碳材料及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于，提供一种碳材料及其制造方法，其既可以控制制造成本升高或加工精度降低的问题，又能够在碳基材上形成钨那样的与碳的反应性较高的金属层。具体来说，是在碳基材(2)的表面，按顺序形成包含过渡金属的碳化物的第1层(12)，和包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属以及/或该第2金属的碳化物和所述过渡金属的碳化物的第2层(13)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种表面改性的。
技术介绍
碳材料具有轻量、且化学以及热稳定性优异、虽是非金属但导热性和导电性良好的特性，但是，在耐氧化性、耐磨损性方面劣于金属。因此提出了以下所示的碳材料和碳材料的制造方法。一种在预先进行了喷砂处理的碳基材的表面上形成喷镀被覆层的碳材料，该喷镀被覆层是从相对于碳的线膨胀系数比为0.73 1.44、界面上的与碳的化学亲和性较大的元素当中Cr、T1、V、W、Mo、Zr、Nb和Ta中选出的任意一种以上的金属或其合金的喷镀被覆层(参照以下的专利文献I)。—种碳材料的制造方法，是在碳基材的表面上，在减压条件下等离子喷镀高熔点金属或其碳化物，同时进行激光照射来进行其被覆(参照以下的专利文献2)。一种碳材料，是通过在含有氢气的卤化铬气体中对碳基材进行热处理，在碳基材的表面上使微粒状反应金属铬层气相析出的碳材料(参照以下的专利文献3)。—种碳材料，是通过在含有氢气的卤化铬气体中对碳基材进行热处理，在碳基材的表面和喷镀层之间使微粒状反应金属铬层气相析出的碳材料(参照以下的专利文献4)。在先技术文献 专利文献[专利文献I]日本特开平05-070268号公报[专利文献2]日本特公平06-076265号公报[专利文献3]日本特开平08-143384号公报[专利文献4]日本特开平08-143385号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，如上述专利文献1、2所示，采用喷镀法等在碳基材的表面形成金属或其合金的被覆层的方法，或者采用电镀法形成同样的被覆层的方法，都需要特殊的装置。因此，有碳材料的制造成本非常高的问题。另外，在采用喷镀法时，其制法上(这是因为投扔粒子而形成膜的缘故)不能形成薄膜，也不能沿着碳基材的形状形成膜。例如，在对形成有小孔、槽的碳基材进行膜形成处理时，孔或槽会被填封。因此，有得不到所需形状的材料或加工精度降低的问题。而且，如果在后续工序中形成小孔或槽，则会去除已经形成的膜，露出碳基材，因此不优选。另外，如上述专利文献3、4所示，当在碳基材的表面形成铬层的时候，若采用在含有氢气的卤化铬气体中对碳基材进行热处理的方法，则能够形成质量良好的铬层。但是，当在碳基材的表面上形成鹤那样的与碳反应性较高的金属层的时候，若米用同样的方法，则钨等金属的碳化物会成为粉末状，所以有不能形成金属层的问题。本专利技术考虑了上述的问题，其目的在于，提供一种，既可以控制制造成本升高或加工精度降低的问题，又能够在碳基材上形成钨那样的与碳的反应性高的金属层。用于解决课题的手段为达到上述目的，本专利技术的特征在于，在碳基材的表面，按顺序形成包含过渡金属(第I金属)的碳化物的第I层，和包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属以及/或该第2金属的碳化物和所述过渡金属的碳化物的第2层。在将包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种金属以及/或该金属的碳化物的第2层直接形成在碳基材的表面上的时候(即，在不形成第I层的时候)，因该金属与碳的反应性较高的缘故，因此通过金属与碳的反应所形成的金属碳化物会成为粉末状而剥离。所以不能形成优质的第2层。但是，如上述的构成，只要在碳基材与第2层之间形成包含过渡金属的碳化物的第I层，则除了该第I层与碳基材有良好的密合性之外，与第2层也有良好的密合性，因此能够在碳基材上形成优质的第2层。另外，因第I层的存在而能够抑制向第2层渗碳，所以能够抑制属于第4族、5族、6族的金属与碳的急剧的反应，也就能够防止第2层的剥离。另外，对所述过渡金属的碳化物和第2金属的碳化物进行比较，所述第2层包含有所述过渡金属的碳化物较多的层和第2金属的碳化物较多的层。进而，对所述过渡金属的碳化物和第2金属的碳化物的EPMA测定的强度进行比较，优选所述第2层包含有所述过渡金属的碳化物强度较高的层和第2金属的碳化物强度较高的层。通过在第2层中包含所述过渡金属和所述第2金属双方，能够进一步提高第I层与第2层的密合性。而且，优选所述第2层的厚度为20 iim以下。由于能够限制成与碳基材上形成的小孔(几微米 几十微米左右)或槽相对应的厚度，所以能够抑制小孔等被填埋，因此可提高加工精度。