洋葱状碳的制作方法

专利名称：洋葱状碳的制作方法
技术领域：
本发明涉及洋葱状碳(Onion Like Carbon ;以下,称为“0LC”)的制作方法及制作
>j-U ρ α装直。
背景技术：
OLC是直径为数nm 数十nm的球状粒子，在大气中及真空中均显示了极低的摩擦系数，另外，耐接触压力性也优越，因此，特别期望作为固体润滑剂的应用。作为这样的OLC的制作方法，目前，存在例如专利文献I公开的方法。根据该现有技术，通过冲击合成法(爆炸法)制作了直径4nm 6nm为金刚石微粉末(Diamond Nano Powder ;以下,称为“DNP”)。然后，通过在1600°C 1800°C的惰性气体环境中加热处理该DNP来制作0LC。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平11-157818号公报

发明内容
发明要解决的课题但是，在上述现有技术中，作为起始原料的DNP昂贵(每克5000日元左右)，因此最终目的物的OLC也就更昂贵。也就是说，成本方面存在问题。因此，本发明的目的在于，提供能够以比目前低的成本制作OLC的方法及装置。用于解决课题的手段为了实现该目的，本发明提供了涉及OLC的制作方法的第一发明和涉及该OLC的制作装置的第二发明。其中，第一发明具备DLC粉末制作过程，通过使用烃系气体作为材料气体的等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition)法来制作DLC(Diamondlike Carbon)粉末；以及转换过程，通过将在该DLC粉末制作过程中制作的DLC粉末在真空中或惰性气体环境中进行加热来使该DLC粉末转换成洋葱状碳。即，根据本第一发明，将烃系气体作为起始原料制作(或者也称为“合成”)0LC。具体而言，在DLC粉末制作过程中，通过使用烃系气体作为材料气体的等离子体CVD法制作硬质碳粉，即DLC粉末。而且，在转换过程中，将该DLC粉末在真空中或惰性气体环境中进行加热。由此，DLC粉末转换成0LC，也就是说，制作了该0LC。另外，作为烃系气体，有乙炔(C2H2)气体或甲烷(CH4)气体、乙烯(C2H4)气体、苯(C6H6)气体等，但是从DLC粉末的制作效率及成本、处理难易度、供应容易性、安全性等综合观点来看，优选乙炔气体。还有，DLC粉末制作过程可以包括如下的等离子体产生过程、气体导入过程及温度控制过程。即，在等离子体产生过程中，将与基准电位连接的真空槽和设置于该真空槽内的开口形状的容器作为一对电极，向它们供给交流的放电用电。由此，在包括容器的真空槽内产生等离子体。然后，在气体导入过程中，向真空槽内导入烃系气体。这样一来，烃系气体被等离子体分解(离解)，在容器的表面，特别是该容器的内壁制作DLC粉末。这时，若容器内的温度，例如DLC粉末的制作温度过高，具体而言若超过300°C，则通过等离子体分解的烃系气体的分解粒子即氢自由基及氢离子与DLC粉末反应，该DLC粉末气化。其结果是，DLC粉末的制作效率降低。为了避免这种不良情况，在温度控制过程中，控制该容器内的温度，以使容器内的温度不高于300°C。此外，在气体导入过程中，优选经由处于与真空槽绝缘的状态的气体导入管将烃系气体导入该真空槽内，同时该气体导入管的通向真空槽内的烃系气体的喷出口位于容器的开口部的附近。由此，将烃系气体直接导入容器内，DLC粉末在该容器的内壁上的制作效率提高。并且，DLC粉末制作过程优选还包括直流电供给过程，对气体导入管供给将基准电位作为基准的正电位的直流电。通过设置这样的直流电供给过程，气体导入管作为所谓正极起作用，将等离子体内的电子引入该气体导入管。其结果是，在气体导入管的周围，特别是该气体导入管的烃系气体的喷出口附近产生高密度的放电，所谓的空心阳极放电。因此， 通过产生该空心阳极放电，烃系气体的分解效率提高，进而DLC粉末在容器的内壁上的制作效率进一步提高。