DE3837724C2

DE3837724C2 -

Info

Publication number: DE3837724C2
Application number: DE3837724A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kobe Jp Muramatu; Kazuo Kamakura Kanagawa Jp Inoue; Yoshihiko Kobe Jp Sakashita
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1987-11-07
Filing date: 1988-11-07
Publication date: 1992-03-05
Also published as: JPH01122966A; DE3837724A1

Description

Die Erfindung betrifft ein amorphes Kohlenstoffmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sphärischer Kristallstruktur, das für die Herstellung von Magnetscheiben für Aufnahmen mit ho her Aufzeichnungsdichte, für die Herstellung von Formen für optische Lin sen und künstliche Herklappen geeignet ist, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung für Magnet scheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte.

Wegen der erheblichen Fortschritte auf dem Gebiet der Magnet scheibengeräte und der Aufnahme mit hoher Aufzeichnungsdich te bei als magnetische Aufnahmemedien verwendeten Magnet scheiben werden seit einiger Zeit Magnetscheibensubstrate mit verbesserten Eigenschaften verlangt, z. B. folgenden:

(1) die Oberfläche der Substrate soll über eine sehr große Genauigkeit und über eine geringe Anzahl von Oberflä chenfehlern verfügen, um die Aufnahme mit hoher Auf zeichnungsdichte durch Magnetscheiben zu ermöglichen;
(2) um die Nachführbarkeit des Magnetkopfes zu begünstigen, sollten Wellungen mit geringem Abstand, die die Glätte der Oberfläche und die Gleichförmigkeit der Oberfläche des Substrats der magnetischen Aufzeichnungsplatte stö ren, klein sein und die Oberfläche sollte frei von fei nen Vorsprüngen sein.
(3) da das Substrat ein magnetisches Medium trägt, sollten dessen chemische Eigenschaften so sein, daß die Ober flächenbehandlung einfach durchzuführen ist, und das Substrat sollte nicht-magnetisch sein;
(4) das Substrat sollte eine ausgezeichnete Korrosions beständigkeit, Wetterbeständigkeit, eine hohe Festig keit und Härte aufweisen; und
(5) das Substrat sollte gute Schwebeeigenschaften haben und zur Verbesserung der CSS-Festigkeit (Contact/Start/ Stop) ein geringes Gewicht haben.

Angesichts dieser Forderungen wurden kürzlich anstelle von herkömmlichen Magnetscheibensubstraten auf Aluminiumlegie rungsbasis Magnetscheibensubstrate für die Aufnahme mit hoher Aufzeichnungsdichte aus einer mit einem Glas beschich teten Keramik sowie ein aus einer Glasplatte bestehendes Magnetplattensubstrat für die Aufnahme mit hoher Aufzeich nungsdichte entwickelt. Diese Substrate weisen zwar eine ausgezeichnete Wärme- und Korrosionsbeständigkeit auf, und da durch Abtragen der Oberfläche eine ausgezeichnete Ober flächengenauigkeit erzielt werden kann, ermöglichen sie eine Aufnahme mit hoher Aufzeichnungsdichte, sie haben jedoch den Nachteil, daß sie zum Zerbrechen neigen. Die Materialien neigen beispielsweise bei Rotation, Schlag, Ankratzen und unter Hitzeschock zum Zerbrechen und sind deshalb wenig verläßlich.

Es wurde nun versucht, die Bruchfestigkeit mit Hilfe von Maßnahmen zur Ausbildung einer Stabilisierungsschicht an der Kristallgrenze zu erhöhen, jedoch kann die Brüchigkeit dadurch nicht vollständig vermieden werden.

Da keramische Materialien im Vergleich zu Substraten auf Aluminiumlegierungsbasis höhere spezifische Dichten haben, bilden sie für das Scheibenantriebssystem eine große Bela stung, welche die Miniaturisierung des Antriebs erschwert.

