JP2003261380A - アモルファスカーボン体の製造方法 - Google Patents
アモルファスカーボン体の製造方法Info
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- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 クラックの発生を抑え、割れや欠けのない優
れた表面状態を有するアモルファスカーボン体の製造方
法を提供する。 【解決手段】 樹脂材料を成形加工し、得られた成形品
に炭化焼成する前に熱処理を行う。熱処理は酸素濃度が
１００ｐｐｍ以上である酸化性雰囲気中で１００℃〜３
００℃の温度範囲で行う。熱処理後の成形体に炭化焼成
を行ってアモルファスカーボン体を形成する。
れた表面状態を有するアモルファスカーボン体の製造方
法を提供する。 【解決手段】 樹脂材料を成形加工し、得られた成形品
に炭化焼成する前に熱処理を行う。熱処理は酸素濃度が
１００ｐｐｍ以上である酸化性雰囲気中で１００℃〜３
００℃の温度範囲で行う。熱処理後の成形体に炭化焼成
を行ってアモルファスカーボン体を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアモルファスカーボ
ン体の製造方法に関するものである。
ン体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アモルファスカーボン体は、通常、セル
ロース等のような非熱可塑性の高分子や、フェノール樹
脂やフラン樹脂等の熱硬化性樹脂等の前駆体よりなる成
形体を炭化焼成することで得られる。このようなアモル
ファスカーボン体は、不浸透性、ガス不透過性を有し、
化学的にも安定なことから、金属・化学工学分野におい
て広く用いられており、また、導電性にも優れることか
ら、電気・電子工業分野においても多く使用されてい
る。さらに、アモルファスカーボン体は、様々な形状に
成形加工した成形体を炭化焼成して得られることから、
燃料電池用セパレータのように複雑な流路を有する形状
のものであっても、容易に形成することができる。
ロース等のような非熱可塑性の高分子や、フェノール樹
脂やフラン樹脂等の熱硬化性樹脂等の前駆体よりなる成
形体を炭化焼成することで得られる。このようなアモル
ファスカーボン体は、不浸透性、ガス不透過性を有し、
化学的にも安定なことから、金属・化学工学分野におい
て広く用いられており、また、導電性にも優れることか
ら、電気・電子工業分野においても多く使用されてい
る。さらに、アモルファスカーボン体は、様々な形状に
成形加工した成形体を炭化焼成して得られることから、
燃料電池用セパレータのように複雑な流路を有する形状
のものであっても、容易に形成することができる。
【０００３】例えば、特開昭６０−１６１１４４号公報
には、熱硬化性樹脂を含浸したセルロース質の紙を積層
して圧着し、硬化、焼成してアモルファスカーボン体と
する方法が開示されている。また、特公平６−１０４５
９１号公報には、炭素質粉末と熱硬化性樹脂粉末と熱硬
化性樹脂液とを添加混合して成形し、硬化した後、不活
性雰囲気中にて炭化焼成してアモルファスカーボン体と
する方法が開示されている。これらのアモルファスカー
ボン体の製造方法では、炭化焼成の際に、樹脂成形体を
炭化焼成炉内に搬入して不活性ガス雰囲気中で徐々に昇
温しながら最終的に目標温度に到達させるような温度制
御がなされており、通常、昇温速度を調整しながら炭化
焼成が行われる。
には、熱硬化性樹脂を含浸したセルロース質の紙を積層
して圧着し、硬化、焼成してアモルファスカーボン体と
する方法が開示されている。また、特公平６−１０４５
９１号公報には、炭素質粉末と熱硬化性樹脂粉末と熱硬
化性樹脂液とを添加混合して成形し、硬化した後、不活
性雰囲気中にて炭化焼成してアモルファスカーボン体と
する方法が開示されている。これらのアモルファスカー
ボン体の製造方法では、炭化焼成の際に、樹脂成形体を
炭化焼成炉内に搬入して不活性ガス雰囲気中で徐々に昇
温しながら最終的に目標温度に到達させるような温度制
御がなされており、通常、昇温速度を調整しながら炭化
焼成が行われる。
【０００４】しかしながら、セルロース等の非熱可塑性
の高分子や、フェノール樹脂やフラン樹脂等の熱硬化性
樹脂からなる成形体を炭化焼成する場合には、炭化の進
行と共に成形体中の非炭化成分がガス化して放出される