另外，直流电供给过程也有助于等离子体的稳定化。即，等离子体是通过如上所述将真空槽和容器作为一对电极的交流的放电用电的供给来产生。另一方面，在DLC粉末制作过程中，DLC粉末不仅附着在容器的表面(内壁)，还附着在真空槽的表面(内壁)。若这样DLC粉末附着在作为一对电极的真空槽和容器两者的表面上，特别是DLC粉末附着在以维持在基准电位为前提的真空槽的表面上，则该真空槽作为电极的功能降低，进而等离子体变得不稳定。在这里，若设置直流电供给过程，则如上所述将等离子体内的电子引入作为正极的气体导入管，因此，维持了该等离子体的产生，进而稳定了等离子体。另外，DLC粉末制作过程可以包括磁场形成过程，在真空槽内形成用于将等离子体封入容器内的磁场。通过设置这样的磁场形成过程，容器内的等离子体的密度提高，进而DLC粉末在该容器的内壁上的制作效率进一步提高。而且，转换过程可以包括转换环境形成过程，将真空槽内设定成真空或惰性气体环境；以及加热过程，在设定为该真空或惰性气体环境的真空槽内，在700°C 2000°C下加热DLC粉末。即，这次实验确认了 DLC粉末加热到700°C以上，该DLC粉末转换成0LC。另夕卜，还确认了该DLC粉末的加热温度越高，DLC粉末向OLC的转换效率越高。另外，作为DLC粉末的加热法，有加热器加热法或红外线加热法、高频感应加热法、电子束照射加热法、等离子体加热法等。另外，DLC粉末可以在收容于上述容器的状态下加热，也可以转移到其它的适当容器后加热。需要说明的是，在DLC粉末的加热时，例如若真空槽内存在氧，则该DLC粉末被氧化，具体而言，被气化成一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO2)等。为了避免这种不良情况，在进行该加热的热过程前，设置了转换环境形成过程，也就是说，真空槽内设定为真空或惰性气体环境。本发明的第二发明是与第一发明相对应的方法发明，具备DLC粉末制作单元，其通过使用烃系气体作为材料气体的等离子体CVD法来制作DLC粉末；以及转换单元，其通过将该DLC粉末制作单元制作的DLC粉末在真空中或惰性气体环境中进行加热来将该DLC粉末转换成洋葱状碳。另外，在本第二发明中也同样，作为烃系气体最优选乙炔气体。
另外，作为本第二发明的具体结构，具备与基准电位连接的真空槽、及设置于该真空槽内的开口形状的容器。而且，DLC粉末制作单元包括如下的等离子体产生单元、气体导入单元及温度控制单元。即，等离子体产生单元通过将真空槽和容器作为一对电极，向它们供给交流的放电用电，来使包括该容器内的真空槽内产生等离子体。而且，气体导入单元将烃系气体导入真空槽内。另外，温度控制单元控制该容器内的温度，以使容器内的温度不高于300 °C。此外，气体导入单元可以包括处于与真空槽绝缘的状态的气体导入管。这种情况下，烃系气体经由气体导入管被导入真空槽内。而且，气体导入管以使其通向真空槽内的烃系气体的喷出口位于容器的开口部附近的方式设置。还有，DLC粉末制作单元还可以包括直流电供给单元，对该气体导入管供给将基准电位作为基准的正电位的直流电。另外，DLC粉末制作单元还可以包括磁场形成单元，在真空槽内形成用于将等离子体封入容器内的磁场。而且，转换单元可以包括转换环境形成单元，将真空槽内设定为真空或惰性气体环境；以及加热单元，在设定为该真空或惰性气体环境的真空槽内，在700°C 2000°C下加热DLC粉末。


图I是表示本发明的一实施方式涉及的OLC制作装置的概略结构的图；图2是表示该实施方式中的OLC的制作程序的流程图；·
图3是表示该实施方式中的DLC粉末制作处理的DLC粉末的制作温度和制作速度的关系的图表；图4是表示该实施方式制作的OLC的电子显微镜拍摄图像的一例的图；图5是表示作为该OLC的成型前原料的DLC粉末的电子显微镜拍摄图像的一例的图；图6是合并表示该OLC的XRD衍射分析结果和比较对照物质的分析结果的图；图7是合并表示该OLC的拉曼光谱分析结果和比较对照物质的分析结果的图。