而且，将包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属以及/或该第2金属的碳化物和所述过渡金属的碳化物的层作为第2层，是考虑了根据第2层的生成条件(成膜温度等)向第2层中渗碳或没有渗碳的情况。另外，由于这种渗碳从第I层侧发生，所以在第2层的第I层侧，因渗碳而成为金属的碳化物，在第2层的表面侧会不发生渗碳、第2金属维持在金属状态。优选所述第2层中的金属为钨。通过使用钨作为金属，即使在第I层产生裂纹的时候，也能够因埋入在钨或碳化钨中而作为没有裂纹的材料。另外，由于碳、和钨或碳化钨的热膨胀系数近似，所以难以产生裂纹。优选第I层的过渡金属为铬。这是由于铬与碳基材的密合性优异，而且与钨的密合性也优异的缘故。所述第I层的厚度优选为 I U m以上10 ii m以下。当第I层的厚度不足I ii m的时候，抑制第2层中的碳的移动的效果(渗碳抑制效果)就不充分，另一方面，如果第I层的厚度超过IOu m，则会降低碳材料的加工精度。优选所述第2层的厚度为0.5 ii m以上,尤其优选为1.0 ii m以上。另一方面,所述第2层的厚度优选为10 μ m以下。当第2层的厚度不足0.5 μ m的时候，第2层的形成效果会不充分。另一方面，如果第2层的厚度超过10 μ m，则会降低碳材料的加工精度。本专利技术的碳材料的制造方法的特征在于，其具有第I层的形成工序和第2层的形成工序；所述第I层的形成工序，是在碳基材上形成包含过渡金属的碳化物的第I层；所述第2层的形成工序，是使形成有第I层的碳基材与包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属的处理剂接触并加热，在第I层的表面形成包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属以及/或该第2金属的碳化物和所述过渡金属的碳化物的第2层。只与包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属的处理剂(粉末、料浆等)接触并加热，就能够在第I层上形成第2层。因此，在形成第2层的时候不需要特殊的装置，所以能够降低制造碳材料的成本。另外，只要是这样的方法，就能够通过调整加热时间或加热温度来调整第2层的膜厚，由此能够形成很薄的第2层。进而，不像喷镀法那样用投扔粒子而成膜，而是金属的扩散反应，因此在碳基材的任意部位都能够沿其表面形状形成第I层以及第2层。而且，由于在形成第2层之前形成第I层，所以，即使在形成第2层的工序中进行加热，也能够抑制向第2层的过度渗碳。并且，虽然即使在上述处理剂中不含热分解性卤化氢生成剂也能够形成第2层，但为了形成优质的第2层，优选在处理剂中含有热分解性卤化氢生成剂。在所述第2层的形成工序中的加热温度优选为800°C以上1300°C以下。如果超过1000°C，则有可能因渗碳而使第2层过度碳化。 在所述第I层的形成工序之后，优选具有进行热处理的热处理工序。只要如此进行热处理，就能够实现第I层的稳定化。优选通过使碳基材与包含过渡金属的处理剂接触并加热，形成所述第I层。只要是这样的方法，就能够容易地形成第I层。专利技术效果根据本专利技术，可以实现所谓既能够控制制造成本升高或加工精度降低的问题、又能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.06 JP 2010-1991341.一种碳材料，其特征在于， 在碳基材的表面，按顺序形成包含过渡金属的碳化物的第I层、和第2层， 所述第2层包含属于第4族、5族、6族的金属群组中至少一种第2金属、以及/或该第2金属的碳化物和所述过渡金属的碳化物。2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于， 对所述过渡金属的碳化物和第2金属的碳化物进行比较，所述第2层包含有所述过渡金属的碳化物较多的层和第2金属的碳化物较多的层。3.根据权利要求1或2所述的碳材料，其特征在于， 对所述过渡金属的碳化物和第2金属的碳化物的EPMA测定的强度进行比较，所述第2层包含有所述过渡金属的碳化物强度较高的层和第2金属的碳化物强度较高的层。4.根据权利要求1 3中任意一项所述的碳材料，其特征在于，所述第2层的厚度为20 u m以下。5.根据权利要求1 4中任意一项所述的碳材料，其特征在于，所述第2金属为钨。6.根据权利要求1 5中任意一项所述的碳材料，其特征在于，所述过渡金属为铬。7.根据权利要求1 6中任意一项所述的碳材料，其特征在于，所述第I层的厚度为1um以上10 u m以下。8.根据权利要求1 7...

【专利技术属性】
技术研发人员：武田章义，松永纮明，濑谷薰，
申请(专利权)人：东洋炭素株式会社，
类型：
国别省市：