口部的附近。由此，將烴系氣體直接導(dǎo)入容器內(nèi)，DLC粉末在該容器的內(nèi)壁上的制作效率提高。并且，DLC粉末制作過程優(yōu)選還包括直流電供給過程，對(duì)氣體導(dǎo)入管供給將基準(zhǔn)電位作為基準(zhǔn)的正電位的直流電。通過設(shè)置這樣的直流電供給過程，氣體導(dǎo)入管作為所謂正極起作用，將等離子體內(nèi)的電子引入該氣體導(dǎo)入管。其結(jié)果是，在氣體導(dǎo)入管的周圍，特別是該氣體導(dǎo)入管的烴系氣體的噴出口附近產(chǎn)生高密度的放電，所謂的空心陽(yáng)極放電。因此， 通過產(chǎn)生該空心陽(yáng)極放電，烴系氣體的分解效率提高，進(jìn)而DLC粉末在容器的內(nèi)壁上的制作效率進(jìn)一步提高。另外，直流電供給過程也有助于等離子體的穩(wěn)定化。即，等離子體是通過如上所述將真空槽和容器作為一對(duì)電極的交流的放電用電的供給來產(chǎn)生。另一方面，在DLC粉末制作過程中，DLC粉末不僅附著在容器的表面(內(nèi)壁)，還附著在真空槽的表面(內(nèi)壁)。若這樣DLC粉末附著在作為一對(duì)電極的真空槽和容器兩者的表面上，特別是DLC粉末附著在以維持在基準(zhǔn)電位為前提的真空槽的表面上，則該真空槽作為電極的功能降低，進(jìn)而等離子體變得不穩(wěn)定。在這里，若設(shè)置直流電供給過程，則如上所述將等離子體內(nèi)的電子引入作為正極的氣體導(dǎo)入管，因此，維持了該等離子體的產(chǎn)生，進(jìn)而穩(wěn)定了等離子體。另外，DLC粉末制作過程可以包括磁場(chǎng)形成過程，在真空槽內(nèi)形成用于將等離子體封入容器內(nèi)的磁場(chǎng)。通過設(shè)置這樣的磁場(chǎng)形成過程，容器內(nèi)的等離子體的密度提高，進(jìn)而DLC粉末在該容器的內(nèi)壁上的制作效率進(jìn)一步提高。而且，轉(zhuǎn)換過程可以包括轉(zhuǎn)換環(huán)境形成過程，將真空槽內(nèi)設(shè)定成真空或惰性氣體環(huán)境；以及加熱過程，在設(shè)定為該真空或惰性氣體環(huán)境的真空槽內(nèi)，在700°C 2000°C下加熱DLC粉末。即，這次實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了 DLC粉末加熱到700°C以上，該DLC粉末轉(zhuǎn)換成0LC。另夕卜，還確認(rèn)了該DLC粉末的加熱溫度越高，DLC粉末向OLC的轉(zhuǎn)換效率越高。另外，作為DLC粉末的加熱法，有加熱器加熱法或紅外線加熱法、高頻感應(yīng)加熱法、電子束照射加熱法、等離子體加熱法等。另外，DLC粉末可以在收容于上述容器的狀態(tài)下加熱，也可以轉(zhuǎn)移到其它的適當(dāng)容器后加熱。需要說明的是，在DLC粉末的加熱時(shí)，例如若真空槽內(nèi)存在氧，則該DLC粉末被氧化，具體而言，被氣化成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)等。為了避免這種不良情況，在進(jìn)行該加熱的熱過程前，設(shè)置了轉(zhuǎn)換環(huán)境形成過程，也就是說，真空槽內(nèi)設(shè)定為真空或惰性氣體環(huán)境。本發(fā)明的第二發(fā)明是與第一發(fā)明相對(duì)應(yīng)的方法發(fā)明，具備DLC粉末制作單元，其通過使用烴系氣體作為材料氣體的等離子體CVD法來制作DLC粉末；以及轉(zhuǎn)換單元，其通過將該DLC粉末制作單元制作的DLC粉末在真空中或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱來將該DLC粉末轉(zhuǎn)換成洋蔥狀碳。另外，在本第二發(fā)明中也同樣，作為烴系氣體最優(yōu)選乙炔氣體。
另外，作為本第二發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，具備與基準(zhǔn)電位連接的真空槽、及設(shè)置于該真空槽內(nèi)的開口形狀的容器。而且，DLC粉末制作單元包括如下的等離子體產(chǎn)生單元、氣體導(dǎo)入單元及溫度控制單元。即，等離子體產(chǎn)生單元通過將真空槽和容器作為一對(duì)電極，向它們供給交流的放電用電，來使包括該容器內(nèi)的真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體。而且，氣體導(dǎo)入單元將烴系氣體導(dǎo)入真空槽內(nèi)。另外，溫度控制單元控制該容器內(nèi)的溫度，以使容器內(nèi)的溫度不高于300 °C。