具体实施例方式以下，说明本发明的一实施方式。如图I所示，本实施方式涉及的OLC制作装置10具备两端封闭的大致圆筒形的真空槽12。该真空槽12以将相当于该圆筒形的一端的部分作为上壁，相当于另一端的部分作为底壁的方式设置。另外，该真空槽12的内部空间的直径约为1100mm，高度尺寸约为1000mm。该真空槽12的形状及尺寸仅为一例，可以根据情况适当决定。另外，真空槽12由高耐腐蚀性及高耐热性的金属，例如SUS304等不锈钢形成，其壁部与作为基准电位的接地电位连接。另外，在真空槽12的壁部的适当位置，例如底壁的中央稍偏外侧(在图I中偏左侦D的位置设有排气口 14。该排气口 14经由未图示的排气管与设置于真空槽12的外部的未图示的作为排气单元的真空泵结合。另外，真空泵还作为控制真空槽12内的压力P的压力控制单元起作用。而且，排气管的途中设有未图示的阀门，该阀门还作为压力控制单元起作用。而且，在真空槽12内的大致中央位置配置有作为容器的坩埚16。详细而言，该坩埚16为一端开口，另一端封闭的大致圆筒形，以其开口部朝上的状态配置。另外，该坩埚16的外径约为300mm，高度尺寸约为300mm，厚度尺寸(壁厚)为侧壁部及底壁部都是约Imm(数mm)。另外，该坩埚16的材料为具有导电性及非磁性，且与下述DLC粉末100密合性低的高熔点材料，例如钥(Mo)。当然，不限于钥，也可以是钽(Ta)及钨(W)、石墨(C)等其它高熔点材料。而且，该坩埚16的形状及尺寸也可以根据情况适当决定，特别是形状，不限于大致圆筒形，也可以是方形或盘形等开口形状。由设置于真空槽12的外部的作为放电用电供给单元的脉冲电源装置18向坩埚16供给作为放电用电的非对称脉冲电力Ep。严格来说，将真空槽12作为正极，坩埚16作为负极，向这些供给该非对称脉冲电力Ep。该非对称脉冲电力Ep的电压形态是高电平的电压值 固定为+ 37V，低电平的电压值为-37V以下的矩形波，其频率能够根据脉冲电源装置18在IOkHz 500kHz的范围内任意调整。另外，该矩形波电压的占空比及低电平电压值也能够根据脉冲电源装置18任意调整，通过调整这些占空比及低电平电压值，详细而言，将占空比设为50%以下，同时将低电平电压值调整为-37V -2000V的范围，该矩形电压的平均电压值(直流换算值)Vp能够在OV -1000V的范围内任意设定。而且，以环绕坩埚16的周围(侧壁及底壁)的方式设有比该坩埚16大一圈的大致圆筒形的加热器20。该加热器20通过来自设置于真空槽12的外部的未图示的加热器加热用电源的加热器加热用电力的供给而被加热。而且，通过加热加热器20，坩埚16的温度，详细而言该坩埚16的内壁的温度在100°C 2000°C的范围内任意控制。另外，以贯穿真空槽12的壁部的适当位置，例如上壁的方式设有气体导入管22。该气体导入管22是由钥或钽等高熔点金属制成的，通过绝缘子24与真空槽12绝缘。而且，在该气体导入管22的前端，详细而言，真空槽12内侧的端部位于坩埚16的开口部的大致中央。另一方面，该气体导入管22的基端与设置于真空槽12的外部的未图示的作为放电用气体供给源的氩(Ar)气供给源和未图示的作为材料气体供给源的乙炔气体供给源结合。另外，在位于真空槽12的外部的气体导入管22的途中设有用于分别调整该气体导入管22内流通的氩气及乙炔气体的流量的未图示的流量调整单元，例如质量流量控制器和用于分别开闭该氩气及乙炔气体的流通的未图示的开闭单元，例如开闭阀门。并且，由设置于真空槽12的外部的作为直流电供给单元的喷嘴用电源装置26向气体导入管22供给以接地电位为基准的正电位的直流电Ea。该直流电Ea的电压值Va能够根据喷嘴用电源装置26在例如+ IOV + 100V的范围内任意调整。