DE602004001421T2

DE602004001421T2 - Metallgraphitmaterial und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE602004001421T2
Application number: DE602004001421T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi c/o Aisin Seiki Ka Kariya-shi Aichi-ken Kobayashi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: US20040255720A1; EP1489705A2; DE602004001421D1; JP4123068B2; US7390344B2; JP2005012957A; CN1574512A; CN100340036C; EP1489705B1; EP1489705A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Metallgraphitmaterial, dessen Hauptelemente ein Graphitteilchen und ein elektrolytisches Kupferpulver sind, sowie auf ein Herstellungsverfahren dafür. Spezieller ist die Erfindung z. B. für eine Metallgraphitbürste verwendbar, die als ein leitfähiger Pfad eines Motors und dergleichen eingesetzt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bekannte Techniken beziehen sich auf eine Metallgraphitbürste, und insbesondere beziehen sich die bekannten Techniken auf die Verbesserung der Lebensdauer einer Metallgraphitbürste. Eine erste, in dem japanischen Patent Nr. 2641695 offenbarte Technik bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren einer Metallgraphitbürste, insbesondere auf ein Herstellungsverfahren einer Metallgraphitbürste unter Einsatz eines speziellen Graphitbindemittels in einer speziellen Menge, um die Bindungsfestigkeit des Metallgraphits zu vergrößern und den Reibungskoeffizienten des Metallgraphits herabzusetzen.
Bei der ersten bekannten Technik wird das Bindemittel der Bürste hergestellt, indem ein novolakartiges Phenolharz mit einem Furfuralharz in einem speziellen Verhältnis vermischt wird. Solch ein Bindemittel wird mit dem Metallgraphit vermischt und kalziniert, und das gleichmäßig in das Metallgraphit eingeschlossene Bindemittel wird karbonisiert, so dass es zu einem nicht kristalloiden Kohlenstoff wird (im Allgemeinen als Ruß bekannt). Dadurch kann die Bindungsfestigkeit zwischen den einzelnen Graphitteilchen verbessert werden, was die gleiche Wirkung wie ein abtriebfestes Material zur Einstellung eines Films auf der Oberfläche der Bürste hat. Durch Verwendung solch eines Materials verringert der Film mit Schmiereigenschaft den Reibungswiderstand der Bürste, und im Ergebnis kann die Abrieblebensdauer der Bürste verlängert werden.
Eine zweite, in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. H05-144534 offenbarte Technik bezieht sich ebenfalls auf ein Herstellungsverfahren für die Metallgraphitbürste, wobei Kupferpulver für die Bürste Mikroteilchen und große Teilchen in einem bestimmten Zusammensetzungsverhältnis einschließen, um den Verschleiß der Bürste zu verringern, indem eine Störung des Gleitens der auf einem Kommutator gleitenden Bürste sowie durch die Reibung erzeugte Wärme verhindert werden.
Speziell verringert bei der zweiten bekannten Technik das Kupferpulver mit einem großen Teilchendurchmesser den Kontaktwiderstand der Bürste gegenüber dem Kommutator. Im Ergebnis wird der Heizwert verringert, und die Abrieblebensdauer wird verbessert.
Wie vorstehend erwähnt, setzt jede bekannte Technik unterschiedliche Mittel zur Verbesserung der Abrieblebensdauer der Bürste ein. Speziell setzt die erste bekannte Technik den Film mit Schmiereigenschaft ein, der hergestellt wird, indem die Mischung aus dem novolakartigen Phenolharz und dem Furfuralharz aufgebracht und kalziniert wird. Andererseits schließt bei der zweiten bekannten Technik die Bürste zwei unterschiedliche Kupferpulver mit unterschiedlichem Durchmesser ein, um den Kontaktwiderstand zwischen dem Kupferpulver mit dem großen Teilchendurchmesser und dem Kommutator zu verringern.
Im Allgemeinen wird die Metallgraphitbürste aufgrund einer Reibung zwischen dem Kommutator und der Bürste, wenn diese auf dem Kommutator gleitet, mechanisch verschlissen. Zusätzlich kann die Metallgraphitbürste durch eine elektrische Veränderung wie etwa Funkenentladung verschlissen werden. Beide bekannten Techniken sind nicht auf die Funkenentladung fokussiert, welche den Verschleiß der Bürste verursacht. Speziell ist bei beiden bekannten Techniken ein Verfahren zur Verbesserung der Lebensdauer der Bürste durch Herabsetzen der Energie der Funkenentladung bei der Metallgraphitbürste nicht offenbart. Tatsächlich wird die aus der Ansammlung der Graphitteilchen bestehende Metallgraphitbürste, bei der E-Feld-Silberpulver nahezu gleichmäßig dispergiert sind, aufgrund der Funkenentladung verschlissen, welche bei dem Graphitteilchen auftritt. Speziell wird die Funkenentladung erzeugt, wenn ein festgelegter elektrischer Druck auf die Bürste ausgeübt und die Bürste von dem Kommutator getrennt wird. Obwohl die Bürste auf normale Weise eingesetzt wird, tritt solch ein Phänomen in natürlicher Weise auf.
Das Dokument GB-A-1 438 224 offenbart ein Metallgraphitmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein Metallgraphitmaterial einen geformten Körper mit einer Ansammlung von Graphitteilchen und Kupferteilchen ein und umfasst Graphit und Kupfer als Hauptelemente, wobei das Metallgraphitmaterial gemäß Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von Metallgraphitmaterial die im Anspruch 4 definierten Schritte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Kupfermikroteilchen in der Größenordnung von Nanometern, welche an wenigstens einem Abschnitt von sich elektrisch verbunden sind, auf der Oberfläche des Graphitteilchens des Metallgraphitmaterials ausgebildet. Wenn ein Motor aus einem Metallgraphitmaterial mit solch einem Aufbau besteht, kann eine Schädigung aufgrund von Funkenentladung verhindert werden. Darüber hinaus kann durch die Verwendung solch eines Materials für den Motor die elektrische Energie der Funkenentladung verringert werden, so dass das Niveau einer bei der Funkenentladung erzeugten elektrischen Störung vermindert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorhergehenden und zusätzliche Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Berücksichtigung der begleitenden Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ersichtlicher werden.
Die 1 veranschaulicht ein Diagramm eines Verfahrens zur Ausbildung von Kupfermikroteilchen auf einem Graphitteilchen;
die 2 veranschaulicht ein Diagramm eines weiteren Verfahrens zur Erzeugung von Kupfermikroteilchen auf einem Graphitteilchen und
die 3 veranschaulicht einen Graph, der die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Gewicht von Glycerin und Diglycerin angibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform, die für eine bei einem Motor als typisches Metallgraphitmaterial eingesetzte Metallgraphitbürste eingesetzt wird, wird wie folgt erläutert. In der Ausführungsform sind die Grundmaterialien der Metallgraphitbürste die gleichen, wie bei bekannten Bürsten, allerdings ist die Struktur des Materials der Metallgraphitbürste unterschiedlich. Speziell sind in der Ausführungsform Kupfermikroteilchen, deren Durchmesser im Durchschnitt 5 bis 100 nm beträgt, auf einem Graphitteilchen als kontinuierlicher Pfad aus Kupfer zum Leiten und Emittieren einer Ladung ausgebildet. Das Graphitteilchen, auf dem die Kupfermikroteilchen fixiert sind, ist größer als die Kupfermikroteilchen. Die Größe des Graphitteilchens beträgt z. B. 10 bis 200 μm und speziell 30 bis 100 μm, allerdings ist die Größe nicht auf solch einen Wert beschränkt.
Weiter bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schließen ein Mittel zur Ausbildung von Kupfermikroteilchen auf einer Oberfläche des Graphitteilchens ein, wobei eine Lösung einer Kupfercarbonsäure (Metallkomplex, dessen Hauptelement Kupfer ist) mit einer Bindemittellösung wie etwa einer Lösung von denaturiertem Phenolharz, welches bei einer Oxidationsreaktion nicht kristalloiden Kohlenstoff erzeugt, vermengt, um eine Lösung herzustellen, die einen Metallkomplex einschließt, dessen Hauptelemente Kupfer und ein Bindemittel sind, und wobei dann die gemischte Lösung auf die Oberfläche des Graphitteilchens aufgebracht wird, um einen Überzugsfilm auszubilden.
Die Verwendung des Bindemittels wird wie folgt erläutert. Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Bindemitteln. Ein Bindemittel hat zwei Funktionen, des Ausbildens des Überzugsfilms aus der Kupfercarbonsäurelösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens und des Vereinigens eines jeden Graphitteilchens (der einzelnen Graphitteilchen) durch nicht kristalloiden Kohlenstoff, der erzeugt wird, wenn das Graphitteilchen mit dem Überzugsfilm aus der Kupfercarbonsäure oxidiert wird. In solch einem Fall ist es bevorzugt, als Bindemittel eine Lösung von denaturiertem Phenolharz einzusetzen.