ため、質量の減少と併せて約４３〜４５％の体積収縮が
生じる。この体積収縮率は高分子あるいは熱硬化性樹脂
の種類によって異なるものであり、また、ある焼成温度
範囲における体積収縮率も一定でないため、炭化焼成時
の温度制御は厳密に行う必要がある。例えば、昇温速度
が早くなると時間に対する体積収縮率が大きくなって、
炭化焼成後のアモルファスカーボン体にクラックが発生
し、割れや欠けが生じたり、表面状態が悪くなるという
問題がある。また、昇温速度が遅い場合でも、ある温度
帯で急激な体積収縮が起こることになり、アモルファス
カーボン体にクラックが発生しやすくなる。
の高分子や、フェノール樹脂やフラン樹脂等の熱硬化性
樹脂からなる成形体を炭化焼成する場合には、炭化の進
行と共に成形体中の非炭化成分がガス化して放出される
ため、質量の減少と併せて約４３〜４５％の体積収縮が
生じる。この体積収縮率は高分子あるいは熱硬化性樹脂
の種類によって異なるものであり、また、ある焼成温度
範囲における体積収縮率も一定でないため、炭化焼成時
の温度制御は厳密に行う必要がある。例えば、昇温速度
が早くなると時間に対する体積収縮率が大きくなって、
炭化焼成後のアモルファスカーボン体にクラックが発生
し、割れや欠けが生じたり、表面状態が悪くなるという
問題がある。また、昇温速度が遅い場合でも、ある温度
帯で急激な体積収縮が起こることになり、アモルファス
カーボン体にクラックが発生しやすくなる。
【０００５】また、アモルファスカーボン体の成形性や
電気特性を向上させる目的で、樹脂材料に炭素質材料等
のフィラー材を添加混合した場合には、炭化焼成時にお
けるフィラー材の体積収縮率と樹脂材料の体積収縮率と
の違いによって、焼成物であるアモルファスカーボン体
にクラックが生じやすくなる。
電気特性を向上させる目的で、樹脂材料に炭素質材料等
のフィラー材を添加混合した場合には、炭化焼成時にお
けるフィラー材の体積収縮率と樹脂材料の体積収縮率と
の違いによって、焼成物であるアモルファスカーボン体
にクラックが生じやすくなる。
【０００６】さらに、アモルファスカーボン体を燃料電
池用セパレータとして用いる場合には、複雑な形状の流
路を有する成形体を炭化焼成するため、よりクラックが
生じやすくなるという問題点がある。
池用セパレータとして用いる場合には、複雑な形状の流
路を有する成形体を炭化焼成するため、よりクラックが
生じやすくなるという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決し、クラックの発生を抑え、割れや欠けのない優れ
た表面状態を有するアモルファスカーボン体の製造方法
を提供することを目的とする。
解決し、クラックの発生を抑え、割れや欠けのない優れ
た表面状態を有するアモルファスカーボン体の製造方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、樹脂材料を
成形加工して樹脂成形体を得た後に、酸化性雰囲気中に
おいて特定の温度条件下で熱処理し、これを不活性ガス
雰囲気中で炭化焼成してアモルファスカーボン体を形成
することで上記課題が解決されることを見出し、本発明
に到達した。
な課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、樹脂材料を
成形加工して樹脂成形体を得た後に、酸化性雰囲気中に
おいて特定の温度条件下で熱処理し、これを不活性ガス
雰囲気中で炭化焼成してアモルファスカーボン体を形成
することで上記課題が解決されることを見出し、本発明
に到達した。
【０００９】すなわち本発明は、樹脂材料を成形加工し
た後に炭化焼成することによりアモルファスカーボン体
を形成するに際し、前記炭化焼成前に、酸素濃度が１０
０ｐｐｍ以上である酸化性雰囲気中で１００℃〜３００
℃の温度範囲で熱処理を行うことを特徴とするアモルフ
ァスカーボン体の製造方法を要旨とする。
た後に炭化焼成することによりアモルファスカーボン体
を形成するに際し、前記炭化焼成前に、酸素濃度が１０
０ｐｐｍ以上である酸化性雰囲気中で１００℃〜３００
℃の温度範囲で熱処理を行うことを特徴とするアモルフ
ァスカーボン体の製造方法を要旨とする。
【００１０】また、熱処理時間を１〜２００時間とする
ことを特徴とするものである。さらに、アモルファスカ
ーボン体が燃料電池用セパレータであることを特徴とす
るものである。