Im Gegensatz dazu ist das spezifische Gewicht von Kohlen stoffmaterialien niedrig bis hinunter zu 1,5 bis 2,0, und da ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient klein ist, haben sie eine ausgezeichnete Hitzefestigkeit. Deshalb wäre die praktische Anwendung von Kohlenstoffmaterialien anstelle der oben erwähnten keramischen Materialien oder solcher auf Ba sis von Aluminiumlegierungen für Magnetscheibensubstrate für die Aufnahme mit hoher Aufzeichnungsdichte erwünscht, zumal unter den Kohlenstoffmaterialien amorpher Kohlen stoff die Eigenschaft hat, daß er relativ dicht ist und Gase kaum permeieren läßt.

Amorphes Kohlenstoffmaterial wird üblicherweise hergestellt durch Formen, Trocknen und Härten eines hitzehärtbaren Har zes sowie Carbonisieren bei hohen Temperaturen. Obwohl amorpher Kohlenstoff eine lokal ausgezeichnete Oberflächen genauigkeit durch Abschleifen der Oberfläche ergeben kann, ist es bei seiner Herstellung in der Praxis schwer zu ver meiden, daß eine Oberfläche mit Mikroporen gebildet wird.

Dies beruht darauf, daß, obwohl herkömmliches amorphes Koh lenstoffmaterial eine sphärische Kristallstruktur aufweist, der Hohlraum-Durchmesser im Kristallit bis zu 10 nm be trägt und daher beim Abschleifen der Oberfläche Rücksprün ge mit einem Durchmesser von 10 nm oder mehr auftreten, so daß die Oberfläche nach der Abtragung grob wird. Wenn aber die Oberflächengenauigkeit schlecht ist, kann eine Verbes serung der Aufzeichnungsdichte einer Magnetscheibe nicht erreicht werden.

Ein weiterer Grund, warum die Oberflächengenauigkeit her kömmlichen amorphen Kohlenstoffs schlecht ist, ist der, daß eine Vielzahl von geschlossenen Poren bei der Herstellung gebildet wird. Das bedeutet, daß es nach dem Formen eines hitzehärtbaren Harzes im Verlauf des Trocknens, Härtens und Carbonisierens bei hohen Temperaturen unvermeidlich ist, daß geschlossene Poren aufgrund von entweichender Feuchtig keit und flüchtigen Bestandteilen sowie Luft entstehen, was zur Bildung von feinen Rücksprüngen auf der Oberfläche zu dem Zeitpunkt führt, zu dem die Oberfläche abgeschliffen wird.

Zur Verminderung des unerwünschten Auftretens von geschlos senen Poren wurden bereits die folgenden Verfahren vorge schlagen:

(1) Nach dem Formen eines Rohmaterials aus einem hitzehärt baren Harz wird es durch Erwärmen mit einer Heizge schwindigkeit von 1°C/h oder weniger gehärtet und da nach carbonisiert.
(2) Materialien mit niedrigem Siedepunkt, die Nebenprodukte zum Zeitpunkt des Härtens sind, werden in der Harzma trix dispergiert und vollständig gelöst und dieser Dis persionszustand wird beibehalten, wenn das Harz gehär tet wird (JP-A-1 71 208/1985).
(3) Nach der Wärmebehandlung eines wärmehärtbaren Harzes bei 300 bis 750°C wird dieses unter solchen Bedingun gen wärmebehandelt, daß der Druck 1000 Atmosphären oder mehr beträgt und die Temperatur 800°C (JP-A- 36 011/1987).

Der für die Durchführung des Verfahrens (1) erforderliche Zeitraum zum Aushärten und Brennen, der 2 bis 3 Monate beträgt, ist jedoch lang. Aus diesem Grund ist die Her stellungseffizienz ziemlich gering, die Kosten hoch und ist es schwierig, dieses Verfahren industriell und prak tisch anzuwenden.

Das Verfahren (2) hat den Nachteil, daß wegen der kompli zierten Einstellung, beispielsweise der Entgasung unter vermindertem Druck, des hitzehärtbaren Harzrohmaterials die Behandlungszeit lang ist und zusätzlich die gebildeten Hohlräume nicht vollständig zum Verschwinden gebracht werden können.