Das andere Bindemittel weist nur eine Funktion auf, des Ausbildens des Überzugsfilms aus der Kupfercarbonsäurelösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens. In solch einem Fall ist es bevorzugt, als Bindemittel Glycerin oder ein Glycerinderivat einzusetzen. Wenn solche Chemikalien als Bindemittel eingesetzt werden, wird das Glycerin oder das Glycerinderivat zu der Kupfercarbonsäurelösung als Bindemittel zugegeben, um der Kupfercarbonsäurelösung eine festgelegte Viskosität zu verleihen, so dass der Überzugsfilm aus der Kupfercarbonsäurelösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet wird. Solch ein Bindemittel verhindert die Erzeugung des nicht kristalloiden Kohlenstoffs, der eingesetzt wird, um die Graphitteilchen zu vereinigen, so dass es bevorzugt ist, den Überzugsfilm aus der Lösung des denaturierten Phenolharzes auf der Oberfläche des Graphitteilchens auszubilden, nachdem der Überzugsfilm aus der Lösung der Kupfercarbonsäure auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet worden ist.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die vorstehend erwähnten Chemikalien, welche nur die Funktion des Bindemittels ausüben, thermisch zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden, wenn ein geformter Körper aus den Graphitteilchen bei einer Temperatur von 250 bis 350°C kalziniert wird, und dass dann solches Kohlendioxid und Wasser an die Luft verdampft, anders gesagt, dass kein Rückstand aufgrund der thermischen Zersetzungsreaktion zurückbleibt. Unter diesem Gesichtspunkt wird es so gesehen, dass Glycerin und Diglycerin als Glycerinderivat, welche unterhalb von 350°C thermisch zersetzt werden und eine festgelegte Viskosität aufweisen, bevorzugte Chemikalien sind. Die Viskosität des Glycerins beträgt bei 20°C 1500 mPa·s und die thermische Zersetzung setzt bei 150°C ein und hört bei 250°C auf (in 3 gezeigt). Die Viskosität des Diglycerins beträgt bei 20°C 1200 mPa·s und die thermische Zersetzung setzt bei 250°C ein und hört bei 320°C auf (in 3 gezeigt). Im Bezug auf eine zweckmäßige Dicke des Überzugsfilms kann das Glycerin oder das Diglycerin mit Methanol verdünnt und in die Kupfercarbonsäurelösung hineingemischt werden. Die 3 gibt die Beziehungen zwischen der Temperatur und dem Gewicht von Glycerin und Diglycerin an. Die Struktur 1 gibt die Molekülstruktur des Glycerins an, und die Struktur 2 gibt die Molekülstruktur des Diglycerins an.
[Struktur 1]
Molekülstruktur von Glycerin
[Struktur 2]
Molekülstruktur von Diglycerin
Des Weiteren wird, wie vorstehend erwähnt, der geformte Körper aus der Ansammlung der Graphitteilchen, auf denen die Überzugsfilme ausgebildet sind, in einer Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt. Dann wird der geformte Körper in einer deoxidierenden Atmosphäre erhitzt, und im Ergebnis wird das Metallgraphitmaterial nach Anspruch 1 ausgebildet. Die Kupfercarbonsäure wird zu Kupfermikroteilchen in der Größenordnung von Nanometern, und solche Teilchen sind auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden. Im Wesentlichen werden andere Substanzen an die Luft verdampft, nachdem sie zu Kohlendioxid und Wasser zersetzt wurden.
Darüber hinaus sind in der Ausführungsform die abgeschiedenen Kupfermikroteilchen so klein wie möglich ausgebildet, und solche Kupfermikroteilchen sind auf der Oberfläche des Graphitteilchens mit hoher Dichte ausgefällt bzw. abgeschieden. Im Ergebnis stehen benachbarte Kupfermikroteilchen miteinander in Kontakt, und ein leitfähiger Pfad kann durch solche in Kontakt stehenden Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet werden. Darüber hinaus sind die auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphits mit dem nicht kristalloiden Kohlenstoff als Bindemittel fixiert, welcher durch Karbonisieren eines Bindemittels wie etwas des denaturierten Phenolharzes erhalten wird.
Die 1 veranschaulicht ein typisches Verfahren zur Ausbildung der Metallgraphitbürste (Erzeugung der Kupfercarbonsäure).
Gemäß dem in 1 gezeigten typischen Verfahren wird zuerst eine Lösung der Kupfercarbonsäure hergestellt, welche ein Metallkomplex ist, der Kupfer als Hauptelement einschließt. Die Lösung der Kupfercarbonsäure wird durch eine Flüssigphasenreaktion zwischen einer Kupferchloridlösung und einer Lösung der Carbonsäure hergestellt. Eine bevorzugte Kupferverbindung, die ein Material der Kupfercarbonsäure ist, ist Kupferchlorid, Kupfersulfat, Kupfernitrat, Kupfercarbonat oder dergleichen. Unter Berücksichtigung der Löslichkeit eines jeden in Tabelle 1 gezeigten Lösungsmittels ist es bevorzugt, Kupferchlorid einzusetzen, insbesondere Kupfer(II)chlorid. Um die Kupfercarbonsäure in effizienter Weise zu erzeugen, ist es bevorzugt, die Kupfercarbonsäure in hoher Konzentration zu erzeugen, indem eine gesättigte Lösung des Kupferchlorids und eine gesättigte Lösung der Carbonsäure umgesetzt werden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Kupferchloridlösung mit der Lösung der Carbonsäure kompatibel ist.
Die Löslichkeit des Kupferchlorids in jedem Lösungsmittel und die Löslichkeit einer jeden Carbonsäure in jedem Lösungsmittel wird wie folgt erläutert. Die Tabelle 1 gibt die Löslichkeit von Kupfer(II)chlorid in jedem Lösungsmittel an. Die Löslichkeit des Kupfer(II)chlorids nimmt in der Reihenfolge der Tabelle zu. Gemäß der Ausführungsform wird eine gesättigte Lösung von Kupfer(II)chlorid unter Einsatz dieser Lösungsmittel hergestellt, um die Kupfercarbonsäure herzustellen.
[Tabelle 1] Löslichkeit von Kupferchlorid
[Tabelle 2] Löslichkeiten einer jeden Carbonsäure in Wasser
[Tabelle 3] Löslichkeit einer jeden Carbonsäure in Methanol
[Tabelle 4] Löslichkeit einer jeden Carbonsäure in 1-Butanol
Beispiele für die Carbonsäure sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Carbonsäure schließt gradkettige gesättigte Monocarbonsäuren wie etwa Ameisensäure, Essigsäure, Propansäure und Butansäure, gradkettige gesättigte Dicarbonsäuren wie etwa Oxalsäure, Malonsäure und Glutarsäure, gesättigte Monocarbonsäuren wie etwa Milchsäure und Acetessigsäure, ungesättigte Monocarbonsäuren wie etwa Acrylsäure, Methacrylsäure und Levulinsäure, ungesättigte Carbonsäuren wie etwa Maleinsäure und Allylmalonsäure oder aromatische Carbonsäuren wie etwa d1-Mandelsäure und Mellophansäure ein. Wenigstens eine der vorstehend erwähnten Carbonsäuren kann eingesetzt werden.
Die Tabelle 2 zeigt die Löslichkeit der Carbonsäure in Wasser. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, sind die Löslichkeiten der Carbonsäure wie etwa Ameisensäure, Essigsäure, Propansäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Dihydroxysuccinsäure, Maleinsäure, Zitronensäure, Malonsäure, Glutarsäure und Butansäure groß, und die Löslichkeiten in Wasser nehmen in dieser Reihenfolge zu. Die Kupfercarbonsäure wird erzeugt, indem die wässrige Flüssigkeit der Carbonsäure und die wässrige Flüssigkeit des Kupfer(II)chlorids umgesetzt werden. Es ist bevorzugt anzunehmen, dass die Ameisensäure und die Essigsäure eine große Acidität aufweisen.
Die Tabelle 3 zeigt die Löslichkeit der Carbonsäure in Methanol. Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, sind die Löslichkeiten der Carbonsäure wie etwa Butansäure, Acrylsäure, Octansäure, Decansäure, Dodecansäure und Melainsäure groß, und die Löslichkeiten in Methanol nehmen in dieser Reihenfolge zu. Die Kupfercarbonsäure wird erzeugt, indem eine Methanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der Methanollösung des Kupferchlorids umgesetzt wird.
Die Tabelle 4 zeigt die Löslichkeit der Carbonsäure in 1-Butanol. Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, sind die Löslichkeiten der Carbonsäure wie etwa Octansäure, Dodecansäure und Hexadecansäure groß, und die Löslichkeiten in 1-Butanol nehmen in dieser Reihenfolge zu. Die Kupfercarbonsäure wird erzeugt, indem eine 1-Butanollösung der Carbonsäure mit der 1-Butanollösung des Kupfer(II)chlorids umgesetzt wird.
[Tabelle 5] Löslichkeit einer jeden Carbonsäure in 1-Propanol
[Tabelle 6] Beispiel für die Erzeugung der Kupfercarbonsäure
[Tabelle 7] Beispiele für Lösungen einer jeden Kupfercarbonsäure
[Tabelle 8] Beispiele für jede gemischte Lösung
Die Tabelle 5 zeigt die Löslichkeit der Kupfercarbonsäure in 1-Propanol. Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, ist die Löslichkeit der Carbonsäure wie etwa von Salicylsäure groß. Die Kupfercarbonsäure wird erzeugt, indem eine 1-Propanollösung der Salicylsäure mit der 1-Propanollösung des Kupfer(II)chlorids umgesetzt wird.
Unter Berücksichtigung der Löslichkeit des Kupfer(II)chlorids und einer jeden Carbonsäure bezogen auf jedes Lösungsmittel sind typische Beispiele, die Beispiele 1 bis 6, mit denen hochkonzentrierte Kupfercarbonsäure erzeugt werden kann, in Tabelle 6 gezeigt. Wie in Tabelle 6 in Beispiel 1 gezeigt ist, wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem eine gesättigte wässrige Flüssigkeit des Kupfer(II)chlorids und eine gesättigte wässrige Flüssigkeit von Propionsäure oder Acrylsäure umgesetzt werden. In dem Beispiel 2 wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem eine gesättigte wässrige Flüssigkeit des Kupfer(II)chlorids mit der gesättigten wässrigen Flüssigkeit der Dihydroxysuccinsäure, der Maleinsäure, der Malonsäure oder der Glutarsäure umgesetzt wird. In dem Beispiel 3 wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem die gesättigte Methanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der gesättigten Methanollösung der Butansäure, der Acrylsäure, der Octansäure oder der Decansäure umgesetzt wird.