此外，氣體導(dǎo)入單元可以包括處于與真空槽絕緣的狀態(tài)的氣體導(dǎo)入管。這種情況下，烴系氣體經(jīng)由氣體導(dǎo)入管被導(dǎo)入真空槽內(nèi)。而且，氣體導(dǎo)入管以使其通向真空槽內(nèi)的烴系氣體的噴出口位于容器的開口部附近的方式設(shè)置。還有，DLC粉末制作單元還可以包括直流電供給單元，對(duì)該氣體導(dǎo)入管供給將基準(zhǔn)電位作為基準(zhǔn)的正電位的直流電。另外，DLC粉末制作單元還可以包括磁場(chǎng)形成單元，在真空槽內(nèi)形成用于將等離子體封入容器內(nèi)的磁場(chǎng)。而且，轉(zhuǎn)換單元可以包括轉(zhuǎn)換環(huán)境形成單元，將真空槽內(nèi)設(shè)定為真空或惰性氣體環(huán)境；以及加熱單元，在設(shè)定為該真空或惰性氣體環(huán)境的真空槽內(nèi)，在700°C 2000°C下加熱DLC粉末。


圖I是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式涉及的OLC制作裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖；圖2是表示該實(shí)施方式中的OLC的制作程序的流程圖；·
圖3是表示該實(shí)施方式中的DLC粉末制作處理的DLC粉末的制作溫度和制作速度的關(guān)系的圖表；圖4是表示該實(shí)施方式制作的OLC的電子顯微鏡拍攝圖像的一例的圖；圖5是表示作為該OLC的成型前原料的DLC粉末的電子顯微鏡拍攝圖像的一例的圖；圖6是合并表示該OLC的XRD衍射分析結(jié)果和比較對(duì)照物質(zhì)的分析結(jié)果的圖；圖7是合并表示該OLC的拉曼光譜分析結(jié)果和比較對(duì)照物質(zhì)的分析結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式以下，說明本發(fā)明的一實(shí)施方式。如圖I所示，本實(shí)施方式涉及的OLC制作裝置10具備兩端封閉的大致圓筒形的真空槽12。該真空槽12以將相當(dāng)于該圓筒形的一端的部分作為上壁，相當(dāng)于另一端的部分作為底壁的方式設(shè)置。另外，該真空槽12的內(nèi)部空間的直徑約為1100mm，高度尺寸約為1000mm。該真空槽12的形狀及尺寸僅為一例，可以根據(jù)情況適當(dāng)決定。另外，真空槽12由高耐腐蝕性及高耐熱性的金屬，例如SUS304等不銹鋼形成，其壁部與作為基準(zhǔn)電位的接地電位連接。另外，在真空槽12的壁部的適當(dāng)位置，例如底壁的中央稍偏外側(cè)(在圖I中偏左偵D的位置設(shè)有排氣口 14。該排氣口 14經(jīng)由未圖示的排氣管與設(shè)置于真空槽12的外部的未圖示的作為排氣單元的真空泵結(jié)合。另外，真空泵還作為控制真空槽12內(nèi)的壓力P的壓力控制單元起作用。而且，排氣管的途中設(shè)有未圖示的閥門，該閥門還作為壓力控制單元起作用。而且，在真空槽12內(nèi)的大致中央位置配置有作為容器的坩堝16。詳細(xì)而言，該坩堝16為一端開口，另一端封閉的大致圓筒形，以其開口部朝上的狀態(tài)配置。另外，該坩堝16的外徑約為300mm，高度尺寸約為300mm，厚度尺寸(壁厚)為側(cè)壁部及底壁部都是約Imm(數(shù)mm)。另外，該坩堝16的材料為具有導(dǎo)電性及非磁性，且與下述DLC粉末100密合性低的高熔點(diǎn)材料，例如鑰(Mo)。當(dāng)然，不限于鑰，也可以是鉭(Ta)及鎢(W)、石墨(C)等其它高熔點(diǎn)材料。而且，該坩堝16的形狀及尺寸也可以根據(jù)情況適當(dāng)決定，特別是形狀，不限于大致圓筒形，也可以是方形或盤形等開口形狀。由設(shè)置于真空槽12的外部的作為放電用電供給單元的脈沖電源裝置18向坩堝16供給作為放電用電的非對(duì)稱脈沖電力Ep。嚴(yán)格來說，將真空槽12作為正極，坩堝16作為負(fù)極，向這些供給該非對(duì)稱脈沖電力Ep。該非對(duì)稱脈沖電力Ep的電壓形態(tài)是高電平的電壓值 固定為+ 37V，低電平的電壓值為-37V以下的矩形波，其頻率能夠根據(jù)脈沖電源裝置18在IOkHz 500kHz的范圍內(nèi)任意調(diào)整。另外，該矩形波電壓的占空比及低電平電壓值也能夠根據(jù)脈沖電源裝置18任意調(diào)整，通過調(diào)整這些占空比及低電平電壓值，詳細(xì)而言，將占空比設(shè)為50%以下，同時(shí)將低電平電壓值調(diào)整為-37V -2000V的范圍，該矩形電壓的平均電壓值(直流換算值)Vp能夠在OV -1000V的范圍內(nèi)任意設(shè)定。