另外，在真空槽12的外部，沿着该真空槽12的上壁及底壁各自的周缘设有作为磁场形成单元的一对电磁线圈28及30。这些电磁线圈28及30通过有设置于真空槽12的外部的未图示的磁场形成用电源装置供给直流的磁场形成用电力，以将下述等离子体200封入真空槽12内的中央，优选将该等离子体200封入坩埚16内的方式，在真空槽12内形成所谓的镜磁场。该镜磁场的强度能够在坩埚16内在ImT IOmT的范围内任意调整。根据这样构成的OLC制作装置10，能够以乙炔气体为起始原料来制作0LC。具体而言，如图2所示，首先，实施作为第一步骤的DLC粉末制作处理。在该DLC粉末制作处理中，通过将乙炔气体作为材料气体的等离子体CVD法制作DLC粉末100。接着，实施作为第二步骤的DLC-OLC转换处理。在该DLC-OLC转换处理中，将由刚才的DLC粉末制作处理制作的DLC粉末100在氩气环境中通过上述加热器20进行加热。通过该加热，DLC粉末转换成0LC，也就是说，制成了该0LC。另外，图2中未图示，在作为第一步骤的DLC粉末制作处理之前，进行作为预处理的抽制真空。而且，在作为第二步骤的转换处理后，进行用于将最终完成的OLC拿到真空槽12的外部的后处理。更具体而言，在作为预处理的抽制真空中，在该真空槽12内通过上述真空泵进行排气，直到真空槽12内的压力P变成2X10_3Pa以下，优选变成5 X 10_4Pa以下。该抽制真空后，实施作为第一步骤的DLC粉末制作处理。S卩，经由气体导入管22 向真空槽12内导入氩气。在该状态下，将真空槽12作为正极，坩埚16作为负极，由脉冲电源装置18向它们供给非对称脉冲电力Ep。这样一来，真空槽12内的氩气放电，该真空槽12内产生等离子体200。然后，经由气体导入管22向真空槽12内导入乙炔气体。这样一来，该乙炔气体被等离子体200分解，生成该乙炔气体的分解粒子，即碳离子。而且，该碳离子入射至作为负极的坩埚16的表面，特别是内壁。由此，在该坩埚16的内壁制作DLC粉末100。另外，气体导入管22的前端位于坩埚16的开口部的大致中央，因此，从该气体导入管22的前端喷出的乙炔气体被直接导入该坩埚16内。由此，能够谋求DLC粉末100在坩埚16的内壁上的制作效率，例如制作速度的提高。另外，推测DLC粉末100通过同时进行如下两个工艺来制作。第一，在坩埚16的内壁形成DLC的被膜，但是该DLC被膜通过自身的内部盈利从坩埚16的内壁剥离，其成为DLC粉末100。而且，第二，通过等离子体200分解的乙炔气体的分解粒子，即碳自由基及碳离子在气相中再键合，其作为DLC粉末100在坩埚16的内壁堆积。推测通过同时进行这两个工艺，制成了 DLC粉末100。在该DLC粉末制作处理中，还向各电磁线圈28及30供给磁场形成用电力。由此，在真空槽12内形成上述镜磁场，将等离子体200封入坩埚16内。其结果是，等离子体100的密度提高，DLC粉末100在坩埚16的内壁上的制作速度进一步提高。此外，由喷嘴用电源装置26向气体导入管22供给直流电Ea。这样一来，气体导入管22作为所谓第二正极起作用，将等离子体200内的电子引入该作为第二电极的气体导入管22。其结果是，在气体导入管22的周围，特别是在该气体导入管22的前端附近产生高密度的放电，所谓的空心阳极放电300。而且，通过产生该空心阳极放电300，乙炔气体的分解效率提高，进而DLC粉末100在坩埚16的内壁上的制作速度进一步提高。另外，通过气体导入管22作为第二正极起作用，还能够谋求等离子体200的稳定化。S卩，等离子体200是通过如上所述将真空槽12作为正极，坩埚16作为负极，向它们供给非对称脉冲电力Ep而产生的。另一方面，利用该等离子体200制作的DLC粉末100不仅附着在坩埚16的内壁(表面)，还附着在真空槽12的内壁(表面)。若这样DLC粉末100附着在作为正极的真空槽12和作为负极的坩埚16两者的表面上，特别是DLC粉末100附着在以维持在接地电位为前提的作为正极的真空槽12的表面上，则该真空槽12作为电极的功能降低，进而等离子体200变得不稳定。