In dem Beispiel 4 wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem die gesättigte Methanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der gesättigten Methanollösung der Dodecansäure oder der Maleinsäure umgesetzt wird.
In dem Beispiel 5 wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem die gesättigte 1-Butanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der gesättigten 1-Butanollösung der Octansäure, der Decansäure, der Dodecansäure oder der Hexadecansäure umgesetzt wird. In dem Beispiel 6 wird die Kupfercarbonsäure erzeugt, indem die gesättigte 1-Propanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der gesättigten 1-Propanollösung der Salicylsäure umgesetzt wird.
Dann wird die Kupfercarbonsäure extrahiert, indem das Lösungsmittel von der Kupfercarbonsäurelösung, welche die in den vorstehenden Beispiel 1 bis 6 erzeugte Kupfercarbonsäure einschließt, abgetrennt wird. Dann wird die Kupfercarbonsäurelösung hergestellt, indem die ausgefällte Kupfercarbonsäure in organischem Lösungsmittel gelöst wird. Die Kupfercarbonsäurelösung wird in die Lösung des Phenolharzes oder in eine verdünnte Lösung des Glycerins oder des Glycerinderivats hineingemischt, so dass es bevorzugt ist, dass die Kupfercarbonsäurelösung die Eigenschaft aufweist, dass sie mit der Lösung des Phenolharzes (Bindemittellösung) oder der verdünnten Lösung des Glycerins oder des Glycerinderivats kompatibel ist. Eine funktionelle Gruppe des Phenolharzes weist eine große Polarität auf, so dass sich das Phenolharz in einem organischen Lösungsmittel wie etwa einem mit polarer Alkoholgruppe oder Ketogruppe oder dem Glycerin oder dem Glycerinderivat löst. Somit ist es bevorzugt, dass die Kupfercarbonsäure in dem organischen Lösungsmittel gelöst ist, in dem die Kupfercarbonsäure gelöst sein kann, und mit der Lösung des Phenolharzes oder der verdünnten Lösung des Glycerins oder des Glycerinderivats kompatibel ist. Denaturiertes Phenolharz kann für das Phenolharz eingesetzt werden.
Wenigstens eines von Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 1-Butanol, Ethylenglycol oder Glycerin kann als Alkohol zum Lösen des Phenolharzes eingesetzt werden, das als Bindemittel dient. Aceton kann als Keton zum Lösen des Phenolharzes verwendet werden, welches als Bindemittel dient. Es ist bevorzugt, dass diese organischen Lösungsmittel das Phenolharz lösen können und gleichzeitig die Kupfercarbonsäure selber lösen können.
Die in den Beispielen 1 bis 6 angegebene Kupfercarbonsäure weist bezogen auf andere Lösungsmittel, welche nicht zur Erzeugung solch einer Kupfercarbonsäure verwendet werden, eine geringe Löslichkeit auf. Somit kann wenigstens eines von Methanol, 1-Butanol oder 1-Propanol als organisches Lösungsmittel zum Lösen der Kupfercarbonsäure und des Phenolharzes eingesetzt werden.
Darüber hinaus wird die Kupfercarbonsäurelösung auf die Oberfläche des Graphitteilchens als Überzugsfilm aufgebracht, und ein aus solchen Graphitteilchen, welche die Überzugsfilme einschließen, geformter Formkörper wird in einer Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt. An diesem Punkt wird die Kupfercarbonsäurelösung thermisch in Kohlendioxid, Wasser und Kupfer zersetzt, dann werden das Kohlendioxid und das Wasser an die Luft verdampft und im Ergebnis wird nur Kupfer ausgefällt. Dann wird das ausgefällte Kupferteilchen oxidiert, so dass es zu Kupferoxid wird, und auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden. Darüber hinaus werden die Mikroteilchen aus dem Kupferoxid zu Kupfermikroteilchen, indem der geformte Körper in einer deoxidierenden Atmosphäre erhitzt wird. Es ist bevorzugt, dass die Dichte der abgeschiedenen Kupfermikroteilchen hoch ist, damit alle benachbarten Kupfermikroteilchen einen elektrischen Kontakt ausbilden können, und der kontinuierliche elektrisch leitfähige Pfad kann ausgebildet werden, indem die Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens in Kontakt gebracht werden. Somit ist es bevorzugt, dass die Löslichkeit der Kupfercarbonsäurelösung groß ist.
Somit wird eine Kupfercarbonsäurelösung hergestellt, indem Kupfercarbonsäure in einem organischen Lösungsmittel wie etwa Methanol oder 1-Butanol gelöst wird. Die Beispiele 7 bis 15 in Tabelle 7 geben organische Lösungsmittel an, in denen Kupfercarbonsäure gelöst ist. Wie in Tabelle 7 gezeigt ist, zeigen die Beispiele 7 bis 11 Beispiele für Methanollösungen, in denen ein Metallkomplex mit einer relativ großen Löslichkeit der Kupfercarbonsäure gelöst ist, und die Beispiele 12 bis 15 zeigen Beispiele für 1-Butanollösungen, in denen ein Metallkomplex mit einer relativ großen Löslichkeit der Kupfercarbonsäure gelöst ist.
Die Lösung von denaturiertem Phenolharz schließt eine Lösung eines denaturierten Phenolharzes als Bindemittel ein, welches in Methanol oder 1-Butanol gelöst ist (in Tabelle 8 gezeigt).
Dann wird die vorstehend erwähnte Kupfercarbonsäurelösung mit der vorstehend erwähnten Lösung des denaturierten Phenolharzes (der Bindemittellösung) vermischt. Die Viskosität solch einer gemischten Lösung wird zweckmäßig auf z. B. 10 bis 200 mPa·s eingestellt. Solch eine gemischte Lösung, deren Viskosität eingestellt worden ist, wird durch (Auf)sprühen oder Eintauchen auf eine Oberfläche des Graphitteilchens aufgebracht, so dass ein Überzugsfilm aus der gemischten Lösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet wird. Es ist bevorzugt, die Viskosität der gemischten Lösung im Voraus auf 10 bis 200 mPa·s und insbesondere 80 mPa·s einzustellen, um einen dünnen Überzugsfilm (1 nm) aus der gemischten Lösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens auszubilden. Methanol oder 1-Butanol kann eingesetzt werden, um die Viskosität der gemischten Lösung einzustellen. Alkoholartige Bestandteile in dem Lösungsmittel werden an die Luft abdampfen, bevor das denaturierte Phenolharz karbonisiert wird.
Die Beispiele 17 bis 24 in Tabelle 8 zeigen gemischte Lösungen aus der vorstehend erwähnten Kupfercarbonsäurelösung und der Lösung des denaturierten Phenolharzes (der Bindemittellösung). Die Mischungsverhältnisse in Tabelle 8 geben die Volumenprozentsätze der Kupfercarbonsäurelösung zu der denaturierten Phenolharzlösung an.
Wie vorstehend erwähnt ist der Überzugsfilm aus der gemischten Lösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet. Dann werden die Graphitteilchen verknetet und angesammelt, um einen Formkörper auszubilden. Solch ein Formkörper wird in einer Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt. Darüber hinaus wird der Formkörper in einer deoxidierenden Atmosphäre erhitzt. Auf diese Weise wird das Metallgraphitmaterial hergestellt.
Bezugnehmend auf das in 1 gezeigte Verfahren wird eine Lösung eines Metallkomplexes, bei dem das Hauptelement Kupfer ist, welche zur Erzeugung des Überzugsfilms auf der Oberfläche des Graphitteilchens eingesetzt wird, durch die folgenden Vorgänge hergestellt. Zuerst wird eine Lösung einschließlich einer Kupfercarbonsäure hergestellt, indem eine Lösung einschließlich einer Kupfercarbonsäure mit einer Lösung einschließlich wenigstens eines von Kupferchlorid, Kupfersulfat, Kupfernitrat oder Kupfercarbonat vermischt wird. Zweitens wird eine Kupfercarbonsäure einschließende Lösung hergestellt, indem eine Bindemittellösung einschließlich eines Bindemittels mit einer Lösung vermischt wird, bei der von der Kupfercarbonsäurelösung dissoziierte Kupfercarbonsäure in einem Lösungsmittel gelöst ist. Diese gemischte Lösung wird mittels Eintauchen oder (Auf)sprühen als ein Überzugsfilm auf die Oberfläche des Graphitteilchens aufgebracht.
Die auf die in Tabelle 8 gezeigten Beispiele 17 bis 24 bezogenen Ergebnisse, bei denen die Kupfermikroteilchen durch das vorstehend erwähnte Verfahren erzeugt sind, werden wie folgt erläutert. Die Beispiele 17, 18 und 19 stellen die größte Löslichkeit der in der Methanollösung gelösten Kupfercarbonsäure dar. Das Beispiel 17 setzt Kupferbutansäure als Kupfercarbonsäure ein. Das Beispiel 18 setzt Kupferacrylsäure als Kupfercarbonsäure ein. Das Beispiel 19 setzt Kupferoctansäure als Kupfercarbonsäure ein. Butansäure ist eine gradkettige gesättigte Monocarbonsäure, deren Molekülformel CH₃(CH₂)₂COOH ist. Octansäure ist eine gradkettige gesättigte Monocarbonsäure, deren Molekülformel CH₃(CH₂)₆COOH ist. Acrylsäure ist eine ungesättigte Monocarbonsäure, deren Molekülformel CH₂=CHCOOH ist.
