[发明专利]碳材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性的碳材料及其制造方法。

背景技术

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、Ti、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1)。

一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)。

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1]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

发明内容

发明所要解决的课题

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钨那样的与碳反应性较高的金属层的时候，若采用同样的方法，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。

本发明考虑了上述的问题，其目的在于，提供一种碳材料及其制造方法，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，本发明的特征在于，在碳基材的表面，按顺序形成包含过渡金属(第1金属)的碳化物的第1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1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1层，则除了该第1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1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1层与第2层的密合性。

而且，优选所述第2层的厚度为20μm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。