而且，以環(huán)繞坩堝16的周圍(側(cè)壁及底壁)的方式設(shè)有比該坩堝16大一圈的大致圓筒形的加熱器20。該加熱器20通過來自設(shè)置于真空槽12的外部的未圖示的加熱器加熱用電源的加熱器加熱用電力的供給而被加熱。而且，通過加熱加熱器20，坩堝16的溫度，詳細(xì)而言該坩堝16的內(nèi)壁的溫度在100°C 2000°C的范圍內(nèi)任意控制。另外，以貫穿真空槽12的壁部的適當(dāng)位置，例如上壁的方式設(shè)有氣體導(dǎo)入管22。該氣體導(dǎo)入管22是由鑰或鉭等高熔點(diǎn)金屬制成的，通過絕緣子24與真空槽12絕緣。而且，在該氣體導(dǎo)入管22的前端，詳細(xì)而言，真空槽12內(nèi)側(cè)的端部位于坩堝16的開口部的大致中央。另一方面，該氣體導(dǎo)入管22的基端與設(shè)置于真空槽12的外部的未圖示的作為放電用氣體供給源的氬(Ar)氣供給源和未圖示的作為材料氣體供給源的乙炔氣體供給源結(jié)合。另外，在位于真空槽12的外部的氣體導(dǎo)入管22的途中設(shè)有用于分別調(diào)整該氣體導(dǎo)入管22內(nèi)流通的氬氣及乙炔氣體的流量的未圖示的流量調(diào)整單元，例如質(zhì)量流量控制器和用于分別開閉該氬氣及乙炔氣體的流通的未圖示的開閉單元，例如開閉閥門。并且，由設(shè)置于真空槽12的外部的作為直流電供給單元的噴嘴用電源裝置26向氣體導(dǎo)入管22供給以接地電位為基準(zhǔn)的正電位的直流電Ea。該直流電Ea的電壓值Va能夠根據(jù)噴嘴用電源裝置26在例如+ IOV + 100V的范圍內(nèi)任意調(diào)整。另外，在真空槽12的外部，沿著該真空槽12的上壁及底壁各自的周緣設(shè)有作為磁場(chǎng)形成單元的一對(duì)電磁線圈28及30。這些電磁線圈28及30通過有設(shè)置于真空槽12的外部的未圖示的磁場(chǎng)形成用電源裝置供給直流的磁場(chǎng)形成用電力，以將下述等離子體200封入真空槽12內(nèi)的中央，優(yōu)選將該等離子體200封入坩堝16內(nèi)的方式，在真空槽12內(nèi)形成所謂的鏡磁場(chǎng)。該鏡磁場(chǎng)的強(qiáng)度能夠在坩堝16內(nèi)在ImT IOmT的范圍內(nèi)任意調(diào)整。根據(jù)這樣構(gòu)成的OLC制作裝置10，能夠以乙炔氣體為起始原料來制作0LC。具體而言，如圖2所示，首先，實(shí)施作為第一步驟的DLC粉末制作處理。在該DLC粉末制作處理中，通過將乙炔氣體作為材料氣體的等離子體CVD法制作DLC粉末100。接著，實(shí)施作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理。在該DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，將由剛才的DLC粉末制作處理制作的DLC粉末100在氬氣環(huán)境中通過上述加熱器20進(jìn)行加熱。通過該加熱，DLC粉末轉(zhuǎn)換成0LC，也就是說，制成了該0LC。另外，圖2中未圖示，在作為第一步驟的DLC粉末制作處理之前，進(jìn)行作為預(yù)處理的抽制真空。而且，在作為第二步驟的轉(zhuǎn)換處理后，進(jìn)行用于將最終完成的OLC拿到真空槽12的外部的后處理。更具體而言，在作為預(yù)處理的抽制真空中，在該真空槽12內(nèi)通過上述真空泵進(jìn)行排氣，直到真空槽12內(nèi)的壓力P變成2X10_3Pa以下，優(yōu)選變成5 X 10_4Pa以下。該抽制真空后，實(shí)施作為第一步驟的DLC粉末制作處理。S卩，經(jīng)由氣體導(dǎo)入管22 向真空槽12內(nèi)導(dǎo)入氬氣。在該狀態(tài)下，將真空槽12作為正極，坩堝16作為負(fù)極，由脈沖電源裝置18向它們供給非對(duì)稱脈沖電力Ep。這樣一來，真空槽12內(nèi)的氬氣放電，該真空槽12內(nèi)產(chǎn)生等離子體200。然后，經(jīng)由氣體導(dǎo)入管22向真空槽12內(nèi)導(dǎo)入乙炔氣體。這樣一來，該乙炔氣體被等離子體200分解，生成該乙炔氣體的分解粒子，即碳離子。而且，該碳離子入射至作為負(fù)極的坩堝16的表面，特別是內(nèi)壁。由此，在該坩堝16的內(nèi)壁制作DLC粉末100。另外，氣體導(dǎo)入管22的前端位于坩堝16的開口部的大致中央，因此，從該氣體導(dǎo)入管22的前端噴出的乙炔氣體被直接導(dǎo)入該坩堝16內(nèi)。由此，能夠謀求DLC粉末100在坩堝16的內(nèi)壁上的制作效率，例如制作速度的提高。另外，推測(cè)DLC粉末100通過同時(shí)進(jìn)行如下兩個(gè)工藝來制作。