Daher ist die Ausbeute bei jedem dieser Verfahren unver meidlich gering, und obwohl amorpher Kohlenstoff grund sätzlich ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen kann, sind die Produktionskosten so hoch, daß amorpher Kohlen stoff industriell bisher noch nicht als allgemeines Ma terial eingesetzt worden ist.

Zudem wird im Verfahren (3) nach der vorläufigen Hitzebe handlung bei 300 bis 750°C unter stark erhöhtem Druck er hitzt. Da die Temperatur der vorläufigen Hitzebehandlung höchstens 750°C ist, verbleiben daher große Mengen H, N und O im Material, so daß bei der nachfolgenden Hitzebe handlung Gase (H₂, N₂, O₂) unter stark erhöhtem Druck ge bildet werden. Bei industrieller Herstellung ist es, um die Kosten zu senken, im Falle einer chargen-weisen Pro duktion erforderlich, eine Vorrichtung mit großen Abmes sungen zu verwenden, um die Anzahl der behandelten Pro duktstücke zu erhöhen. Wenn jedoch solch ein Material in großen Mengen behandelt wird, werden große Mengen an Ga sen (H₂, O₂, N₂) gebildet, was zu Problemen führt, z. B. der Gefahr einer Explosion der gebildeten Gase, der Un möglichkeit der Wiederverwendung des zur Druckerzeugung verwandten Gasmediums und der Korrosion des verwendeten Gerätes durch die erzeugten Gase.

Weiterhin werden, falls hitzehärtbare Harze hitzebehandelt werden und große Mengen an H₂O, CO und CH₄ bei 400 bis 800°C gebildet werden, Poren von mehreren µm in großen Mengen gebildet. Diese Poren verschwinden zwar fast voll ständig, wenn das hitzehärtbare Harz auf 800°C oder mehr erhitzt wird, wegen der Schrumpfung des hitzehärtbaren Har zes als Folge der H₂-Bildung (siehe Carbon. 7 (1969), S. 643-648), selbst wenn kein Druck angewendet wird. Jedoch sind Poren ein Problem, die mit Luft oder dergleichen gefüllt sind, die beim Formen des hitzehärtbaren Harzes eingeschlos sen wird und die auch dann nicht zum Verschwinden gebracht werden, wenn im oben genannten Temperaturbereich erhitzt wird.

Aus der DE-PS 30 34 359 ist die Herstellung von Kohlenstoff materialien hoher Dichte und hoher Festigkeit aus frischem Koks bekannt, bei dem der pulverisierte frische Koks nach dem Formen unter Druck im Gemisch mit einem Bindemittel einem zweistufigen Brennen unterworfen wird, nämlich bei einer Tem peratur von 40 bis 700°C in der ersten Stufe und bei einer Temperatur von mindestens 1000°C in der zweiten Stufe, wobei die zuletzt genannte Stufe zur Carbonisierung des Materials führt.

Nach diesem bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, ein Kohlenstoffmaterial zu erhalten, dessen Oberfläche frei von Mikroporen ist. Vielmehr weist das bei diesem bekannten Verfahren erhaltene Endprodukt auf seiner Oberfläche zahl reiche Poren mit einem Porendurchmesser von weit mehr als 3 nm und ein niedriges scheinbares spezifisches Gewicht von weit unter 1,80 g/cm³ auf, das eine direkte Folge der zahlreichen Poren in dem Kohlenstoffmaterial ist. Hinzu kommt, daß es sich bei dem dabei erhaltenen Material nicht um amor phen Kohlenstoff mit sphärischer Kristallstruktur, sondern um ein weitgehend graphitiertes Material mit Graphitstruktur handelt.