在这里，通过气体导入管22作为第二正极起作用，如上所述将等离子体200内的电子引入该作为第二正极的气体导入管22。也就是说，气体导入管22还作为用于使等离子体200产生的电极起作用。由此，维持等离子体200的产生，稳定该等离子体200。通过这样稳定等离子体200，能够长时间进行DLC粉末100的制作处理，进而能够实现该DLC粉末100的大量制作，换而言之，能够实现作为最终目的物的OLC的大量制作。另外，通过向加热器20供给加热器加热用电力，来加热该加热器20，进而控制坩埚16的内壁的温度，所谓DLC粉末100的制作温度。需要说明的是，若该DLC粉末100的制作温度过高，则通过等离子体200分解的乙炔气体的分解粒子即氢自由基及氢离子与DLC粉末100反应，该DLC粉末100被气化。由此，DLC粉末100的制作速度可能降低。图3表示DLC粉末100的制作温度和该DLC粉末100的制作速度的关系。另外，该图3是氩气的流量为50mL/min，乙炔气体的流量为300mL/min，真空槽12内的压力P为3Pa，非对称脉冲电力Ep的频率为IOOkHz，该非对称脉冲电力Ep的占空比为30%，该非对称脉冲电力Ep的平均电压值Vp为-500V，直流电Ea的电压值Va为+ 30V，坩埚16内的磁场为5mT时的该关系的实测结果。由该图3可知，DLC粉末100的制作温度为大约300°C以下时，该DLC粉末100的
制作速度约为8g/h，为能够实现所谓大量生产的水平。但是，若DLC粉末100的制作温度超过300°C，则该DLC粉末100的制作速度极低。特别是，DLC粉末100的制作温度为700°C时的制作速度是3. 4g/h，是该制作温度为300°C以下时的一半以下。因此，关键是将DLC粉末100的制作温度控制在300°C以下，优选控制在100°C 300°C的范围内。按照这样的要领，在实施作为第一步骤的DLC粉末制作处理后，接着，实施作为第二步骤的DLC-OLC转换处理。即，停止向各电磁线圈28及30供给磁场形成用电力。并且，停止向气体导入管22供给直流电Ea，同时，停止向坩埚16供给非对称脉冲电力Ep。另外，停止经由气体导入管22向真空槽12内导入氩气及乙炔气体。另外，向加热器20的加热器加热用电力的供给可以维持，也可以停止。然后，真空槽12内重新抽制真空。在该重新抽制真空后，经由气体导入管22向真空槽12内只导入氩气。而且，通过导入该氩气，真空槽12内变成该氩气环境。这时的真空槽12内的压力P为例如10Pa。在该状态下，通过加热器20，坩埚16的内壁的温度加热至1600°C。由此，坩埚16内的DLC粉末100转换成0LC。该DLC-OLC转换处理进行例如30分钟。而且，在该DLC-OLC转换处理后，进行用于将完成的OLC取出到真空槽12的外部的后处理。即，作为后处理，停止向加热器20供给加热器加热用电力。并且，停止经由气体导入管22向真空槽12内供给氩气。另外，真空槽12内的压力P渐渐恢复到与大气压力相同的程度。而且，设置适当时间，例如10分钟 30分钟的冷却期间。然后，真空槽12内向大气开放，从该真空槽12内OLC带坩埚16—同取出。由此，作为后处理，包括该后处理在内的一系列OLC制作处理结束。另外，将带坩埚16—同取出的OLC通过刷等合适的回收单元回收。利用透射型电子显微镜(Transmission Electron Microscope ；TEM)观察根据这样的要领制作的0LC，得到如图4所示的图像。在该图4中，白色的虚线圆圈包围的部分表示0LC。即，由该图4确认了 OLC的存在。另外，该图4所示的OLC是在制作作为其之前原料的DLC粉末100时(也就是说，在作为第一步骤的DLC粉末制作处理中)，除了该DLC粉末100的制作温度设定为200°C以外，在与上述图3相同的条件下制成的。