第一，在坩堝16的內(nèi)壁形成DLC的被膜，但是該DLC被膜通過自身的內(nèi)部盈利從坩堝16的內(nèi)壁剝離，其成為DLC粉末100。而且，第二，通過等離子體200分解的乙炔氣體的分解粒子，即碳自由基及碳離子在氣相中再鍵合，其作為DLC粉末100在坩堝16的內(nèi)壁堆積。推測(cè)通過同時(shí)進(jìn)行這兩個(gè)工藝，制成了 DLC粉末100。在該DLC粉末制作處理中，還向各電磁線圈28及30供給磁場(chǎng)形成用電力。由此，在真空槽12內(nèi)形成上述鏡磁場(chǎng)，將等離子體200封入坩堝16內(nèi)。其結(jié)果是，等離子體100的密度提高，DLC粉末100在坩堝16的內(nèi)壁上的制作速度進(jìn)一步提高。此外，由噴嘴用電源裝置26向氣體導(dǎo)入管22供給直流電Ea。這樣一來，氣體導(dǎo)入管22作為所謂第二正極起作用，將等離子體200內(nèi)的電子引入該作為第二電極的氣體導(dǎo)入管22。其結(jié)果是，在氣體導(dǎo)入管22的周圍，特別是在該氣體導(dǎo)入管22的前端附近產(chǎn)生高密度的放電，所謂的空心陽(yáng)極放電300。而且，通過產(chǎn)生該空心陽(yáng)極放電300，乙炔氣體的分解效率提高，進(jìn)而DLC粉末100在坩堝16的內(nèi)壁上的制作速度進(jìn)一步提高。另外，通過氣體導(dǎo)入管22作為第二正極起作用，還能夠謀求等離子體200的穩(wěn)定化。S卩，等離子體200是通過如上所述將真空槽12作為正極，坩堝16作為負(fù)極，向它們供給非對(duì)稱脈沖電力Ep而產(chǎn)生的。另一方面，利用該等離子體200制作的DLC粉末100不僅附著在坩堝16的內(nèi)壁(表面)，還附著在真空槽12的內(nèi)壁(表面)。若這樣DLC粉末100附著在作為正極的真空槽12和作為負(fù)極的坩堝16兩者的表面上，特別是DLC粉末100附著在以維持在接地電位為前提的作為正極的真空槽12的表面上，則該真空槽12作為電極的功能降低，進(jìn)而等離子體200變得不穩(wěn)定。在這里，通過氣體導(dǎo)入管22作為第二正極起作用，如上所述將等離子體200內(nèi)的電子引入該作為第二正極的氣體導(dǎo)入管22。也就是說，氣體導(dǎo)入管22還作為用于使等離子體200產(chǎn)生的電極起作用。由此，維持等離子體200的產(chǎn)生，穩(wěn)定該等離子體200。通過這樣穩(wěn)定等離子體200，能夠長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行DLC粉末100的制作處理，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)該DLC粉末100的大量制作，換而言之，能夠?qū)崿F(xiàn)作為最終目的物的OLC的大量制作。另外，通過向加熱器20供給加熱器加熱用電力，來加熱該加熱器20，進(jìn)而控制坩堝16的內(nèi)壁的溫度，所謂DLC粉末100的制作溫度。需要說明的是，若該DLC粉末100的制作溫度過高，則通過等離子體200分解的乙炔氣體的分解粒子即氫自由基及氫離子與DLC粉末100反應(yīng)，該DLC粉末100被氣化。由此，DLC粉末100的制作速度可能降低。圖3表示DLC粉末100的制作溫度和該DLC粉末100的制作速度的關(guān)系。另外，該圖3是氬氣的流量為50mL/min，乙炔氣體的流量為300mL/min，真空槽12內(nèi)的壓力P為3Pa，非對(duì)稱脈沖電力Ep的頻率為IOOkHz，該非對(duì)稱脈沖電力Ep的占空比為30%，該非對(duì)稱脈沖電力Ep的平均電壓值Vp為-500V，直流電Ea的電壓值Va為+ 30V，坩堝16內(nèi)的磁場(chǎng)為5mT時(shí)的該關(guān)系的實(shí)測(cè)結(jié)果。由該圖3可知，DLC粉末100的制作溫度為大約300°C以下時(shí)，該DLC粉末100的