Dies gilt auch für die Kohlenstoffmaterialien, die nach den Angaben in der DE-OS 28 26 114 und in "Chemie-Ingenieur und Technik", 42. Jahrgang 1970, Nr. 19, Seiten 1197 bis 1202, erhalten werden. Im ersteren Falle wird ein Kohlenstoff/Koh lenstoff-Verbundmaterial, das aus einer Kohlenstoffmatrix und einem faserförmigen Verstärkungskohlenstoff besteht, aus Novolakfasern und einem Phenolharz hergestellt durch zweistu fige Wärmebehandlung in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mindestens 800°C. Im letzteren Falle erfolgt die Herstellung von Kunstkohle und Elektrographit aus Petrolkoks und Pechkoksen mit Pech als Bindemittel durch Brennen bei Temperaturen bis zu 1300°C und anschließendes Graphitieren bei 2700°C. Auch in diesem Falle werden also als Endprodukte "Graphit" erhalten und kein amorphes Kohlen stoffmaterial mit sphärischer Kristallstruktur.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein amorphes Kohlenstoff material bereitzustellen, das nicht nur eine hohe Dichte aufweist, sondern auch möglichst frei von unerwünschten Poren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein amorphes Kohlenstoffmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sphärischer Kristallstruktur, hergestellt aus wärmehärtbarem Harz, das gekennzeichnet ist durch einen Hohlraum- Durchmesser im Kristallit von 3 nm oder weniger und ein scheinbares spezifisches Gewicht von 1,80 oder mehr.

Dieses amorphe Kohlenstoffmaterial kann nach einem einen wei teren Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren herge stellt werden, das umfaßt die Umwandlung eines wärmehärtbaren Harzes in amorphen Kohlenstoff nach dem Erhitzen, Formen zur Carbonisierung und Vorerhitzen des geformten wärmehärtbaren Harzes auf eine Temperatur von 1000 bis 1900°C und dadurch gekennzeichnet ist, das der vorerhitzte Formkörper anschließend auf eine Temperatur von 2050°C oder mehr erhitzt wird, wobei ein isotroper Druck von 1000 Atmosphären oder mehr an gewendet wird.

Vorzugsweise wird der Formkörper auf eine Temperatur im Be reich von 2050 bis 2600°C erhitzt.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch die Verwendung des vorstehend beschriebenen amorphen Kohlenstoffmaterials für Magnetscheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungs dichte.

Da im erfindungsgemäßen Kohlenstoffmaterial der Hohlraum- Durchmesser im Kristallit auf 3 nm (30 Å) begrenzt ist, können die Rücksprünge nach dem Abschleifen auf 3 nm (30 Å) oder weniger zurückgeführt werden. Daher kann die Oberflächenrauhigkeit R_a auf einem Wert von 1 bis 3,5 nm ge halten werden, der für Magnetscheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte benötigt wird. Da außerdem der Hohlraum-Durchmesser 3 nm (30 Å) oder weniger beträgt, liegt der Hohlraumgehalt bei 0,2% oder weniger, die Kristallitgröße Lc (002) bei 10 nm (100 Å) oder weniger und die scheinbare Dichte bei 1,80 oder mehr, so daß ein amorphes Kohlenstoffmaterial mit relativ hoher Dichte er halten wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Formen eines hitzehärtbaren Harzes der geformte Körper auf eine Temperatur von 1000 bis 1900°C vorerhitzt zur Eliminie rung von gasförmigen Bestandteilen, wie im geformten Kör per verbliebenem H₂, N₂ und O₂. Danach wird der vorerhitzte Körper auf eine Temperatur von 2050 oder mehr, vorzugs weise im Bereich von 2050 bis 2600°C erhitzt, wobei ein Druck von 1000 Atmosphären oder mehr isotrop auf den vor erhitzten Körper angewendet wird. Auf diese Weise kann amorpher Kohlenstoff erhalten werden, worin die noch im vorerhitzten Körper vorhandenen geschlossenen Körper zum Verschwinden gebracht werden, und der eine hohe Dichte auf weist und nach dem Abschleifen eine hohe Oberflächengenau igkeit besitzt.

Als hitzehärtbare Harze, die in amorphen Kohlenstoff umge wandelt werden können, nachdem sie bis zur Carbonisierung erhitzt worden sind, können phenolische Harze, Furanharze, Xylolharze, Melaminharze und Anilinharze in Pulverform so wie Phenolformaldehydharze vom Resol- und Novolaktyp, Furan harze, Xylolharze, Melaminharze und Anilinharze in flüs siger Form auf Wasserbasis oder Ölbasis genannt werden.