Wenn die Kupferbutansäure oder die Kupferoctansäure in dem Verfahren eingesetzt wird, ist die Größe der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen viel kleiner als die Größe der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, wenn die Kupferacrylsäure in dem Verfahren eingesetzt wird. Wenn die Kupferbutansäure oder die Kupferoctansäure in dem Verfahren eingesetzt wird, ist die Dichte der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen viel höher als die Dichte der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, wenn Kupferacrylsäure in dem Verfahren eingesetzt wird. Wenn die Kupferacrylsäure in dem Verfahren eingesetzt wird, werden vergleichsweise große Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden und darauf verteilt, so dass es schwierig ist, Kupfermikroteilchen mit einer bevorzugten Filmstruktur zu erhalten, wenn die Kupferacrylsäure in dem Verfahren eingesetzt wird, selbst wenn die Löslichkeit der Kupfercarbonsäure in der Methanollösung groß ist. Somit wird in dem Verfahren als Kupfercarbonsäure die Kupferbutansäure oder die Kupferoctansäure bevorzugter eingesetzt als die Kupferacrylsäure. Darüber hinaus ist die Größe des unter Einsatz der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupferteilchens kleiner als die Größe des unter Einsatz der Kupferbutansäure abgeschiedenen Kupferteilchens, und die Dichte der unter Einsatz der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist höher als die Dichte der unter Einsatz der Kupferbutansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen. Somit ist es bevorzugt, die Kupferoctansäure als Kupfercarbonsäure in dem Verfahren einzusetzen.
Die Beispiele 20 und 21 stellen eine vergleichsweise höhere Löslichkeit der Kupfercarbonsäure in der Methanollösung dar. Das Beispiel 20 setzt Kupferdecansäure als Kupfercarbonsäure ein. Das Beispiel 21 setzt Kupferdodecansäure als Kupfercarbonsäure ein. Decansäure ist eine gradkettige gesättigte Monocarbonsäure, deren Molekülformel CH₃(CH₂)₈COOH ist. Dodecansäure ist eine gradkettige gesättigte Monocarbonsäure, deren Molekülformel CH₃(CH₂)₁₀COOH ist. Wenn in dem Verfahren Kupferdecansäure eingesetzt wird, ist die Größe der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen kleiner als die Größe der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, wenn die Kupferdodecansäure in dem Verfahren eingesetzt wird. Wenn die Kupferdecansäure in dem Verfahren eingesetzt wird, ist die Dichte der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen höher als die Dichte der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, wenn die Kupferdodecansäure in dem Verfahren eingesetzt wird. Selbst wenn die Löslichkeit der Kupferdecansäure und der Kupferdodecansäure in Methanol geringer ist als die Löslichkeit der Kupferbutansäure, ist die Größe der aus der Kupferdecansäure und der aus der Kupferdodecansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen kleiner als die Größe der aus der Kupferbutansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und die Dichte der Kupferdecansäure und der Kupferdodecansäure ist höher als die Dichte der Kupferbutansäure. Selbst wenn die aus der Kupferbutansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen verwendet werden, ist der auf der Oberfläche des Graphitteilchens erzeugte Kupferfilm funktionsfähig. Die Größe der aus der Kupferdecansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist kleiner als die Größe der aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und die aus der Kupferdodecansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen sind größer als die aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen. Die Dichte der aus der Kupferdecansäure abgeschiedenen Teilchen ist ähnlich zu der Dichte der aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Teilchen und ist höher als die Dichte der aus der Kupferdodecansäure abgeschiedenen Teilchen.
Wenn die Kupfermikroteilchen aus solcher Kupfercarbonsäure abgeschieden werden, schließt eine unter Berücksichtigung der vorstehenden Ergebnisse bevorzugte Kupfercarbonsäure zur Erzeugung des Films aus den Kupfermikroteilchen in dieser Reihenfolge die Kupferdecansäure, die Kupferoctansäure, die Kupferdodecansäure und die Kupferbctansäure ein. Dieses Ergebnis ist der Länge der gradkettigen Struktur der gesättigten Carbonsäure zuzuschreiben.
Als Nächstes werden die Ergebnisse der Beispiele 22 bis 24, welche eine 1-Butanollösung einsetzen, wie folgt erläutert. Jede der Kupfercarbonsäuren (Kupferoctansäure, Kupferdecansäure und Kupferdodecansäure) basiert auf einer gesättigten Monocarbonsäure mit einer gradkettigen Struktur. In der Reihenfolge der Nummern der Beispiele wird die Löslichkeit der Carbonsäure in 1-Butanol geringer und wird die Molmasse der Carbonsäure größer. In jedem Beispiel ist das Ergebnis ähnlich zu dem entsprechenden Ergebnis bei Verwendung einer Methanollösung. Die Größe der aus der Kupferdecansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist geringfügig kleiner als die Größe der aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und die aus der Kupferdodecansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen sind größer als die aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Kupfermikroteilchen. Die Dichte der aus der Kupferdecansäure abgeschiedenen Teilchen ist ähnlich zu der Dichte der aus der Kupferoctansäure abgeschiedenen Teilchen und höher als die Dichte der aus der Kupferdodecansäure abgeschiedenen Teilchen.
Die obigen Ergebnisse für die in einem unterschiedlichen Lösungsmittel, Methanol und Butanol, gelösten gleichen Kupfercarbonsäuren werden wie folgt verglichen. In dem Beispiel 19 und dem Beispiel 22 wird die Kupferoctansäure als Kupferkomplex eingesetzt, und Methanol wird in Beispiel 19 und 1-Butanol in Beispiel 22 als Lösungsmittel eingesetzt. Die Größe der aus der Methanollösung (Beispiel 19) abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist geringfügig kleiner als die Größe der aus der 1-Butanollösung (Beispiel 22) abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und die Dichte der aus der Methanollösung (Beispiel 19) abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist höher als die Dichte der aus der 1-Butanollösung (Beispiel 22) abgeschiedenen Kupfermikroteilchen. Solch ein Unterschied führt zu einem Unterschied in der Löslichkeit der Kupfercarbonsäuren.
In dem Beispiel 20 und dem Beispiel 23 wird Kupferdecansäure als Kupferkomplex eingesetzt, und Methanol wird in Beispiel 20 und 1-Butanol wird in Beispiel 23 als Lösungsmittel eingesetzt. In Beispiel 21 und in Beispiel 24 wird die Kupferdodecansäure als Kupferkomplex eingesetzt, und Methanol wird in Beispiel 20 und 1-Butanol wird in Beispiel 23 als Lösungsmittel eingesetzt. In jedem Beispiel ist die Dichte der aus der Methanollösung abgeschiedenen Kupfermikroteilchen höher als die Dichte der aus der 1-Butanollösung abgeschiedenen Mikroteilchen, allerdings ist es möglich, wie bei den Ergebnissen der Beispiele für die Kupferoctansäure praktisch verwendbare Kupfermikroteilchen aus den 1-Butanollösungen dieser drei Arten von Kupfercarbonsäuren abzuscheiden.
Als Zusammenfassung der vorstehenden Ergebnisse ist die Größe der in Beispiel 20 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ähnlich zu der Größe der in Beispiel 23 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und beide Größen sind kleiner als in Beispiel 19 und in Beispiel 22. Die Größe der in Beispiel 19 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist ähnlich zu der Größe der in Beispiel 22 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen. Die Größe der in Beispiel 21 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen ist ähnlich zu der Größe der in Beispiel 24 abgeschiedenen Kupfermikroteilchen, und beide Größen sind größer als in Beispiel 19 und in Beispiel 22. Die Dichte in Beispiel 20 ist ähnlich zu der Dichte in Beispiel 19, und beide sind höher als in Beispiel 23 und in Beispiel 22. Die Dichte in Beispiel 23 ist ähnlich zu der Dichte in Beispiel 22, und beide sind höher als in Beispiel 21 und in Beispiel 24. Die Dichte in Beispiel 21 ist ähnlich zu der Dichte in Beispiel 24.
Somit sind eine bevorzugte Kupfercarbonsäure zum Abscheiden von Clustern aus den Kupfermikroteilchen, die bei hoher Dichte so klein wie möglich sind, in dieser Reihenfolge Kupferdecansäure, Kupferoctansäure und Kupferdodecansäure. Unter Verwendung solcher Kupfercarbonsäurelösungen werden Kupfermikroteilchen von 5 bis 120 nm, 10 bis 100 nm und durchschnittlich 10 bis 50 nm auf der Oberfläche des Graphitteilchens in hoher Dichte abgeschieden, so dass benachbarte Kupfermikroteilchen miteinander in Kontakt stehen.
Um die auf die Bürste ausgeübte Stromdichte zu verändern, kann das abgeschiedene Volumen des Kupfers einschließlich der Kupfermikroteilchen verändert werden. Um das abgeschiedene Volumen des Kupfers zu vergrößern, kann die Stromdichte vergrößert werden. Um das abgeschiedene Volumen des Kupfers zu vergrößern, kann das Mischungsverhältnis der Kupfercarbonsäurelösung bezogen auf die Lösung des Phenolharzes vergrößert werden und gleichzeitig kann die auf die natürlichen bzw. ursprünglichen Graphitteilchen aufgebrachte Lösungsmenge vergrößert werden.