制作速度約為8g/h，為能夠?qū)崿F(xiàn)所謂大量生產(chǎn)的水平。但是，若DLC粉末100的制作溫度超過300°C，則該DLC粉末100的制作速度極低。特別是，DLC粉末100的制作溫度為700°C時(shí)的制作速度是3. 4g/h，是該制作溫度為300°C以下時(shí)的一半以下。因此，關(guān)鍵是將DLC粉末100的制作溫度控制在300°C以下，優(yōu)選控制在100°C 300°C的范圍內(nèi)。按照這樣的要領(lǐng)，在實(shí)施作為第一步驟的DLC粉末制作處理后，接著，實(shí)施作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理。即，停止向各電磁線圈28及30供給磁場(chǎng)形成用電力。并且，停止向氣體導(dǎo)入管22供給直流電Ea，同時(shí)，停止向坩堝16供給非對(duì)稱脈沖電力Ep。另外，停止經(jīng)由氣體導(dǎo)入管22向真空槽12內(nèi)導(dǎo)入氬氣及乙炔氣體。另外，向加熱器20的加熱器加熱用電力的供給可以維持，也可以停止。然后，真空槽12內(nèi)重新抽制真空。在該重新抽制真空后，經(jīng)由氣體導(dǎo)入管22向真空槽12內(nèi)只導(dǎo)入氬氣。而且，通過導(dǎo)入該氬氣，真空槽12內(nèi)變成該氬氣環(huán)境。這時(shí)的真空槽12內(nèi)的壓力P為例如10Pa。在該狀態(tài)下，通過加熱器20，坩堝16的內(nèi)壁的溫度加熱至1600°C。由此，坩堝16內(nèi)的DLC粉末100轉(zhuǎn)換成0LC。該DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理進(jìn)行例如30分鐘。而且，在該DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理后，進(jìn)行用于將完成的OLC取出到真空槽12的外部的后處理。即，作為后處理，停止向加熱器20供給加熱器加熱用電力。并且，停止經(jīng)由氣體導(dǎo)入管22向真空槽12內(nèi)供給氬氣。另外，真空槽12內(nèi)的壓力P漸漸恢復(fù)到與大氣壓力相同的程度。而且，設(shè)置適當(dāng)時(shí)間，例如10分鐘 30分鐘的冷卻期間。然后，真空槽12內(nèi)向大氣開放，從該真空槽12內(nèi)OLC帶坩堝16—同取出。由此，作為后處理，包括該后處理在內(nèi)的一系列OLC制作處理結(jié)束。另外，將帶坩堝16—同取出的OLC通過刷等合適的回收單元回收。利用透射型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope ；TEM)觀察根據(jù)這樣的要領(lǐng)制作的0LC，得到如圖4所示的圖像。在該圖4中，白色的虛線圓圈包圍的部分表示0LC。即，由該圖4確認(rèn)了 OLC的存在。另外，該圖4所示的OLC是在制作作為其之前原料的DLC粉末100時(shí)(也就是說，在作為第一步驟的DLC粉末制作處理中)，除了該DLC粉末100的制作溫度設(shè)定為200°C以外，在與上述圖3相同的條件下制成的。在這里，利用透射型電子顯微鏡觀察作為OLC的之前原料的DLC粉末100，得到如圖5所示的圖像。在該圖5中，在白色的虛線圓圈包圍的部分確認(rèn)了 OLC的存在。也就是說，由該圖5確認(rèn)了 DLC粉末100中雖然少，但是制作有OLC。換而言之，確認(rèn)了通過在1600°C加熱該DLC粉末100 (也就是說，通過實(shí)施作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理)，該DLC粉末100確實(shí)地轉(zhuǎn)換成了 0LC。另外，對(duì)OLC進(jìn)行X線衍射(X-Ray Diffraction ；XRD)分析。其結(jié)果如圖6所示。另外，在該圖6中，實(shí)線的曲線LI表示該OLC的分析結(jié)果。其它曲線L2 L5為比較對(duì)照物質(zhì)的分析結(jié)果。詳細(xì)而言，點(diǎn)劃線的曲線L2表示在作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，通過在1000°C加熱DLC粉末100而得到的OLC的分析結(jié)果。而且，雙點(diǎn)劃線的曲線L3表示作為OLC的之前原料的DLC粉末100的分析結(jié)果。另外，長(zhǎng)虛線的曲線L4表示作為上述現(xiàn)有技術(shù)的起始原料的DNP的分析結(jié)果。而且，短虛線的曲線L5表示在該現(xiàn)有技術(shù)中通過在1600°C加熱DNP而制作的OLC的分析結(jié)果。由該圖6可知，在曲線LI L5的任一曲線中，均在43度附近的角度出現(xiàn)峰。該43度附近的峰意味著金剛石成分的存在。而且，在表示DNP的分析結(jié)果的曲線(長(zhǎng)虛線)L4以外的曲線LI L3及L5中，在26度附近也出現(xiàn)了峰。特別是，若注意表示本實(shí)施方式的OLC的分析結(jié)果的曲線(實(shí)線)L1和表示現(xiàn)有技術(shù)的OLC的分析結(jié)果的曲線(短虛線)L5，則這些曲線LI及L5中的該26度附近的峰顯著。這正意味著OLC的存在。S卩，由該X線衍射分析的結(jié)果也確認(rèn)了通過本實(shí)施方式制作0LC。