在这里，利用透射型电子显微镜观察作为OLC的之前原料的DLC粉末100，得到如图5所示的图像。在该图5中，在白色的虚线圆圈包围的部分确认了 OLC的存在。也就是说，由该图5确认了 DLC粉末100中虽然少，但是制作有OLC。换而言之，确认了通过在1600°C加热该DLC粉末100 (也就是说，通过实施作为第二步骤的DLC-OLC转换处理)，该DLC粉末100确实地转换成了 0LC。另外，对OLC进行X线衍射(X-Ray Diffraction ；XRD)分析。其结果如图6所示。另外，在该图6中，实线的曲线LI表示该OLC的分析结果。其它曲线L2 L5为比较对照物质的分析结果。详细而言，点划线的曲线L2表示在作为第二步骤的DLC-OLC转换处理中，通过在1000°C加热DLC粉末100而得到的OLC的分析结果。而且，双点划线的曲线L3表示作为OLC的之前原料的DLC粉末100的分析结果。另外，长虚线的曲线L4表示作为上述现有技术的起始原料的DNP的分析结果。而且，短虚线的曲线L5表示在该现有技术中通过在1600°C加热DNP而制作的OLC的分析结果。由该图6可知，在曲线LI L5的任一曲线中，均在43度附近的角度出现峰。该43度附近的峰意味着金刚石成分的存在。而且，在表示DNP的分析结果的曲线(长虚线)L4以外的曲线LI L3及L5中，在26度附近也出现了峰。特别是，若注意表示本实施方式的OLC的分析结果的曲线(实线)L1和表示现有技术的OLC的分析结果的曲线(短虚线)L5，则这些曲线LI及L5中的该26度附近的峰显著。这正意味着OLC的存在。S卩，由该X线衍射分析的结果也确认了通过本实施方式制作0LC。另外，在表示通过在1000°C加热DLC粉末100而得到的OLC的分析结果的曲线(点划线)L2中，与表示本实施方式的OLC的分析结果的曲线(实线)LI相比，26度附近的峰小。这意味着，虽然能够通过在1000°C加热DLC粉末100来将该DLC粉末100转换成0LC，但是其转换效率低，换而言之，在1000°C的加热温度不能确实地将DLC粉末100转换成OLC (也就是说，该加热温度不足)。另外，在表示DLC粉末100的分析结果的曲线(双点划线)L3中，虽然少，但是在26度附近存在峰，参照图5进行说明，意味着该DLC粉末100中虽然少，但是存在0LC。在表示DNP的分析结果的曲线(长虚线)L4中，没有出现26度附近的峰，是因为在该DNP中不存在0LC。此外，对本实施方式的OLC进行拉曼光谱分析。其结果如图7所示。另外，在该图7中，实线的曲线Lll表示该OLC的分析结果。其它曲线L12及13为比较对照物质的分析结果。详细而言，点划线的曲线L12表示在作为第二步骤的DLC-OLC转换处理中，通过在1000°C加热DLC粉末100而得到的OLC的分析结果。而且，短虚线的曲线L13表示在现有技术中通过在1600°C加热DNP而制作的OLC的分析结果。由该图7可知，关于曲线Lll L3的任一曲线，拉曼位移为1340CHT1附近的所谓的D带和1580CHT1附近的所谓的G带一致。特别是，若注意表示本实施方式的OLC的分析结果的曲线(实线)L11和表示现有技术的OLC的分析结果的曲线(短虚线)L13，则这些曲线Lll及L13包括该D带及G带在内全部一致。这还意味着OLC的存在。另外,表示通过在1000°C加热DLC粉末100而得到的OLC的分析结果的曲线(点划线)L12与其它曲线Lll及L13相比，存在多少偏差。这还意味着在1000°C的加热温度不能确实地将DLC粉末100转换成0LC。如上所述，根据本实施方式，能够将乙炔气体作为起始原料来制作0LC。乙炔气体与上述现有技术中的作为起始原料的DNP相比，极其廉价。因此，根据本实施方式，能够与现有技术相比极其廉价地制作0LC。
