[发明专利]中空微纤维及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及适用于三元强化复合材料、电磁波吸收材料、电极材料、催化剂、催化剂载体、吸附剂、微型机械元件、微型开关元件、微型传感器、微型过滤器等材料的中空微线圈或中空微纤维的制造方法。

背景技术

目前碳纤维、金属碳化物或氮化物纤维及单晶纤维(象猫胡须一样细长的单晶体)是采用金属催化剂活化CVD法制造的，其形态为所有纤维的芯完全充满的直线状纤维。纤维轴处有空洞的微管状纤维完全没有报道过。从气相得到的纤维及单晶体一般是根据VLS(气-液-固)机构成长起来的，但根据这个机构，理论上来说成长为管状的是不可能的。作为微线圈状纤维的制造方法，本发明者提出了通过先在金属催化剂及微量硫磺或磷族杂质的存在下，加热分解乙炔，制造微线圈状的碳纤维的方法(参见特开平4-222228号)。此外还提出了将此线圈状碳纤维在高温下用气相包镀金属/氮化同时处理，从而得到各种微线圈状的金属氮化物纤维的制造方法(正在申请中)。

微线圈状的碳纤维能够通过在有金属催化剂及微量硫磺或磷族杂质存在下，加热分解烃类气体制造，其再现性良好且收率高。其线圈形态一般不规则，或呈规则卷曲线圈且线圈间并非紧密排列有间隙。因此，详细研究线圈状碳纤维的合成条件及其后处理，结果发现如果严格控制合成条件，则碳纤维非常规则的卷在一起，线圈间完全充满，得到线圈轴为空洞的中空微碳纤维，再研究以此为原料制造各种中空陶瓷微纤维的方法，其结果使本发明得以完成。作为原料也可以使用中空金属碳化物微纤维、金属氮化物微纤维、金属碳氮化物微纤维。本发明的目的是提供一种各种金属·金属间化合物及陶瓷化合物的中空微纤维的新的制造方法。

发明公开

本发明涉及纤维轴中空、线圈间紧密排列的中空状碳微线圈及以高温下在含有金属、硅、硼、碳、氮或含氧原子气体的混合气体中，用气相包镀金属、硅化、硼化、碳化、氮化和/或氧化处理为特征的中空陶瓷微线圈或中空陶瓷微纤维及其制造方法。进一步的说，本发明涉及以中空状碳微线圈金属化生成中空的金属碳化物微线圈或金属氮化物微线圈，高温下在含有金属、硅、硼、碳、氮或含氧原子气体的混合气体中，用气相包镀金属、硅化、硼化、碳化、氮化和/或氧化处理为特征的中空陶瓷微线圈或中空陶瓷微纤维及其制造方法。

更详细的说，本发明提供了一种在微线圈状碳合成过程中，通过严格控制合成条件，使线圈间完全紧密排列形成的中空状碳素微线圈，并提供了一种以这种中空碳素微线圈为原料，高温下在含有各种金属、硅、硼、碳、氮或含氧原子气体的混合气体中，采用气相扩散·反应处理，使碳原子的一部分或全部与这些成分发生物理或化学反应，从而形成金属化合物、金属硅化物、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物或其复合物的中空陶瓷微线圈。

进一步的说，本发明提供了一种在前述的高温下，采用气相扩散·反应处理，将微线圈的相邻线圈部位一部分或全部融合，使微线圈的一部分或全部成为纤维状的中空陶瓷微纤维。

另外，本发明还提供了一种用公知的线圈间不紧密排列的中空碳微线圈或中空碳纤维或中空碳微纤维为原料，高温下在含有金属、硅、硼、碳、氮或含氧原子气体的混合气体中，进行一阶段或两阶段以上的气相处理，使一部分或全部碳原子与这些成分进行物理或化学反应，从而形成金属化合物、金属硅化物、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物或其复合物的中空陶瓷微线圈或中空陶瓷微纤维及其制造方法。

附图的简要说明

图1的照片是实施例4中得到的中空氮化钛微纤维表面的显微镜照片。

图2的照片是实施例4中得到的中空氮化钛微纤维的镜面研磨断面显微镜照片。

实施本发明的最佳方式

本发明中使用的原料气体中，金属成分可以使用在高温下具有高蒸气压的金属单质、卤化物、氢化物、有机金属化合物等，基本上是所谓的过渡金属、典型金属、半导体金属、它们的单质及化合物。作为碳元素的来源，主要是使用碳素纤维的碳原子，但也可使用来源于外部的甲烷、乙烷等烃类气体或四氯化碳等含碳原子气体。氮元素的来源主要是使用氮、氨、酰胺等含有大量氮原子的分子或化合物。硼的来源主要是使用三氯化硼、乙硼烷、环硼氮烷等含有硼原子的气体化合物。另外，硅元素来源于使用硅烷、二硅烷、四氯化硅、六氯化二硅等含硅气体。

另外，使反应体系中存在氢元素并非特别必要的，但优选存在氢元素。反应体系中也可以存在有He、Ar等惰性气体。反应的过程中，不需要特意使用催化剂，但必要的时候也可使用催化剂。