Unter Verwendung von hitzehärtbaren Harzen kann das erfin dungsgemäße amorphe Kohlenstoffmaterial auf die folgende Weise hergestellt werden.

Zuerst wird das hitzehärtbare Harz auf bekannte Weise in eine vorgeschriebene Form gebracht. Beispielsweise gibt es eine Methode, wonach ein flüssiges hitzehärtbares Harz in einen Formrahmen gegossen wird. Es gibt weiterhin ein Verfahren, wonach ein granulares hitzehärtbares Harz unter Verwendung einer Form kalt oder heiß gepreßt wird. Weiter hin gibt es ein Verfahren, in dem zur Erhöhung der Bruch festigkeit Kohlenstoffpartikel, beispielsweise künstlicher Graphit, natürlicher Graphit oder Ruß, zum hitzehärtbaren Harz zugefügt werden und das hitzehärtbare Harz mit einem organischen Verdickungsmittel geknetet und danach extrudiert und gewalzt wird.

Es ist festzuhalten, daß durch heißes isotropes Pressen (HIP) bei ultrahohen Temperaturen geschlossene Poren zum Verschwinden gebracht werden, jedoch offene Poren sich nicht ändern. Daher ist es wirkungsvoll, die Oberflächen schicht des Formkörpers durch Heißpressen zu schmelzen und dadurch die Oberflächenschicht dicht zu machen.

Nach dem Trocknen des Formkörpers aus dem hitzehärtbaren Harz wird er auf eine Temperatur von 1000 bis 1900°C un ter der Atmosphäre eines inerten Gases, wie N₂ oder Ar, vor erhitzt.

Der Grund dafür, daß das hitzehärtbare Harz auf eine Tem peratur von 1000 bis 1900°C vorerhitzt wird, ist, daß bei einer Temperatur von 1000°C oder mehr die im Formkörper ver bliebenen Gaskomponenten, wie H, N und O, beträchtlich ver mindert werden können.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem die Temperatur bei der Hitzebehandlung eines Phenolformaldehydharzes als Abs zisse gegen die verbliebenen Wasserstoffmengen als Ordinate aufgetragen ist, so daß die zwischen den beiden bestehende Beziehung gezeigt werden kann. Wie Fig. 1 deutlich zeigt, ist bei einer Behandlungstemperatur von etwa 700°C die verbliebene Wasserstoffmenge 10⁴ bis 10³ ppm, was recht hoch ist, jedoch wird bei einer Behandlungstemperatur von 1000°C oder mehr der verbliebene Wasserstoffgehalt bemerkenswerter weise auf 100 ppm oder weniger reduziert. Was andere gas förmige Komponenten, wie Stickstoff und Sauerstoff, anbe trifft, ist die Situation ähnlich, wie oben geschildert.

Wenn dagegen die Hitzebehandlung des Formkörpers eine Tem peratur von 2000°C überschreitet, schreitet die Kristalli sation fort, so daß selbst dann, wenn im nachfolgenden Schritt auf den Formkörper ein isotroper Druck ausgeübt wird, das Material nicht verdichtet wird. Aus diesem Grund liegt die Temperatur des Vorerhitzungsschrittes bei 1000 bis 1900°C.

Nach dem Vorerhitzen wird das Material auf eine Temperatur von 2050°C oder mehr, vorzugsweise im Bereich von 2050 bis 2600°C erhitzt, wobei ein isotroper Druck von 1000 Atmosphären oder mehr angewandt wird, um das Material zu verdichten. Diese isotrope Druckbehand lung kann in einer Vorrichtung für heißes isotropes Pressen (HIP) bei ultrahohen Temperaturen durchgeführt werden.