另外，在本实施方式中，采用乙炔气体作为起始原料，但是，并不限于此。也可以采用甲烷气体或乙烯气体、苯气体等其它烃系气体。另外，也可以采用由醇类气化而得到的烃系气体。需要说明的是，已由实验确认了甲烷气体与乙炔气体相比，DLC粉末100的制作速度慢，详细而言，只能得到采用该乙炔气体的情况时的1/5左右的制作速度。乙烯气体也是同样地情况。而且，关于苯气体，该苯原本为液体，因此，需要将其气化，相应地就需要包括气化设备在内的成本。此外，采用苯气体的情况下，苯气体可能在真空泵中再次液化，若出现这种情况，则该真空泵的排气效率降低。而且，苯气体具有毒性及致癌性，因此，其弊病大。醇类也是液体，因此，需要包括气化设备在内的成本。若综合这些来考虑，则从DLC粉末100的制作速度、成本、处理难易度、供应容易性、安全性等观点来看，作为起始原料，乙炔气体最合适。另外，在作为第一步骤的DLC粉末制作处理中，采用非对称脉冲电力Ep作为放电用电，但是，作为替代，可以采用例如频率为13. 56MHz的正弦波的高频电力。不管采用哪一个，为了防止充电，关键是采用交流电力作为该放电用电。需要说明的是，采用高频电力的情况下，需要用于获取在其供给源即作为放电用电供给单元的高频电源装置和包括坩埚16的负荷侧之间的阻抗匹配的阻抗匹配器，因此，相应地要包括该阻抗匹配器的装置的整体结构变成复杂，且成本变高。另外，如上所述，非对称脉冲电力Ep的频率及占空比、平均电压值Vp能够调整，因此，与高频电力相比，灵活性高，易于应对各种状况。因此，作为放电用电，与高频电力相比，非对称脉冲电力Ep更合适。此外，作为等离子体200的激励法，采用了所谓的自放电型(或也称为“冷负极型”)的激励法，但是，并不限于此。即，也可以采用高频等离子体CVD法或微波等离子体 CVD 法，ECR(Electron Cyclotron Resonance)等离子体 CVD 法、热负极 PIG (PenningIonization Gauge)等离子体CVD法等其它激励法。而且，在作为第二步骤的DLC-OLC转换处理中，采用了通过加热器20加热DLC粉末100这样的所谓加热器加热法，但是，并不限于此。即，可以采用红外线灯加热法或高频·感应加热法、电子束照射加热法、等离子体加热法等其它加热法。不管采用哪一个，关键是将DLC粉末100加热到700°C 2000°C，优选加热到1600°C 2000°C。另外，上述说明中省略了说明，已由实验确认了只要为至少700°C以上的加热温度，就能够将DLC粉末100转换成0LC。需要说明的是，如上所述，该加热温度越高，DLC粉末100向OLC的转换效率越高。另外，已由实验确认了加热时间(也就是说，DLC-OLC转换处理的继续时间)对转换效率影响不大，只要是大约20分钟以上(根据加热温度)就能得到一定的转换效率。另外，在作为该第二步骤的DLC-OLC转换处理中，真空槽12内设定为氩气环境，但是，并不限于此。也可以设定为例如，氖(Ne)气或氙(Xe)气等其它惰性气体的环境。另外，不在惰性气体环境中，也可以在真空中实施该DLC-OLC转换处理。因此，在作为上述第一步骤的DLC粉末制作处理中，作为放电用气体，可以不采用氩气，而采用氖气体々氙气体等其它惰性气体。另外，作为第一步骤的DLC粉末制作处理和作为第二步骤的DLC-OLC转换处理可以通过不同的装置实施。即，也可以将用于实施DLC粉末制作处理的装置和用于实施DLC-OLC转换处理的装置分别设置，将DLC粉末制作处理装置制作的DLC粉末100转移到DLC-OLC转换处理装置，在这里转换成0LC。另外，这些DLC粉末制作处理和DLC-OLC转换处理可以通过所谓的联机 方式连续实施。
权利要求
1.洋葱状碳的制作方法，具备 DLC粉末制作过程通过使用烃系气体作为材料气体的等离子体CVD法来制作DLC粉末；以及 转换过程通过将在所述DLC粉末制作过程中制作的所述DLC粉末在真空中或惰性气体环境中进行加热来使该DLC粉末转换成洋葱状碳。