ことを特徴とするものである。さらに、アモルファスカ
ーボン体が燃料電池用セパレータであることを特徴とす
るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明においては、樹脂材料を成
形加工した後に炭化焼成してアモルファスカーボン体を
形成するに際し、炭化焼成前の成形体に、特定の酸化性
雰囲気下でかつ特定の温度条件の熱処理を行うことが必
要である。このように炭化焼成前の成形品に特定条件下
で熱処理を行うことによって、炭化焼成後に得られたア
モルファスカーボン体は、クラックの発生や割れや欠け
の発生等を抑えて良好な表面状態を有するものとなる。
このような効果が得られる理由は明らかではないが、炭
化焼成前に酸化性雰囲気下で熱処理を行うことによって
成形体の表層部に酸化層が形成され、この酸化層が寄与
して上記の効果が得られるものと推定される。
形加工した後に炭化焼成してアモルファスカーボン体を
形成するに際し、炭化焼成前の成形体に、特定の酸化性
雰囲気下でかつ特定の温度条件の熱処理を行うことが必
要である。このように炭化焼成前の成形品に特定条件下
で熱処理を行うことによって、炭化焼成後に得られたア
モルファスカーボン体は、クラックの発生や割れや欠け
の発生等を抑えて良好な表面状態を有するものとなる。
このような効果が得られる理由は明らかではないが、炭
化焼成前に酸化性雰囲気下で熱処理を行うことによって
成形体の表層部に酸化層が形成され、この酸化層が寄与
して上記の効果が得られるものと推定される。
【００１２】樹脂材料としては、アモルファスカーボン
体を成形できるものであれば特に限定されるものではな
いが、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラ
ミン樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、カルボジイミド
樹脂、フルフリルアルコール樹脂等の熱硬化性樹脂が使
用でき、中でも成形性やコスト面からはフェノール樹脂
を主成分とした熱硬化性樹脂が最も好適に使用できる。
これらは単独で使用しても良く、あるいは主成分となる
熱硬化性樹脂以外にその特性を損なわない範囲で異種の
樹脂を組み合わせた２種類以上の熱硬化性樹脂の混合物
であってもよい。なお、主成分となる熱硬化性樹脂に混
合される樹脂は主体となる樹脂の低分子量物でも良い。
体を成形できるものであれば特に限定されるものではな
いが、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラ
ミン樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、カルボジイミド
樹脂、フルフリルアルコール樹脂等の熱硬化性樹脂が使
用でき、中でも成形性やコスト面からはフェノール樹脂
を主成分とした熱硬化性樹脂が最も好適に使用できる。
これらは単独で使用しても良く、あるいは主成分となる
熱硬化性樹脂以外にその特性を損なわない範囲で異種の
樹脂を組み合わせた２種類以上の熱硬化性樹脂の混合物
であってもよい。なお、主成分となる熱硬化性樹脂に混
合される樹脂は主体となる樹脂の低分子量物でも良い。
【００１３】また、樹脂材料には、加工性や成形性等を
改良する目的で、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシ
ウム、ステアリン酸モノグリセライドなどの添加剤を離
型剤、滑剤として添加しても良く、さらに、成形性や電
気特性を改良する目的或いはフィラーとして、黒鉛粒
子、カーボンブラック粉末、熱硬化性樹脂硬化物粉、無
機粒子、無機繊維、炭素繊維、活性炭繊維、木粉やセル
ロース粒子等を添加してもよい。熱硬化性樹脂は成形加
工し硬化することで、目的とする形状にすることが可能
であり、その形状で炭化焼成することが可能となる。
改良する目的で、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシ
ウム、ステアリン酸モノグリセライドなどの添加剤を離
型剤、滑剤として添加しても良く、さらに、成形性や電
気特性を改良する目的或いはフィラーとして、黒鉛粒
子、カーボンブラック粉末、熱硬化性樹脂硬化物粉、無
機粒子、無機繊維、炭素繊維、活性炭繊維、木粉やセル
ロース粒子等を添加してもよい。熱硬化性樹脂は成形加
工し硬化することで、目的とする形状にすることが可能