Durch Pressen des vorerhitzten Materials bei einer Tempera tur von 2050°C verschwinden die im vorerhitzten Körper vor handenen geschlossenen Poren. Auf diese Weise wird das Ma terial verdichtet, jedoch würden die geschlossenen Poren nicht verschwinden, auch nicht bei Anwendung eines höheren Drucks, wenn die Temperatur weniger als 2050°C beträgt. Falls die Temperatur bei 2500 bis 2600°C liegt, erreicht die Verdichtungswirkung eine Sättigung, so daß es nutzlos ist, auf eine diese Temperaturen übersteigende Temperatur zu erhitzen.

Wenn dagegen der angewandte Druck weniger als 1000 Atmosphä ren beträgt, verschwinden die geschlossenen Poren nicht in ausreichendem Maße, so daß die Verdichtung nicht fortschrei ten kann. Daher ist es notwendig, daß der Druck 1000 Atmosphä ren oder mehr beträgt.

Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem die Temperatur als Abs zisse gegen den Gehalt an geschlossenen Poren als Ordinate aufgetragen ist und das die Veränderungen im Gehalt an ge schlossenen Poren zeigt, die durch Vorerhitzen eines Phenol formaldehydharzes auf 1200°C und anschließende Hitzebehand lung unter einem isotropen Druck von 2000 Atmosphären unter HIP-Bedingungen erhalten wurden. Wenn die Temperatur 2050°C oder mehr beträgt, erniedrigt sich der Gehalt an geschlosse nen Poren unter Verdichtung, und bei einer Temperatur von 2500°C wird der Gehalt an geschlossenen Poren im wesentlichen Null. Um die Verdichtung zu erzielen, ist es demnach erfor derlich, auf den vorerhitzten Körper einen isotropen Druck anzuwenden. Unter isotropem Druck wird das Kristallwachstum der Graphitkristalle unterdrückt, wobei unter Beibehaltung des amorphen Zustandes im oben genannten Temperaturbereich eine plastische Deformation stattfindet und die Verdichtung fortschreitet. Wird beim Heißpressen auf eine Temperatur von 2000°C oder mehr unter atmosphärischem Druck oder einem an isotropen Druck durch eindimensionales Pressen erhitzt, fin det Kristallwachstum von Graphitkristallen und Schrumpfung in einer Richtung statt, was zu einer Zunahme der Hohlräume führt.

Fig. 3 zeigt Röntgenbeugungsmuster, die durch Vorerhitzen eines Phenolformaldehydharzes auf 1200°C und anschließende Hitzebehandlung bei 2600°C unter atmosphärischem Druck und isotropem Druck erhalten wurden. In der Figur werden die von Gakujutsu Shinkokai-ho (gegründet von Nihon Gakujutsu Shinkokai 117 Iinkai; s. Carbon 36 (1963), S. 25) bestimm ten Kristallitparameter Lc (002) ebenfalls gezeigt. Fig. 3 zeigt weiterhin ein Röntgenbeugungsmuster einer Probe, die auf 1200°C vorerhitzt wurde, nicht jedoch der HIP-Behand lung unterworfen wurde. Durch Erhitzen auf 2600°C unter atmosphärischem Druck schreitet die Graphitisierung fort, wodurch die 002- und 004-Beugungslinien stark hervortreten und Lc (002) auf etwa 20 nm (200 Å) anwächst. Unter isotropem Druck ist jedoch die Beugungslinie sehr schwach und breit und die Graphitisierung gehemmt, so daß der amorphe Zustand beibe halten wird. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß der vorerhitzte Körper auf eine Temperatur von 2050°C erhitzt, wobei ein isotroper Druck von 1000 Atmosphären oder mehr angewandt wird.