另外，在表示通過在1000°C加熱DLC粉末100而得到的OLC的分析結(jié)果的曲線(點(diǎn)劃線)L2中，與表示本實(shí)施方式的OLC的分析結(jié)果的曲線(實(shí)線)LI相比，26度附近的峰小。這意味著，雖然能夠通過在1000°C加熱DLC粉末100來將該DLC粉末100轉(zhuǎn)換成0LC，但是其轉(zhuǎn)換效率低，換而言之，在1000°C的加熱溫度不能確實(shí)地將DLC粉末100轉(zhuǎn)換成OLC (也就是說，該加熱溫度不足)。另外，在表示DLC粉末100的分析結(jié)果的曲線(雙點(diǎn)劃線)L3中，雖然少，但是在26度附近存在峰，參照?qǐng)D5進(jìn)行說明，意味著該DLC粉末100中雖然少，但是存在0LC。在表示DNP的分析結(jié)果的曲線(長(zhǎng)虛線)L4中，沒有出現(xiàn)26度附近的峰，是因?yàn)樵谠揇NP中不存在0LC。此外，對(duì)本實(shí)施方式的OLC進(jìn)行拉曼光譜分析。其結(jié)果如圖7所示。另外，在該圖7中，實(shí)線的曲線Lll表示該OLC的分析結(jié)果。其它曲線L12及13為比較對(duì)照物質(zhì)的分析結(jié)果。詳細(xì)而言，點(diǎn)劃線的曲線L12表示在作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，通過在1000°C加熱DLC粉末100而得到的OLC的分析結(jié)果。而且，短虛線的曲線L13表示在現(xiàn)有技術(shù)中通過在1600°C加熱DNP而制作的OLC的分析結(jié)果。由該圖7可知，關(guān)于曲線Lll L3的任一曲線，拉曼位移為1340CHT1附近的所謂的D帶和1580CHT1附近的所謂的G帶一致。特別是，若注意表示本實(shí)施方式的OLC的分析結(jié)果的曲線(實(shí)線)L11和表示現(xiàn)有技術(shù)的OLC的分析結(jié)果的曲線(短虛線)L13，則這些曲線Lll及L13包括該D帶及G帶在內(nèi)全部一致。這還意味著OLC的存在。另外,表示通過在1000°C加熱DLC粉末100而得到的OLC的分析結(jié)果的曲線(點(diǎn)劃線)L12與其它曲線Lll及L13相比，存在多少偏差。這還意味著在1000°C的加熱溫度不能確實(shí)地將DLC粉末100轉(zhuǎn)換成0LC。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠?qū)⒁胰矚怏w作為起始原料來制作0LC。乙炔氣體與上述現(xiàn)有技術(shù)中的作為起始原料的DNP相比，極其廉價(jià)。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠與現(xiàn)有技術(shù)相比極其廉價(jià)地制作0LC。
另外，在本實(shí)施方式中，采用乙炔氣體作為起始原料，但是，并不限于此。也可以采用甲烷氣體或乙烯氣體、苯氣體等其它烴系氣體。另外，也可以采用由醇類氣化而得到的烴系氣體。需要說明的是，已由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了甲烷氣體與乙炔氣體相比，DLC粉末100的制作速度慢，詳細(xì)而言，只能得到采用該乙炔氣體的情況時(shí)的1/5左右的制作速度。乙烯氣體也是同樣地情況。而且，關(guān)于苯氣體，該苯原本為液體，因此，需要將其氣化，相應(yīng)地就需要包括氣化設(shè)備在內(nèi)的成本。此外，采用苯氣體的情況下，苯氣體可能在真空泵中再次液化，若出現(xiàn)這種情況，則該真空泵的排氣效率降低。而且，苯氣體具有毒性及致癌性，因此，其弊病大。醇類也是液體，因此，需要包括氣化設(shè)備在內(nèi)的成本。若綜合這些來考慮，則從DLC粉末100的制作速度、成本、處理難易度、供應(yīng)容易性、安全性等觀點(diǎn)來看，作為起始原料，乙炔氣體最合適。另外，在作為第一步驟的DLC粉末制作處理中，采用非對(duì)稱脈沖電力Ep作為放電用電，但是，作為替代，可以采用例如頻率為13. 56MHz的正弦波的高頻電力。不管采用哪一個(gè)，為了防止充電，關(guān)鍵是采用交流電力作為該放電用電。需要說明的是，采用高頻電力的情況下，需要用于獲取在其供給源即作為放電用電供給單元的高頻電源裝置和包括坩堝16的負(fù)荷側(cè)之間的阻抗匹配的阻抗匹配器，因此，相應(yīng)地要包括該阻抗匹配器的裝置的整體結(jié)構(gòu)變成復(fù)雜，且成本變高。另外，如上所述，非對(duì)稱脈沖電力Ep的頻率及占空比、平均電壓值Vp能夠調(diào)整，因此，與高頻電力相比，靈活性高，易于應(yīng)對(duì)各種狀況。