であり、その形状で炭化焼成することが可能となる。
【００１４】成形体を得る方法としては、射出成形法、
プレス成形法、トランスファー成形法等が適応できる
が、複雑な流路形状を有する成形体を得る場合には、射
出成形法が最も好ましい。
プレス成形法、トランスファー成形法等が適応できる
が、複雑な流路形状を有する成形体を得る場合には、射
出成形法が最も好ましい。
【００１５】上記成形加工により得られた成形体は、炭
化焼成処理を行うことでアモルファスカーボン体とする
ことができるが、成形体に直接に炭化焼成を施すと、成
形体中の非炭化成分がガス化して放出されて質量が減少
し、それに伴い体積も収縮するため、厳密な温度制御が
必要となる。また、厳密な温度制御を行っても、体積収
縮時の成形体の表層の脆弱さにより、炭化焼成時のクラ
ック等が発生してしまう。そこで、本発明においては、
焼成前の成形体に酸化性雰囲気中で特定の温度範囲で熱
処理を行うことで、続く炭化焼成時における成形体のク
ラックの発生や割れや欠けを防止している。すなわち、
特定条件下での熱処理により得られた焼成品は、クラッ
クの発生等を抑えた表面状態に優れたアモルファスカー
ボン体となる。
化焼成処理を行うことでアモルファスカーボン体とする
ことができるが、成形体に直接に炭化焼成を施すと、成
形体中の非炭化成分がガス化して放出されて質量が減少
し、それに伴い体積も収縮するため、厳密な温度制御が
必要となる。また、厳密な温度制御を行っても、体積収
縮時の成形体の表層の脆弱さにより、炭化焼成時のクラ
ック等が発生してしまう。そこで、本発明においては、
焼成前の成形体に酸化性雰囲気中で特定の温度範囲で熱
処理を行うことで、続く炭化焼成時における成形体のク
ラックの発生や割れや欠けを防止している。すなわち、
特定条件下での熱処理により得られた焼成品は、クラッ
クの発生等を抑えた表面状態に優れたアモルファスカー
ボン体となる。
【００１６】炭化焼成前に行う熱処理は、酸素濃度が１
００ｐｐｍ以上の酸化性雰囲気中で行うことが必要であ
る。酸素濃度が１００ｐｐｍ未満の雰囲気下では、熱処
理を行ってもクラック等の発生を抑制する効果が発現し
なくなる。一方、酸素濃度が大気雰囲気中の酸素以上に
なると、それ以上に酸素濃度を高くしてもクラックの抑
制効果に大きな変化はないため、本発明においては熱処
理を大気雰囲気中で行うことが好ましい。
００ｐｐｍ以上の酸化性雰囲気中で行うことが必要であ
る。酸素濃度が１００ｐｐｍ未満の雰囲気下では、熱処
理を行ってもクラック等の発生を抑制する効果が発現し
なくなる。一方、酸素濃度が大気雰囲気中の酸素以上に
なると、それ以上に酸素濃度を高くしてもクラックの抑
制効果に大きな変化はないため、本発明においては熱処
理を大気雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１７】また、酸化性雰囲気中での熱処理は、１０
０℃〜３００℃の温度範囲とする必要がある。熱処理温
度が１００℃未満であると、十分なクラック抑制効果が
得られない。また、熱処理温度が３００℃を超えると、
成形体自体が燃焼してしまい形状が損なわれる恐れがあ
る。従って、酸化性雰囲気中での熱処理は、１５０℃〜
２５０℃の温度範囲とすることがより好ましい。
０℃〜３００℃の温度範囲とする必要がある。熱処理温
度が１００℃未満であると、十分なクラック抑制効果が
得られない。また、熱処理温度が３００℃を超えると、
成形体自体が燃焼してしまい形状が損なわれる恐れがあ
る。従って、酸化性雰囲気中での熱処理は、１５０℃〜
２５０℃の温度範囲とすることがより好ましい。
【００１８】熱処理時間は樹脂成形体の体積との兼ね合
いで決まるものであり、体積が小さければ処理時間を短
く、体積が大きくなれば熱処理時間を長くする必要があ
るため、一概には言えないが、１〜２００時間の範囲で
あることが好ましく、１０〜１００時間の範囲であるこ
とがより好ましい。
いで決まるものであり、体積が小さければ処理時間を短
く、体積が大きくなれば熱処理時間を長くする必要があ
るため、一概には言えないが、１〜２００時間の範囲で
あることが好ましく、１０〜１００時間の範囲であるこ
とがより好ましい。
【００１９】熱処理時の昇温速度は特に規定されるもの
ではないが、５℃／時〜４００℃／時の範囲の昇温速度
であることが好ましい。昇温速度が４００℃／時より速
くなると、熱処理時にクラック等が発生しやすくなる傾