Als Nächstes wird dann der Form- und Kalzinierungsvorgang für die Graphitteilchen, bei denen die Überzugsfilme ausgebildet sind, wie folgt erläutert. Speziell werden die Graphitteilchen einschließlich der erzeugten Überzugsfilme verknetet. Dann wird eine durch Akkumulation der Kupfermikroteilchen erzeugte Ansammlung der Graphitteilchen durch eine Pressformvorrichtung zu einer bestimmten Gestalt gepresst. Auf diese Weise wird der Formkörper erzeugt. Um das ursprüngliche Modell der Bürste für den Motor zu formen, wird speziell die Ansammlung der Graphitteilchen in einen boxförmigen Behälter gefüllt, und ein festgelegter Druck wird auf den Behälter ausgeübt. Auf diese Weise wird ein formgepresster Körper aus den Graphitteilchen mit Quadergestalt erzeugt. Dann wird solch ein geformter Körper in dem Kalzinierungsvorgang in einer Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt. An diesem Punkt wird ein Kupferatom, welches die Kupfercarbonsäure bildet, die ein Bestandteil des auf der Oberfläche des Graphitteilchens erzeugten Überzugsfilms ist, auf der Oberfläche des Graphitteilchens durch die Kalzinierung aus den Mikroteilchen aus Kupferoxid erzeugt. Andererseits wird das denaturierte Phenolharz, welches als Bindemittel fungiert, welches das andere Element des auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildeten Überzugsfilms bildet, kalziniert, und einige Kohlenstoffatome, welche mit dem Sauerstoff zu Kohlendioxid reagieren, verdampfen an die Luft, und die anderen Kohlenstoffatome werden als festes Material aus nicht kristalloidem Kohlenstoff abgeschieden.
Wenn an diesem Punkt die Menge des nicht kristalloiden Kohlenstoffs, der aus dem Kohlenstoffatom, welches die Kupfercarbonsäure bildet, und dem denaturierten Phenolharz erzeugt wird, größer als die Menge des Kupferoxids ist, welche aus dem Kupferatom der Kupfercarbonsäure erzeugt wird, kann durch den nicht kristalloiden Kohlenstoff eine neue Widerstandsschicht ausgebildet werden, da der Widerstand des nicht kristalloiden Kohlenstoffs höher als der Widerstand des Graphitteilchens ist, und der elektrische Widerstand der gesamten Bürste wird zunehmen. Daher ist solche eine Ausgestaltung nicht bevorzugt. Zusätzlich kann dies verhindern, dass sich das Elektron, welches induziert wird, wenn ein hohes elektrisches Feld an die Bürste angelegt wird, von dem Graphitteilchen zu dem Cluster aus den Kupfermikroteilchen bewegt, welcher auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet ist. Um den elektrischen Widerstand auf der Oberflächenschicht des Graphitteilchens zu verringern, ist es bevorzugt, dass das Volumenverhältnis der Elemente in dem durch die Kalzinierung abgeschiedenen festen Körpers das folgende ist: Das Volumen des Kupferoxidteilchens ist gleich zu oder größer als 50% des Gesamtvolumens, und das Volumen des nicht kristalloiden Kohlenstoffs ist gleich zu oder kleiner als 50% des Gesamtvolumens, und speziell ist das Volumen des Kupferoxidteilchens gleich zu oder größer als 90% des Gesamtvolumens und ist das Volumen des nicht kristalloiden Kohlenstoffs gleich zu oder kleiner als 10% des Gesamtvolumens. Es ist bevorzugt, dass das Kohlenstoffatom, welches die Kupfercarbonsäure bildet, und das Kohlenstoffatom, welches das Phenolharz bildet, zu Kohlendioxid werden, welches verdampft. Solche Produkte werden in einer Atmosphäre als der Kalzinierungsatmosphäre erhalten, die Sauerstoff einschließt, wie etwa in einer atmosphärischen Umgebung. Zusätzlich ist es bevorzugt, das denaturierte Phenolharz als Phenolharz einzusetzen, da solch ein Produkt bei relativ niedriger Temperatur thermisch zersetzt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass alle Wasserstoffatome des Phenolharzes und alle Wasserstoffatome der Kupfercarbonsäure mit Sauerstoff reagieren und zu Wasser werden, welches schließlich an die Luft abdampft. Daher wird der Formkörper in der Atmosphäre kalziniert, welche Sauerstoffe einschließt, wie etwa einer atmosphärischen Umgebung. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Sauerstoffatom der Kupfercarbonsäure zum Oxidieren der Kupferkomponenten der Kupfermikroteilchen eingesetzt wird, welche aus dem Kupferatom der Kupfercarbonsäure abgeschieden sind, um das Kupferoxid auszubilden. Daher wird der Formkörper in der Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt, wie etwa in der atmosphärischen Umgebung.
Als Nächstes wird die Kalzinierungstemperatur detailliert erläutert. Wenn die Kupfercarbonsäure in der Atmosphäre, die Sauerstoff einschließt, wie etwa der atmosphärischen Umgebung, kalziniert wird, variiert im Allgemeinen die Größe des abgeschiedenen Kupferoxids leicht in Abhängigkeit von der Kalzinierungstemperatur. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, einen leitfähigen membranartigen Pfad aus den Kupfermikroteilchen für die Ladung auf der Oberfläche des Graphitteilchens auszubilden, indem die Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens so abgeschieden und akkumuliert werden, dass sie mit großer Häufigkeit in Kontakt miteinander stehen, so dass es bevorzugt ist, dass die Mikroteilchen aus dem Kupferoxid, welche klein sind, mit hoher Dichte auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden werden. Um die Mikroteilchen aus Kupferoxid mit einer hohen Dichte abzuscheiden, ist es bevorzugt, dass die Kalzinierungstemperatur gleich zu oder kleiner als 500°C ist, speziell mehr als 300°C beträgt und gleich zu oder größer als 400°C ist. Die Kalzinierungsdauer, welche von der Größe des Formkörpers oder der Kalzinierungstemperatur abhängt, kann von 20 Minuten bis 4 Stunden und speziell von 30 Minuten bis 1 Stunde betragen. Nach der Kalzinierung wird der Formkörper einschließlich der Mikroteilchen aus Kupferoxid in der deoxidierenden Atmosphäre erhitzt, um das Kupferoxid in den Kupfermikroteilchen zu deoxidieren. Die deoxidierende Atmosphäre kann eine Wasserstoff einschließende Atmosphäre sein, welche z. B. gleich zu oder mehr als 50 Volk Stickstoffgas und gleich zu oder weniger als 50 Volk Wasserstoffgas und speziell von 90 bis 95 Volk Stickstoffgas und von 5 bis 10 Volk Wasserstoffgas einschließt. Die Temperatur beim Deoxidieren kann kleiner als die vorstehend erwähnte Kalzinierungstemperatur sein und beträgt von 150 bis 500°C, speziell von 200 bis 300°C und noch spezieller um 250°C herum. Die Deoxidierungsdauer kann kürzer als die Kalzinierungsdauer sein und beträgt von 10 Minuten bis 2 Stunden und speziell von 20 Minuten bis 30 Minuten.
Wie es in 1 gezeigt ist, wird ein denaturiertes Phenolharz als Bindemittel eingesetzt, um den Überzugsfilm auf dem Graphitteilchen zu fixieren, allerdings können Glycerin oder ein Glycerinderivat, speziell Diglycerin, als Bindemittel eingesetzt werden, wie es in 2 gezeigt ist. Als Nächstes wird der Kalzinierungsvorgang wie folgt erläutert, wenn der Überzugsfilm auf der Oberfläche des Graphitteilchens durch die gemischte Lösung aus der Methanollösung der Kupfercarbonsäure und der mit Methanol verdünnten Lösung des Glycerins oder des Diglycerins gebildet ist. Das von der Kupfercarbonsäure als einem Bestandteil des auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildeten Überzugsfilms umfasste Kupferatom wird mit dem Sauerstoffatom der Carbonsäure umgesetzt und als Mikroteilchen aus Kupferoxid abgeschieden. Das von der Kupfercarbonsäure umfasste Wasserstoffatom und Sauerstoffatom reagieren miteinander, so dass Wasser erzeugt wird, und dann verdampft das Wasser an die Luft. Des Weiteren reagiert das Kohlenstoffatom mit dem Sauerstoffatom, so dass Kohlendioxid gebildet wird. Dann verdampft das Kohlendioxid an die Luft, und einige Kohlenstoffatome werden als fester Körper aus nicht kristalloidem Kohlenstoff abgeschieden. Zusätzlich verdampfen das Methanol und das Glycerin, welches Lösungsmittel zur Herstellung der Lösungen sind, an die Luft, wenn sie kalziniert werden. Die thermische Zersetzung des Glycerins beginnt bei etwa 150°C, und es wird dann bei 250°C perfekt in CO₂ und H₂O zersetzt. Die thermische Zersetzung des Diglycerins beginnt bei etwa 250°C, und es wird dann bei 320°C perfekt in CO₂ und H₂O zersetzt. Wenn die Menge des aus dem Kohlenstoffatom der Kupfercarbonsäure erzeugten nicht kristalloiden Kohlenstoffs größer als die Menge des aus dem Kupferatom der Kupfercarbonsäure erzeugten Kupferoxids des nicht kristalloiden Kohlenstoffs ist, wird durch den nicht kristalloiden Kohlenstoff eine weitere Widerstandsschicht ausgebildet, da der Widerstand des nicht kristalloiden Kohlenstoffs größer als der Widerstand des Graphitteilchens ist, und im Ergebnis nimmt der elektrische Widerstand der gesamten Bürste zu. Solch ein Phänomen ist nicht bevorzugt. Wenn das Glycerin das Glycerinderivat ist, welches als Bindemittel eingesetzt wird, wird der nicht kristalloide Kohlenstoff auf nicht praktische Weise kalziniert, anders als in dem vorstehend erwähnten Fall, der sich auf das Karbonisieren des denaturierten Phenolharzes bezieht. Somit kann die Dichte der auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen erhöht werden. Wenn Glycerin als Bindemittel eingesetzt wird, kann der Formkörper in einer Wasserstoff einschließenden Atmosphäre nach dem Kalzinierungsvorgang deoxidiert werden. Die Wasserstoff einschließende Atmosphäre kann eine deoxidierende Atmosphäre sein, die gleich zu oder mehr als 50 Volk Stickstoffgas und gleich zu oder weniger als 50 Vol% Wasserstoffgas und speziell gleich zu oder mehr als 92 Volk Stickstoffgas und gleich zu oder weniger als 8 Volk Wasserstoffgas enthält. Dann wird die Lösung des denaturierten Phenolharzes auf das Graphitteilchen aufgebracht.