因此，作為放電用電，與高頻電力相比，非對(duì)稱脈沖電力Ep更合適。此外，作為等離子體200的激勵(lì)法，采用了所謂的自放電型(或也稱為“冷負(fù)極型”)的激勵(lì)法，但是，并不限于此。即，也可以采用高頻等離子體CVD法或微波等離子體 CVD 法，ECR(Electron Cyclotron Resonance)等離子體 CVD 法、熱負(fù)極 PIG (PenningIonization Gauge)等離子體CVD法等其它激勵(lì)法。而且，在作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，采用了通過加熱器20加熱DLC粉末100這樣的所謂加熱器加熱法，但是，并不限于此。即，可以采用紅外線燈加熱法或高頻·感應(yīng)加熱法、電子束照射加熱法、等離子體加熱法等其它加熱法。不管采用哪一個(gè)，關(guān)鍵是將DLC粉末100加熱到700°C 2000°C，優(yōu)選加熱到1600°C 2000°C。另外，上述說明中省略了說明，已由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了只要為至少700°C以上的加熱溫度，就能夠?qū)LC粉末100轉(zhuǎn)換成0LC。需要說明的是，如上所述，該加熱溫度越高，DLC粉末100向OLC的轉(zhuǎn)換效率越高。另外，已由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了加熱時(shí)間(也就是說，DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理的繼續(xù)時(shí)間)對(duì)轉(zhuǎn)換效率影響不大，只要是大約20分鐘以上(根據(jù)加熱溫度)就能得到一定的轉(zhuǎn)換效率。另外，在作為該第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，真空槽12內(nèi)設(shè)定為氬氣環(huán)境，但是，并不限于此。也可以設(shè)定為例如，氖(Ne)氣或氙(Xe)氣等其它惰性氣體的環(huán)境。另外，不在惰性氣體環(huán)境中，也可以在真空中實(shí)施該DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理。因此，在作為上述第一步驟的DLC粉末制作處理中，作為放電用氣體，可以不采用氬氣，而采用氖氣體々氙氣體等其它惰性氣體。另外，作為第一步驟的DLC粉末制作處理和作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理可以通過不同的裝置實(shí)施。即，也可以將用于實(shí)施DLC粉末制作處理的裝置和用于實(shí)施DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理的裝置分別設(shè)置，將DLC粉末制作處理裝置制作的DLC粉末100轉(zhuǎn)移到DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理裝置，在這里轉(zhuǎn)換成0LC。另外，這些DLC粉末制作處理和DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理可以通過所謂的聯(lián)機(jī) 方式連續(xù)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.洋蔥狀碳的制作方法，具備 DLC粉末制作過程通過使用烴系氣體作為材料氣體的等離子體CVD法來制作DLC粉末；以及 轉(zhuǎn)換過程通過將在所述DLC粉末制作過程中制作的所述DLC粉末在真空中或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱來使該DLC粉末轉(zhuǎn)換成洋蔥狀碳。
2.如權(quán)利要求I所述的洋蔥狀碳的制作方法，其中， 所述烴系氣體為乙炔氣體。
3.如權(quán)利要求I或2所述的洋蔥狀碳的制作方法，其中，所述DLC粉末制作過程包括 等離子體產(chǎn)生過程通過將與基準(zhǔn)電位連接的真空槽和設(shè)置于該真空槽內(nèi)的開口形狀的容器作為一對(duì)電極向該真空槽和該容器供給交流的放電用電來使包括該容器的該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體； 氣體導(dǎo)入過程將所述烴系氣體導(dǎo)入所述真空槽內(nèi)；以及 溫度控制過程控制該容器內(nèi)的溫度，以使所述容器內(nèi)的溫度不高于300°C。