向にあり、昇温速度が５℃／時より遅くなると、熱処理
時間が長くなるため生産性に劣るものとなる。
ではないが、５℃／時〜４００℃／時の範囲の昇温速度
であることが好ましい。昇温速度が４００℃／時より速
くなると、熱処理時にクラック等が発生しやすくなる傾
向にあり、昇温速度が５℃／時より遅くなると、熱処理
時間が長くなるため生産性に劣るものとなる。
【００２０】上記のような熱処理が施された成形品には
炭化焼成処理が施され、アモルファスカーボン体とな
る。炭化焼成処理は、従来は厳密な温度制御が必要であ
ったが、本発明においては、炭化焼成前に熱処理を行う
ことで炭化焼成時の温度制御の依存度が低くなり、生産
性も向上する。
炭化焼成処理が施され、アモルファスカーボン体とな
る。炭化焼成処理は、従来は厳密な温度制御が必要であ
ったが、本発明においては、炭化焼成前に熱処理を行う
ことで炭化焼成時の温度制御の依存度が低くなり、生産
性も向上する。
【００２１】炭化焼成処理は、窒素ガス、ヘリウムガ
ス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で、７００〜
１６００℃の温度範囲で行うことが好ましい。７００℃
以下の温度での炭化焼成では、成形体を十分に炭化する
ことができずアモルファスカーボンの特性が発現しにく
くなる。また、炭化焼成温度は１６００℃を超えても良
いが、それ以上に温度を上げても得られるアモルファス
カーボン体の特性に大きな変化は生じないため、エネル
ギーロスが生じる。従って、炭化焼成温度は９００〜１
５００℃の範囲であることがより好ましい。
ス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で、７００〜
１６００℃の温度範囲で行うことが好ましい。７００℃
以下の温度での炭化焼成では、成形体を十分に炭化する
ことができずアモルファスカーボンの特性が発現しにく
くなる。また、炭化焼成温度は１６００℃を超えても良
いが、それ以上に温度を上げても得られるアモルファス
カーボン体の特性に大きな変化は生じないため、エネル
ギーロスが生じる。従って、炭化焼成温度は９００〜１
５００℃の範囲であることがより好ましい。
【００２２】また、炭化焼成時には、上記従来例のよう
に厳密な温度制御は必要はないが、成形体の体積収縮率
に応じて昇温速度をコントロールすることが好ましい。
成形体の体積収縮率は、焼成温度に対して一定ではな
く、高分子あるいは熱硬化性樹脂の種類により異なるも
のである。例えば、フェノール樹脂の場合、焼成のため
の昇温中の温度が４００〜６００℃の範囲においてガス
の発生が多いため、この温度範囲における重量減少およ
び体積収縮が他の温度範囲における重量減少および体積
収縮よりも大きくなる。そのため、４００〜６００℃の
範囲における昇温速度を他の温度範囲における昇温速度
に比べて遅くして重量減少速度及び体積収縮速度を小さ
くすることにより、クラックの発生等をさらに防止する
ことができる。
に厳密な温度制御は必要はないが、成形体の体積収縮率
に応じて昇温速度をコントロールすることが好ましい。
成形体の体積収縮率は、焼成温度に対して一定ではな
く、高分子あるいは熱硬化性樹脂の種類により異なるも
のである。例えば、フェノール樹脂の場合、焼成のため
の昇温中の温度が４００〜６００℃の範囲においてガス
の発生が多いため、この温度範囲における重量減少およ
び体積収縮が他の温度範囲における重量減少および体積
収縮よりも大きくなる。そのため、４００〜６００℃の
範囲における昇温速度を他の温度範囲における昇温速度
に比べて遅くして重量減少速度及び体積収縮速度を小さ
くすることにより、クラックの発生等をさらに防止する
ことができる。
【００２３】焼成時間は特に限定されるものではない
が、クラックの発生等をより良好に低減するためには、
成形品の厚みが厚いもの程、焼成時間を長くすることが
好ましい。
が、クラックの発生等をより良好に低減するためには、
成形品の厚みが厚いもの程、焼成時間を長くすることが
好ましい。
【００２４】上記のようにして作成された本発明のアモ
ルファスカーボン体は、クラックの発生や割れや欠けの
ない表面状態の良好なものであり、複雑な形状のもので
あっても容易に形成できるため、燃料電池用セパレータ
や、Ｓｉウェハー用ダミーウエハーなどとして好適に使
用できる。
ルファスカーボン体は、クラックの発生や割れや欠けの