Wenn Glycerin als Bindemittel eingesetzt wird, kann die Kalzinierungstemperatur gleich zu oder weniger als 500°C betragen, insbesondere gleich zu oder mehr als 300°C und gleich zu oder weniger als 400°C. Die Kalzinierungsdauer kann in Abhängigkeit von der Kalzinierungstemperatur variieren. Die Dauer kann 10 bis 40 Minuten und speziell 20 Minuten bis 1 Stunde betragen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche der Graphitteilchen wie vorstehend beschrieben mit hoher Dichte abgeschieden. Dann sind Cluster aus kontinuierlichen Teilchen, welche den leitfähigen Pfad aus den Kupfermikroteilchen umfassen, auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet. Im Ergebnis bewegt sich eine Ladung entlang eines beliebigen Pfades auf der Oberfläche der Kupfermikroteilchen des Graphitteilchens, und dann wird die Ladung von einem beliebigen Punkt aus emittiert. Somit bewegt sich eine induzierte Ladung auf dem Pfad aus den kontinuierlichen Kupferteilchen, und dann wird eine unzählige Anzahl an Entladungskernen ausgebildet, an denen die Ladung entladen bzw. emittiert wird. Im Ergebnis können Schädigungen aufgrund einer Funkenentladung gemindert werden und gleichzeitig kann das Niveau der Störung bzw. des Rauschens bei der Entladung vermindert werden.
(Ausführungsform)
Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden wie folgt erläutert. Zuerst wird eine Ausführungsform zur Erzeugung der Kupfercarbonsäure erläutert, speziell wird eine Ausführungsform erläutert, um die Kupfercarbonsäure unter Einsatz der Methanollösung mit hoher Löslichkeit gegenüber der Alkoholgruppe zu erzeugen. Es ist bevorzugt, eine Kupfercarbonsäure einer höheren Löslichkeit zum Abscheiden des Kupferoxidteilchens oder des Kupferteilchens durch Hitzebehandlung mit hoher Dichte einzusetzen.
In einer Ausführungsform 1 wird Butansäure als Carbonsäure eingesetzt. Eine Methanollösung der Butansäure wird wie folgt zubereitet. Zuerst werden 1000 g Butansäure bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen, und dann wird die Säure in einem Behälter vermischt, in dem die 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit einem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung der Butansäure (Kupfercarbonsäure) mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit zubereitet.
Als Nächstes wird eine Methanollösung von Kupferchlorid wie folgt zubereitet. Zuerst werden 20 g Kupferchlorid bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen, und dann wird das Kupferchlorid in einem Behälter vermischt, in dem 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit dem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung des Kupferchlorids mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit zubereitet.
Schließlich werden die Methanollösung der Butansäure und die Methanollösung des Kupferchlorids vermischt, um die Kupferbutansäure zu erzeugen. Die Methanollösung der Butansäure und die Methanollösung des Kupferchlorids sind so ausgewogen, dass das Molverhältnis von Butansäure zu Kupferchlorid 2:1 beträgt. Diese Lösungen werden in dem Behälter vermischt, um die Kupferbutansäure (die Kupfercarbonsäure) zu erzeugen.
In einer Ausführungsform 2 wird Acrylsäure als Carbonsäure eingesetzt. Eine Methanollösung der Acrylsäure wird wie folgt hergestellt. Zuerst werden 1000 g Acrylsäure bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen, und dann wird die Säure in einem Behälter vermischt, in dem 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit dem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung der Acrylsäure (Kupfercarbonsäure) mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit hergestellt.
Als Nächstes wird eine Methanollösung des Kupferchlorids gleich zur Ausführungsform 1 zubereitet. Zuerst werden 20 g Kupferchlorid bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen, und dann wird das Kupferchlorid in einem Behälter vermischt, in dem 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit dem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung des Kupfer(II)chlorids mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit zubereitet.
Schließlich werden die Methanollösung der Acrylsäure und die Methanollösung des Kupfer(II)chlorids vermischt, um die Kupferacrylsäure zu erzeugen. Die Methanollösung der Acrylsäure und die Methanollösung des Kupfer(II)chlorids sind so ausgewogen, dass das Molverhältnis von Acrylsäure zu Kupfer(II)chlorid 2:1 beträgt. Diese Lösungen werden in dem Behälter vermischt, um die Kupferacrylsäure (die Kupfercarbonsäure) zu erzeugen.
In einer Ausführungsform 3 wird Octansäure als Carbonsäure eingesetzt. Eine Methanollösung der Octansäure wird wie folgt zubereitet. Zuerst werden 500 g Octansäure bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen und dann wird die Säure in einem Behälter vermischt, in dem 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit dem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung der Octansäure (Kupfercarbonsäure) mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit zubereitet.
Als Nächstes wird eine Methanollösung des Kupferchlorids wie folgt zubereitet. Zuerst werden 20 g Kupferchlorid bezogen auf 100 g Methanol ausgewogen, und dann wird das Kupferchlorid in einem Behälter vermischt, in dem 100 g Methanol bei 20°C eingefüllt sind und mit dem Magnetrührer gerührt werden. Somit wird die Methanollösung des Kupferchlorids mit der vorstehend erwähnten Löslichkeit zubereitet.
Schließlich werden die Methanollösung der Octansäure und die Methanollösung des Kupferchlorids vermischt, um die Kupferoctansäure zu erzeugen. Die Methanollösung der Kupferoctansäure und die Methanollösung des Kupferchlorids werden so ausgewogen, dass das Molverhältnis von Octansäure zu Kupferchlorid 2:1 beträgt. Diese Lösungen werden in dem Behälter vermischt, um die Kupferoctansäure (die Kupfercarbonsäure) zu erzeugen.
In jeder Ausführungsform reagiert das Kupferchlorid mit der Carbonsäure, so dass Salzsäure und die Kupfercarbonsäure erzeugt werden, und die Kupfercarbonsäure wird aus der Methanollösung der Kupfercarbonsäure extrahiert. Die Kupfercarbonsäure wird so ausgewogen, dass das Gewichtsverhältnis von Kupfercarbonsäure zu Methanol 1:1 beträgt, und die Kupfercarbonsäure wird in dem Methanol als organischem Lösungsmittel gelöst. So wird die Methanollösung der Kupfercarbonsäure zubereitet.
Dann werden zwei Verfahren zur Ausbildung des Überzugsfilms aus der Kupfercarbonsäurelösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens wie folgt erläutert. In einem Verfahren wird eine Lösung des denaturierten Phenolharzes als Bindemittel eingesetzt. In dem anderen Verfahren wird ein organisches Allzwecklösungsmittel (z. B. Glycerin) mit einer festgelegten Viskosität eingesetzt, so dass es nur als Bindemittel fungiert, welches beim Kalzinieren keinen Kohlenstoff erzeugt.
Zuerst wird in einer Ausführungsform die Lösung des denaturierten Phenolharzes (die Bindemittellösung) als Bindemittel eingesetzt. Der Grund dafür, warum das denaturierte Phenolharz eingesetzt wird, ist der folgende. Das denaturierte Phenolharz wird als ein in einem späteren Kalzinierungsvorgang zu karbonisierendes Bindemittel eingesetzt, da verglichen mit dem aus nativem Phenolharz erzeugten Kohlenstoffrückstand ein geringerer Kohlenstoffrückstand (nicht kristalloider Kohlenstoff) erzeugt wird. Speziell hat das denaturierte Phenolharz die Neigung, thermisch zersetzt zu werden, in einem beliebigen Verhältnis in Methanol gelöst zu werden und den Prozentsatz der Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens zu erhöhen. Ein Melamin denaturiertes Phenolharz wird für das denaturierte Phenolharz eingesetzt.
Es ist bevorzugt, die Methanollösung für das Lösungsmittel des denaturierten Phenolharzes einzusetzen, da die Methanollösung die Eigenschaft aufweist, dass sie mit der Kupfercarbonsäurelösung kompatibel ist. Melamindenaturierte Phenolharzpulver werden in der Ausführungsform eingesetzt. Das Melamin-denaturierte Phenolharzpulver wird in dem Methanol zu einer Viskosität von 10 Centipoise bei Raumtemperatur gelöst, und dann wird die Methanollösung (Bindemittellösung) des denaturierten Phenolharzes zubereitet, die 30 Gew.-% nicht flüchtige Substanz einschließt.