2.如权利要求I所述的洋葱状碳的制作方法，其中， 所述烃系气体为乙炔气体。
3.如权利要求I或2所述的洋葱状碳的制作方法，其中，所述DLC粉末制作过程包括 等离子体产生过程通过将与基准电位连接的真空槽和设置于该真空槽内的开口形状的容器作为一对电极向该真空槽和该容器供给交流的放电用电来使包括该容器的该真空槽内产生等离子体； 气体导入过程将所述烃系气体导入所述真空槽内；以及 温度控制过程控制该容器内的温度，以使所述容器内的温度不高于300°C。
4.如权利要求3所述的洋葱状碳的制作方法，其中， 在所述气体导入过程中，经由处于与所述真空槽绝缘的状态的气体导入管将所述烃系气体导入该真空槽内，同时使该气体导入管的通向该真空槽内的该烃系气体的喷出口位于所述容器的开口部的附近， 还包括直流电供给过程所述DLC粉末制作过程对所述气体导入管供给以所述基准电位为基准的正电位的直流电。
5.如权利要求3或4所述的洋葱状碳的制作方法，其中， 所述DLC粉末制作过程还包括磁场形成过程在所述真空槽内形成用于将所述等离子体封入所述容器内的磁场。
6.如权利要求3至5中任一项所述的洋葱状碳的制作方法，其中，所述转换过程包括 转换环境形成过程将所述真空槽内设定为所述真空或所述惰性气体环境；以及 加热过程在设定为所述真空或所述惰性气体环境的所述真空槽内，在700°C 2000°C加热所述DLC粉末。
7.洋葱状碳的制作装置，具备 DLC粉末制作单元通过使用烃系气体作为材料气体的等离子体CVD法来制作DLC粉末；以及 转换单元其通过将所述DLC粉末制作单元制作的所述DLC粉末在真空中或惰性气体环境中进行加热来将该DLC粉末转换成洋葱状碳。
8.如权利要求7所述的洋葱状碳的制作装置，其中， 所述烃系气体为乙炔气体。
9.如权利要求7或8所述的洋葱状碳的制作装置，其中， 具备与基准电位连接的真空槽、及设置于所述真空槽内的开口形状的容器，所述DLC粉末制作单元包括 等离子体产生单元通过将所述真空槽和所述容器作为一对电极，向该真空槽和该容器供给交流的放电用电，来使包括该容器内的该真空槽内产生等离子体； 气体导入单元将所述烃系气体导入所述真空槽内；以及温度控制单元控制该容器内的温度，以使所述容器内的温度不高于300°C。
10.如权利要求9所述的洋葱状碳的制作装置，其中， 所述气体导入单元包括处于与所述真空槽绝缘的状态的气体导入管，所述烃系气体经由所述气体导入管被导入所述真空槽内，所述气体导入管以使其通向所述真空槽内的所述烃系气体的喷出口位于所述容器的开口部的附近的方式设置，所述DLC粉末制作单元还包括直流电供给单元对所述气体导入管供给以所述基准电位为基准的正电位的直流电。
11.如权利要求9或10所述的洋葱状碳的制作装置，其中， 所述DLC粉末制作单元还包括磁场形成单元在所述真空槽内形成用于将所述等离子体封入所述容器内的磁场。
12.如权利要求9至11中任一项所述的洋葱状碳的制作装置，其中，所述转换单元包括 转换环境形成单元将所述真空槽内设定为所述真空或所述惰性气体环境；以及加热单元在设定为所述真空或所述惰性气体环境的所述真空槽内，在700°C 2000°C加热所述DLC粉末。
全文摘要
本发明提供洋葱状碳的制作方法，其以低成本制作洋葱状碳(OLC)。在本发明中，在作为第一步骤的DLC粉末制作处理中，通过以烃系气体为材料气体的等离子体CVD法制作硬质碳粉，即DLC粉末。接着，在作为第二步骤的DLC-OLC转换处理中，在真空中或惰性气体环境中加热器加热该DLC粉末。由此，DLC粉末转换成OLC，也就是说，制成了该OLC。这样，根据本发明，将烃系气体作为起始原料制作OLC，因此，能够以极低成本制作该OLC。
文档编号C01B31/02GK102933490SQ20118001946
公开日2013年2月13日 申请日期2011年6月6日 优先权日2011年6月6日
发明者寺山畅之, 大前伸夫 申请人:神港精机株式会社, 大前伸夫