Es wird ein hitzehärtbares Harz geformt, der Formkörper auf eine Temperatur von 1000 bis 1900°C erhitzt und vorgebrannt und dann erfindungsgemäß bei einer Temperatur von 2050°C oder mehr, vorzugsweise 2050 bis 2600°C, einem isotrop angewandten Druck von 1000 Atmosphären oder mehr unterworfen, um ihn dichter zu machen. In der Folge hat das erhaltene amorphe Kohlenstoffmaterial hoher Dichte einen Hohlraum-Durchmesser im Kristallit von 3 nm (30 Å) oder weni ger, ein scheinbares spezifisches Gewicht von 1,8 oder mehr, ein spezifisches Schüttgewicht von 1,7 oder mehr, einen Ge halt an geschlossenen Poren von im wesentlichen 0% und eine Biegefestigkeit von 8829 N/cm² (900 kg/cm²) oder mehr, was relativ hoch ist. Dies bedeutet, daß das amorphe Kohlenstoffmaterial hoher Dichte die für Magnetscheibensubstrate für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte benötigten Eigenschaften aufweist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschwinden die im Inneren vorhandenen geschlossenen Poren, wenn die Hitzebe handlung zur Carbonisierung bei hohen Temperaturen und hohen Drücken vorgenommen wird, wie vorstehend beschrieben, wobei ein Kohlenstoffmaterial hoher Dichte und hoher Festigkeit er halten wird. Deshalb kann ein Kohlenstoffmaterial erzielt wer den, dessen Oberfläche durch Abschleifen eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit erhält, wodurch im Falle, daß dieses Koh lenstoffmaterial für eine Magnetscheibe verwandt wird, ein Magnetkopf in stabiler Weise hinübergleiten kann, so daß stabile Aufzeichnungseigenschaften gesichert sind. Da weiterhin die Substratoberfläche frei von Vorsprüngen und Rücksprüngen ist, die Fehler im magnetischen Dünnfilm verur sachen, sind die magnetischen Eigenschaften stabil, und da das Kohlenstoffmaterial leichtgewichtig ist, ist die Bela stung des Antriebssystems gering.

Weiterhin zeigt das erfindungsgemäße Kohlenstoffmaterial eine hinreichende mechanische Festigkeit während seiner Pro duktions- und Verarbeitungsschritte, einschließlich der Be arbeitungs- und Schleifschritte, und auch, wenn in einer Magnetscheibe unter Rotation bei hoher Geschwindigkeit ver wandt. Wenn also das erfindungsgemäße Kohlenstoffmaterial als Magnetscheibensubstrat verwandt wird, besitzt dieses Sub strat die für ein Substrat für Magnetscheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte geforderten Eigenschaften.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann, obwohl während der Vorheizzeit Poren gebildet werden, die Heizgeschwindigkeit während der Vorheizzeit erhöht werden, da das Material durch die Carbonisierungsbehandlung bei hohen Temperaturen und hohen Drücken nach dem oben erwähnten HIP-Verfahren oder dergleichen dicht gemacht wird, und eine große Menge an Roh material unter Bildung des Kohlenstoffmaterials verarbeitet werden, da Gase, wie H₂, O₂ und N₂, zur Zeit der HIP-Behand lung nur in geringem Maße gebildet werden, was die Produk tionskosten signifikant erniedrigt.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, in denen die Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenstoffmaterialien beschrieben ist. Ferner werden nach stehend die Ergebnisse der Messungen der Produkteigenschaf ten wiedergegeben.

Beispiel 1

Ein wasserlösliches Phenolformaldehydharz wurde in eine scheibenförmige Form mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Dicke von 4 mm gegossen, 10 Stunden bei 50°C gehal ten, dann 5 Stunden bei 80°C und schließlich 5 Stunden bei 100°C, um auszuhärten. Danach wurde die Temperatur mit einer Heizgeschwindigkeit von 5°C/h auf 1200°C unter einer Stickstoffgasatmosphäre zur Durchführung des Vorheizschrit tes erhöht. Unter Verwendung einer Vorrichtung für heißes statisches Pressen wurde dann ein isotroper Druck von 2000 Atmosphären auf die durch Vorheizen erhaltene Probe unter Erhitzen auf 2500°C angewandt, wodurch diese verdichtet wurde. Die physikalischen Eigenschaften vor der Verdichtungs behandlung (nach dem Vorheizen) und nach der Verdichtungsbe handlung (nach der HIP-Behandlung) sind in Tabelle 1 unten wiedergegeben.