Dann wird die Methanollösung der Kupfercarbonsäure mit der Lösung des denaturierten Phenolharzes (der Bindemittellösung) vermischt. In diesem Fall wird die Kupferbutansäurelösung gemäß der Ausführungsform 1 mit der Lösung des denaturierten Phenolharzes (der Bindemittellösung) in einem Volumenverhältnis von 10:1 vermischt, wobei 1 den Anteil der Lösung des denaturierten Phenolharzes bezeichnet. Die Kupferacrylsäurelösung gemäß der Ausführungsform 2 wird ebenfalls mit der Lösung des denaturierten Phenolharzes (der Bindemittellösung) in einem Volumenverhältnis von 10:1 vermischt, wobei 1 den Anteil der Lösung des denaturierten Phenolharzes bezeichnet. Der Prozentsatz der Methanollösung der Kupfercarbonsäure wird erhöht und der Prozentsatz der Methanollösung der Kupfercarbonsäure wird verringert, um eine Erzeugung von überschüssigem nicht kristalloiden Kohlenstoff in dem folgenden Kalzinierungsvorgang zu verhindern.
Bei solch einer Ausgestaltung werden die Graphitteilchen in die gemischte Lösung mit dem vorstehend erwähnten Verhältnis von 10:1 eingetaucht, und ein dünner Überzugsfilm (ungefähr 1 μm) aus der gemischten Lösung wird auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet. Das denaturierte Phenolharz fungiert als Bindemittel zum Fixieren des Überzugsfilms auf der Oberfläche des Graphitteilchens. In der Ausführungsform 3 ist die Kupferoctansäurelösung mit der Methanollösung des denaturierten Phenolharzes in einem Volumenverhältnis von 5:1 vermischt, wobei 1 die Methanollösung des denaturierten Phenolharzes bezeichnet.
Bei solch einer Ausgestaltung wird das Graphitteilchen in die gemischte Lösung aus der Kupfercarbonsäurelösung und der Methanollösung des denaturierten Phenolharzes eingetaucht, und ein dünner Überzugsfilm (ungefähr 1 μm) aus der gemischten Lösung wird auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet.
Glycerin, ein dreiwertiger Alkohol, kann als Bindemittel des vorstehend erwähnten organischen Vielzwecklösungsmittels mit einer moderaten Viskosität verwendet werden. Glycerin kann als Bindemittel fungieren, um den Überzugsfilm der Kupfercarbonsäure auf der Oberfläche des Graphitteilchens auszubilden. Glycerin wird bei 250°C thermisch zersetzt und verdampft vollständig an die Luft. Glycerin, dessen Viskosität bei 20°C 1500 Centipoise beträgt, wird bei 20°C mit Methanol auf 10 Centipoise verdünnt.
Dann werden die Lösung der in dem Methanol gelösten Kupfercarbonsäure und die verdünnte Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins vermischt. In diesem Fall wird die Kupferbutansäurelösung gemäß der Ausführungsform 1 mit der verdünnten Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins in einem Volumenverhältnis von 5:1 vermischt, wobei 1 den Anteil der verdünnten Lösung des Glycerins bezeichnet. Die Kupferacrylsäurelösung gemäß der Ausführungsform 2 wird ebenfalls mit der verdünnten Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins in einem Volumenverhältnis von 5:1 vermischt, wobei 1 den Anteil der verdünnten Lösung des Glycerins bezeichnet. Wenn die Graphitteilchen in solche gemischten Lösungen eingetaucht werden, wird der Überzugsfilm aus der gemischten Lösung auf der Oberfläche des Graphitteilchens bevorzugt in einer notwendigen Dicke (ungefähr 1 μm) ausgebildet. In der Ausführungsform 3 ist die Kupferoctansäurelösung mit der verdünnten Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins in einem Volumenverhältnis von 2,5:1 vermischt, wobei 1 die verdünnte Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins bezeichnet.
Bei solch einer Ausgestaltung werden die Graphitteilchen in die gemischte Lösung aus der Kupfercarbonsäurelösung und der verdünnten Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins eingetaucht, und der notwendig dünne Überzugsfilm (ungefähr 1 μm) wird auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet.
Als Nächstes werden die Graphitteilchen einschließlich der ausgebildeten Überzugsfilme verknetet, dann wird eine Ansammlung der Graphitteilchen in einen Behälter mit einer boxförmigen Gestalt gefüllt und dann wird ein festgelegter Druck (100 Pa) auf den Behälter ausgeübt, um einen pressgeformten Körper aus den Graphitteilchen mit quaderförmiger Gestalt herzustellen.
Dann wird solch ein pressgeformter Körper in einer Atmosphäre kalziniert, die Sauerstoff einschließt. Ein durch den Kalzinierungsvorgang erzeugtes bevorzugtes Produkt wird zuerst erläutert, und dann wird die Kalzinierungsbedingung erläutert, um solch ein bevorzugtes Produkt zu erzeugen. Zuerst wird das Produkt erzeugt, welches durch Kalzinieren des geformten Körpers einschließlich der Graphitteilchen mit den Überzugsfilmen aus der Lösung erzeugt wird, bei der die Lösung der in dem Methanol gelösten Kupfercarbonsäure mit der Lösung des in dem Methanol gelösten denaturierten Phenolharzes vermischt ist. Das Kupferatom wird von der Kupfercarbonsäure freigesetzt, wenn die Kupfercarbonsäure kalziniert wird, und dann wird das Kupferatom in Form eines Kupfermoleküls als Mikroteilchen aus Kupferoxid auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden. Dann reagiert das Wasserstoffatom der Kupfercarbonsäure mit dem Sauerstoffatom der Kupfercarbonsäure zu Wasser, wenn der geformte Körper kalziniert wird, und dann verdampft das Wasser an die Luft. Darüber hinaus wird das Kohlenstoffatom zu Kohlenstoff und verdampft an die Luft, wenn der geformte Körper kalziniert wird.
Wenn das denaturierte Phenolharz, welches ein weiterer Bestandteil des auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildeten Überzugsfilms ist, kalziniert wird und einige Kohlenstoffatome als festes Material aus nicht kristalloidem Kohlenstoff abgeschieden werden, werden die anderen Kohlenstoffatome zu Kohlendioxid und verdampfen. Zusätzlich reagiert das Wasserstoffatom mit dem Sauerstoffatom aufgrund des Kalzinierens zu Wasser und das Wasser verdampft dann an die Luft. Des Weiteren verdampft das Methanol einer jeden Lösung an die Luft, wenn der geformte Körper kalziniert wird.
Wenn die aus dem Kohlenstoffatom der Kupfercarbonsäure und dem denaturierten Phenolharz erzeugte Menge an nicht kristalloidem Kohlenstoff größer als die aus dem Kupferatom der Kupfercarbonsäure erzeugte Menge an Kupferoxid ist, wird der Leitungspfad aus kontinuierlichen Kupferteilchen durch zwischen die Cluster aus den Kupferteilchen eingeschobenen Kohlenstoff unterbrochen, und der Widerstand der gesamten Bürste nimmt zu, da eine neue Widerstandsschicht aus dem nicht kristalloiden Kohlenstoff ausgebildet wird, aufgrund dessen, dass der Widerstand des nicht kristalloiden Kohlenstoffs größer als der Widerstand des Graphitteilchens ist. Solch eine Ausgestaltung ist nicht bevorzugt. Es ist bevorzugt, dass der Volumenprozentsatz des Kupferoxidteilchens gleich zu oder mehr als 90% bezogen auf das gesamte ausgefällte Material beträgt, und dass der Volumenprozentsatz des nicht kristalloiden Kohlenstoffs gleich zu oder weniger als 10% bezogen auf das gesamte abgeschiedene feste Material beträgt.
Die Kupfercarbonsäure kann bei 150°C leicht thermisch zersetzt werden. Es ist bevorzugt, dass viele der Kohlenstoffatome des denaturierten Phenolharzes zu Kohlendioxid werden und an die Luft verdampfen. Um solche Produkte zu erhalten, sollte der geformte Körper in einer atmosphärischen Umgebung kalziniert werden. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass alle Wasserstoffatome der Kupfercarbonsäure und alle Wasserstoffatome des denaturierten Phenolharzes mit Sauerstoff zu Wasser reagieren und dann das Wasser an die Luft abdampft. Daher sollte der geformte Körper wie vorstehend erwähnt in der atmosphärischen Umgebung kalziniert werden. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das Sauerstoffatom der Kupfercarbonsäure zum Oxidieren des Kupferatoms der Kupfercarbonsäure eingesetzt wird, welches als Kupferteilchen abgeschieden ist, um das Kupferoxid auszubilden. Daher sollte der geformte Körper wie vorstehend erwähnt in der atmosphärischen Umgebung kalziniert werden.
Als Nächstes wird die Temperatur des Kalzinierens wie folgt erläutert. Wenn die Kupfercarbonsäure in der atmosphärischen Umgebung kalziniert wird, wächst das abgeschiedene Kupferteilchen bei der Kalzinierungstemperatur an, so dass sich die Größe des Kupferoxidteilchens verändert. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschiedenen Kupfermikroteilchen elektrisch miteinander wenigstens in einem Abschnitt von ihnen verbunden.