4.如權(quán)利要求3所述的洋蔥狀碳的制作方法，其中， 在所述氣體導(dǎo)入過程中，經(jīng)由處于與所述真空槽絕緣的狀態(tài)的氣體導(dǎo)入管將所述烴系氣體導(dǎo)入該真空槽內(nèi)，同時(shí)使該氣體導(dǎo)入管的通向該真空槽內(nèi)的該烴系氣體的噴出口位于所述容器的開口部的附近， 還包括直流電供給過程所述DLC粉末制作過程對(duì)所述氣體導(dǎo)入管供給以所述基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)的正電位的直流電。
5.如權(quán)利要求3或4所述的洋蔥狀碳的制作方法，其中， 所述DLC粉末制作過程還包括磁場(chǎng)形成過程在所述真空槽內(nèi)形成用于將所述等離子體封入所述容器內(nèi)的磁場(chǎng)。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的洋蔥狀碳的制作方法，其中，所述轉(zhuǎn)換過程包括 轉(zhuǎn)換環(huán)境形成過程將所述真空槽內(nèi)設(shè)定為所述真空或所述惰性氣體環(huán)境；以及 加熱過程在設(shè)定為所述真空或所述惰性氣體環(huán)境的所述真空槽內(nèi)，在700°C 2000°C加熱所述DLC粉末。
7.洋蔥狀碳的制作裝置，具備 DLC粉末制作單元通過使用烴系氣體作為材料氣體的等離子體CVD法來制作DLC粉末；以及 轉(zhuǎn)換單元其通過將所述DLC粉末制作單元制作的所述DLC粉末在真空中或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行加熱來將該DLC粉末轉(zhuǎn)換成洋蔥狀碳。
8.如權(quán)利要求7所述的洋蔥狀碳的制作裝置，其中， 所述烴系氣體為乙炔氣體。
9.如權(quán)利要求7或8所述的洋蔥狀碳的制作裝置，其中， 具備與基準(zhǔn)電位連接的真空槽、及設(shè)置于所述真空槽內(nèi)的開口形狀的容器，所述DLC粉末制作單元包括 等離子體產(chǎn)生單元通過將所述真空槽和所述容器作為一對(duì)電極，向該真空槽和該容器供給交流的放電用電，來使包括該容器內(nèi)的該真空槽內(nèi)產(chǎn)生等離子體； 氣體導(dǎo)入單元將所述烴系氣體導(dǎo)入所述真空槽內(nèi)；以及溫度控制單元控制該容器內(nèi)的溫度，以使所述容器內(nèi)的溫度不高于300°C。
10.如權(quán)利要求9所述的洋蔥狀碳的制作裝置，其中， 所述氣體導(dǎo)入單元包括處于與所述真空槽絕緣的狀態(tài)的氣體導(dǎo)入管，所述烴系氣體經(jīng)由所述氣體導(dǎo)入管被導(dǎo)入所述真空槽內(nèi)，所述氣體導(dǎo)入管以使其通向所述真空槽內(nèi)的所述烴系氣體的噴出口位于所述容器的開口部的附近的方式設(shè)置，所述DLC粉末制作單元還包括直流電供給單元對(duì)所述氣體導(dǎo)入管供給以所述基準(zhǔn)電位為基準(zhǔn)的正電位的直流電。
11.如權(quán)利要求9或10所述的洋蔥狀碳的制作裝置，其中， 所述DLC粉末制作單元還包括磁場(chǎng)形成單元在所述真空槽內(nèi)形成用于將所述等離子體封入所述容器內(nèi)的磁場(chǎng)。
12.如權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的洋蔥狀碳的制作裝置，其中，所述轉(zhuǎn)換單元包括 轉(zhuǎn)換環(huán)境形成單元將所述真空槽內(nèi)設(shè)定為所述真空或所述惰性氣體環(huán)境；以及加熱單元在設(shè)定為所述真空或所述惰性氣體環(huán)境的所述真空槽內(nèi)，在700°C 2000°C加熱所述DLC粉末。
全文摘要
本發(fā)明提供洋蔥狀碳的制作方法，其以低成本制作洋蔥狀碳(OLC)。在本發(fā)明中，在作為第一步驟的DLC粉末制作處理中，通過以烴系氣體為材料氣體的等離子體CVD法制作硬質(zhì)碳粉，即DLC粉末。接著，在作為第二步驟的DLC-OLC轉(zhuǎn)換處理中，在真空中或惰性氣體環(huán)境中加熱器加熱該DLC粉末。由此，DLC粉末轉(zhuǎn)換成OLC，也就是說，制成了該OLC。這樣，根據(jù)本發(fā)明，將烴系氣體作為起始原料制作OLC，因此，能夠以極低成本制作該OLC。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102933490SQ20118001946
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月6日
發(fā)明者寺山暢之, 大前伸夫 申請(qǐng)人:神港精機(jī)株式會(huì)社, 大前伸夫