Beispiel 2

Ein Phenolformaldehydharzpulver mit einem durchschnittli chen Teilchendurchmesser von 30 µm wurde unter Verwendung einer Form in eine Scheibe mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Dicke von 3 mm heißgepreßt. Das Heißpressen wurde über 20 min. unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die Temperatur 120°C betrug und der Oberflächendruck 2 MPa/cm² (20 kg/cm²). Die gepreßte Probe wurde auf die gleiche Weise, wie in Bei spiel 1, vorerhitzt und verdichtet.

Die physikalischen Eigenschaften vor und nach der Verdich tungsbehandlung sind ebenfalls in Tabelle 1 unten gezeigt.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, daß in jedem Fall in Beispiel 1 und 2 nach der HIP-Behandlung der Gehalt an geschlossenen Poren 0% ist, die spezifische Schüttdichte 1,7 oder mehr und die Biegefestigkeit 8829 N/cm² (900 kg/cm²) oder mehr.

Die Oberflächen der in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Formkörper wurden mit Hilfe einer Feinschleifmaschine unter Bildung von Substraten für Magnetscheiben mit einer Dicke von 1,3 mm und einem Durchmesser von 90 mm abgeschliffen.

Tabelle 2 unten zeigt die gemessenen Werte der Eigenschaf ten der Magnetscheibensubstrate im Vergleich zu den Eigen schaften eines herkömmlichen Beispiels (kommerziell erhält liches Aluminiumsubstrat).

Tabelle 2

In Tabelle 2 zeigt die Parallelität die Glätte in diametra ler Richtung des Substrats an, die Konzentrizität die Ab weichung zwischen dem Zentrum des äußeren Kreises des Sub strats und dem Zentrum des inneren Kreises, TIR die Gesamt wellung und ACC den Feindefektzustand der Substratoberfläche. Die Oberflächenrauheit (durchschnittliche Rauheit Ra) zeigt die Glätte der Substratoberfläche an.

Aus Tabelle 2 wird deutlich, daß die Substrate der Beispiele 1 und 2 im Vergleich zu dem Al-Substrat des herkömmlichen Beispiels ausgezeichnete Eigenschaften als Substrate für Mag netscheiben haben.

Erfindungsgemäß wird ein Kohlenstoffmaterial erhalten, das eine ausgezeichnete Oberflächengenauigkeit aufweist, leicht gewichtig ist, einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten hat und ausgezeichnete Hitze- und Korrosionsbeständig keit aufweist. Weiterhin kann erfindungsgemäß ein Kohlenstoff material mit solch ausgezeichneten Eigenschaften schnell her gestellt werden.

Das erfindungsgemäße Kohlenstoffmaterial hoher Dichte ist als Substrat für Magnetscheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte geeignet und ebenso für Bauteile, bei denen es auf eine hohe Oberflächengenauigkeit und Dichte ankommt, wie Formen für optische Linsen und künst liche Herzklappen.

Claims

1. Amorphes Kohlenstoffmaterial aus amorphem Kohlenstoff mit sphärischer Kristallstruktur, hergestellt aus wärmehärtbarem Harz, gekennzeichnet durch einen Hohlraum- Durchmesser im Kristallit von 3 nm oder weniger und ein scheinbares spezifisches Gewicht von 1,80 oder mehr.

2. Verfahren zur Herstellung eines amorphen Kohlenstoffmaterials aus amorphem Kohlenstoff mit sphärischer Kristallstruktur nach Anspruch 1, das durch Umwandlung eines wärmehärtbaren Harzes in amorphem Kohlenstoff nach dem Erhitzen, Formen zur Carbonisierung und Vorerhitzen des geformten wärmehärtbaren Harzes auf eine Temperatur von 1000 bis 1900°C erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorerhitzte Formkörper anschließend auf eine Temperatur von 2050°C oder mehr erhitzt wird, wobei ein isotroper Druck von 1000 Atmosphären oder mehr angewandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorerhitzte Formkörper auf eine Temperatur im Bereich von 2050 bis 2600°C erhitzt wird.

4. Verwendung des amorphen Kohlenstoffmaterials nach Ansprüchen 1 bis 3 für Magnetscheiben für Aufnahmen mit hoher Aufzeichnungsdichte.