Somit ist der ladungsleitende Pfad aus den Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet. Dabei ist es bevorzugt, dass die kleinen Kupferoxidmikroteilchen mit hoher Dichte abgeschieden sind. Daher ist die Kalzinierungstemperatur zwischen gleich oder mehr als 300°C und gleich oder weniger als 500°C eingestellt, und insbesondere ist die Kalzinierungstemperatur bei 450°C eingestellt. Die Kalzinierungsdauer beträgt zwei Stunden. Wie vorstehend erwähnt wird, nachdem der geformte Körper in der atmosphärischen Umgebung kalziniert worden ist, der geformte Körper in einer Atmosphäre erhitzt, in der die Kupferoxidmikroteilchen des geformten Körpers deoxidiert werden, und dann werden die Kupferoxidmikroteilchen des geformten Körper zu Kupfermikroteilchen deoxidiert. Durch solch einen Vorgang können Cluster aus den Kupfermikroteilchen von 10 bis 50 nm auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden werden, die Dichte der abgeschiedenen Kupfermikroteilchen kann erhöht werden und die Kontaktfähigkeit aller Kupfermikroteilchen kann vergrößert werden, und im Ergebnis kann ein bevorzugter kontinuierlicher ladungsleitender Pfad ausgebildet werden. Die deoxidierende Atmosphäre schließt 95 Volk Stickstoffgas und 5 Volk Wasserstoffgas ein. Die Temperatur beim Deoxidieren kann niedriger als die vorstehend erwähnte Kalzinierungstemperatur liegen. In den Ausführungsformen ist die Temperatur beim Deoxidieren auf 300°C eingestellt. Die Dauer des Deoxidierens kann kürzer als die vorstehend erwähnte Kalzinierungsdauer sein. In den Ausführungsformen beträgt die Dauer des Deoxidierens eine Stunde.
Wie vorstehend erwähnt wird in der Ausführungsform, bei der der Überzugsfilm auf dem Graphitteilchen ausgebildet wird, indem die gemischte Lösung aus der Lösung der in Methanol gelösten Kupfercarbonsäure und der Lösung des in Methanol gelösten denaturierten Phenolharzes eingesetzt wird, der geformte Körper zwischen gleich zu oder mehr als 300°C und gleich zu oder weniger als 500°C kalziniert, wird er in der deoxidierenden Atmosphäre deoxidiert, welche Wasserstoffgas einschließt, werden die vielzähligen Cluster aus den Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden und stehen die Cluster miteinander im elektrischen Kontakt. Auf diese Weise wird der ladungsleitende Pfad aus den Kupfermikroteilchen ausgebildet.
Als Nächstes wird die Ausführungsform, bei der der Überzugsfilm aus der gemischten Lösung aus der Lösung der in Methanol gelösten Kupfercarbonsäure und der Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet ist, weitergehend im Detail erläutert. Das Kupferatom der Kupfercarbonsäure als einem Bestandteil des auf der Oberfläche des Graphitteilchens erzeugten Überzugsfilms reagiert mit dem Sauerstoffatom der Carbonsäure, so dass Kupferoxidmikroteilchen abgeschieden werden, wenn der geformte Körper kalziniert wird. Das Wasserstoffatom der Kupfercarbonsäure reagiert mit dem Sauerstoffatom der Kupfercarbonsäure zu Wasser und das Wasser verdampft an die Luft. Des Weiteren reagiert das Kohlenstoffatom mit dem Sauerstoffatom zu Kohlendioxid, wenn der geformte Körper kalziniert wird, und das Kohlendioxid verdampft dann an die Luft und einige Kohlenstoffatome werden zu nicht kristalloidem Kohlenstoff. Zusätzlich zersetzen sich Methanol und das Glycerin als Lösungsmittel zu CO₂ und H₂O, wenn der geformte Körper kalziniert wird, und das CO₂ und das H₂O verdampfen an die Luft. Wenn die Menge des aus dem Kohlenstoffatom der Kupfercarbonsäure erzeugten nicht kristalloiden Kohlenstoffs größer ist als die Menge des aus dem Kupferatom der Kupfercarbonsäure erzeugten Kupferoxids, wird der Leitungspfad aus den kontinuierlichen Kupferteilchen durch das zwischen die Cluster aus den Kupferteilchen eingeschobene nicht kristalloide Kohlenstoffteilchen unterbrochen, und der Widerstand der gesamten Bürste wird erhöht, da eine neue elektrische Widerstandsschicht aus dem nicht kristalloiden Kohlenstoff ausgebildet wird, da der Widerstand des nicht kristalloiden Kohlenstoffs höher ist als der Widerstand des Graphitteilchens. Solch eine Ausgestaltung ist nicht bevorzugt. Wenn das Glycerin als Bindemittel eingesetzt wird, ist die Menge des abgeschiedenen nicht kristalloiden Kohlenstoffs klein, da das Glycerin nur als ein Bindemittel fungiert, im Gegensatz zu dem Fall, bei dem das denaturierte Phenolharz als Bindemittel eingesetzt wird, welches karbonisiert wird. Wenn das Glycerin als Bindemittel eingesetzt wird, um den Überzugsfilm aus der Lösung des in dem Methanol gelösten denaturierten Phenolharzes auszubilden, nachdem der Überzugsfilm aus der Kupfercarbonsäurelösung und dem mit Methanol verdünnten Glycerin auf der Oberfläche des Graphitteilchens ausgebildet wurde, wird der geformte Körper daher in einer deoxidierenden Atmosphäre kalziniert, welche 92 Volk Stickstoffgas und 8 Volk Wasserstoffgas einschließt.
Wenn Glycerin als Bindemittel eingesetzt wird, ist die Kalzinierungstemperatur zwischen gleich zu oder mehr als 300°C und gleich zu oder weniger als 500°C eingestellt, und sie ist insbesondere auf 450°C eingestellt, und die Kalzinierungsdauer beträgt zwei Stunden.
Wie vorstehend erwähnt, wird in der Ausführungsform, bei welcher der Überzugsfilm auf dem Graphitteilchen ausgebildet wird, indem die gemischte Lösung aus der Lösung der in Methanol gelösten Kupfercarbonsäure und der Lösung des mit Methanol verdünnten Glycerins eingesetzt wird, der geformte Körper bei gleich zu oder weniger als 500°C in einer deoxidierenden Atmosphäre kalziniert, welche Wasserstoffgas einschließt, die vielzähligen Cluster aus den Kupfermikroteilchen werden auf der Oberfläche des Graphitteilchens abgeschieden und die Cluster stehen miteinander im elektrischen Kontakt. Auf diese Weise wird der ladungsleitende Pfad aus den Kupfermikroteilchen ausgebildet.

Claims

Metallgraphitmaterial mit einem geformten Körper einschließlich einer Ansammlung von Graphitteilchen und Kupferteilchen, wobei Graphit und Kupfer Hauptelemente sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferteilchen Kupfermikroteilchen einschließen, die in Kontakt miteinander stehen und Durchmesser zwischen 5 und 100 nm aufweisen, und ein Cluster aus den Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche der Graphitteilchen fixiert ist, so dass ein kontinuierlicher Pfad aus Kupfermikroteilchen zum Leiten und Emittieren einer Ladung ausgebildet ist.
Metallgraphitmaterial nach Anspruch 1, wobei die Kupfermikroteilchen auf der Oberfläche des Graphitteilchens mit einem Bindemittel aus nicht kristallartigem Kohlenstoff fixiert sind.
Metallgraphitmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallgraphitmaterial für eine Motorbürste eingesetzt wird.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: Zubereiten einer Lösung eines Metallkomplexes, dessen Hauptelement Kupfer ist, wobei die Lösung des Metallkomplexes Kupfercarbonsäure einschließt, Aufbringen der Lösung des Metallkomplexes auf eine Oberfläche von Graphitteilchen und Ausbilden eines Überzugsfilms aus der Lösung auf der Oberfläche der Graphitteilchen, Kalzinieren eines geformten Körpers aus einer Ansammlung der Graphitteilchen, auf denen die Überzugsfilme ausgebildet sind, unter einer Atmosphäre, die Sauerstoff einschließt, und Erhitzen des geformten Körpers unter einer deoxidierenden Atmosphäre, so dass die Kupfercarbonsäure zu Nano-Kupfermikroteilchen wird, und solche Teilchen werden auf der Oberfläche der Graphitteilchen abgeschieden.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach Anspruch 4, wobei die Kupfercarbonsäure wenigstens eine von Kupferbutansäure, Kupferoctansäure, Kupferacrylsäure, Kupferdecansäure, Kupferlauronsäure, Kupferdodecansäure oder Kupferhexadecansäure einschließt.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Lösung zur Ausbildung des Überzugsfilms ein Bindemittel zum Fixieren des Überzugsfilms auf den Graphitteilchen einschließt.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach Anspruch 6, wobei das Bindemittel wenigstens eines von denaturiertem Phenolharz, Glycerin oder Glycerinderivat einschließt.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Lösung des Metallkomplexes, dessen Hauptelement Kupfer ist, durch die folgenden Schritte hergestellt wird: (a) Herstellen einer Kupfercarbonsäurelösung, wobei eine Lösung, die eine Carbonsäure einschließt, mit einer Lösung vermischt wird, die wenigstens eines von Kupferchlorid, Kupfersulfat, Kupfernitrat oder Kupfercarbonat einschließt, und (b) Herstellen einer Lösung, wobei eine Bindemittellösung, die eine Bindemittel einschließt, mit einer Lösung vermischt wird, in der von der Kupfercarbonsäurelösung dissoziierte Kupfercarbonsäure gelöst ist.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der geformte Körper unter einer Atmosphäre, die Sauerstoff einschließt, zwischen 200 und 500 °C kalziniert wird.
Verfahren zur Herstellung des Metallgraphitmaterials nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der geformte Körper unter einer deoxidierenden Atmosphäre zwischen 200 und 500 °C erhitzt wird.