ない表面状態の良好なものであり、複雑な形状のもので
あっても容易に形成できるため、燃料電池用セパレータ
や、Ｓｉウェハー用ダミーウエハーなどとして好適に使
用できる。
【００２５】
【実施例】次に、実施例に基づき本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるも
のではない。なお、実施例、比較例における各種物性値
の測定は以下の方法により行った。 （１）酸素濃度（ｐｐｍ）：酸素濃度計（東レエンジニ
アリング社製、ＬＣ−７５０Ｈ／ＰＣ−１１１）を用い
て測定した。 （２）熱処理後の表面状態：熱処理後の成形体の表面状
態を目視により観察し、燃焼による表面のくすみの有無
を確認した。そして、成形体の表面にくすみが無く光沢
があるものを良好であると判断した。 （３）クラック数：炭化焼成後のアモルファスカーボン
体の表面状態を目視にて観察し、アモルファスカーボン
体の厚み方向に貫通していないヒビや裂け目をクラック
とし、その数を計測した。 （４）欠け：炭化焼成後のアモルファスカーボン体にお
いて全質量の１／１００以下の欠落部を欠けとし、その
数を計測した。 （５）割れ：炭化焼成後のアモルファスカーボン体にお
いて全質量の１／１００を超える欠落部の発生、もしく
はアモルファスカーボン体の厚み方向に貫通した裂け目
による分割を割れとし、その有無を判定した。 （６）炭化焼成後の表面状態：上述したクラック、欠
け、割れのうち、いずれの発生もないものを◎、いずれ
か一つでも発生したものを×として総合判定した。 実施例１ ランダムノボラック系フェノール樹脂（ユニチカ社製、
ユニベックスＮタイプ）を原料とし、圧縮成型機（神藤
金属工業社製、ＮＦ−７０）を用いて、温度１４０℃、
面圧２０ＭＰａ、硬化時間４分の条件下でプレス成形を
行い、直径２６０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状成形体を得
た。
するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるも
のではない。なお、実施例、比較例における各種物性値
の測定は以下の方法により行った。 （１）酸素濃度（ｐｐｍ）：酸素濃度計（東レエンジニ
アリング社製、ＬＣ−７５０Ｈ／ＰＣ−１１１）を用い
て測定した。 （２）熱処理後の表面状態：熱処理後の成形体の表面状
態を目視により観察し、燃焼による表面のくすみの有無
を確認した。そして、成形体の表面にくすみが無く光沢
があるものを良好であると判断した。 （３）クラック数：炭化焼成後のアモルファスカーボン
体の表面状態を目視にて観察し、アモルファスカーボン
体の厚み方向に貫通していないヒビや裂け目をクラック
とし、その数を計測した。 （４）欠け：炭化焼成後のアモルファスカーボン体にお
いて全質量の１／１００以下の欠落部を欠けとし、その
数を計測した。 （５）割れ：炭化焼成後のアモルファスカーボン体にお
いて全質量の１／１００を超える欠落部の発生、もしく
はアモルファスカーボン体の厚み方向に貫通した裂け目
による分割を割れとし、その有無を判定した。 （６）炭化焼成後の表面状態：上述したクラック、欠
け、割れのうち、いずれの発生もないものを◎、いずれ
か一つでも発生したものを×として総合判定した。 実施例１ ランダムノボラック系フェノール樹脂（ユニチカ社製、
ユニベックスＮタイプ）を原料とし、圧縮成型機（神藤
金属工業社製、ＮＦ−７０）を用いて、温度１４０℃、
面圧２０ＭＰａ、硬化時間４分の条件下でプレス成形を
行い、直径２６０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状成形体を得
た。
【００２６】この成形体を、酸素濃度２０２０００ｐｐ
ｍの酸性化雰囲気中で、定温オーブン（ヤマト社製、Ｄ
Ｎ６３Ｈ）を用いて、昇温速度９℃／時間、温度２２０
℃、滞留時間１００時間の条件下で熱処理を行った。
ｍの酸性化雰囲気中で、定温オーブン（ヤマト社製、Ｄ
Ｎ６３Ｈ）を用いて、昇温速度９℃／時間、温度２２０
℃、滞留時間１００時間の条件下で熱処理を行った。
【００２７】次いで、熱処理された成形体を真空パージ
式焼成炉（光洋サーモシステム社製、ＫＬＬ−９７４５
１４）を用いて、窒素雰囲気下、１０００℃で２０日間
炭化焼成し、アモルファスカーボン体を得た。
式焼成炉（光洋サーモシステム社製、ＫＬＬ−９７４５
１４）を用いて、窒素雰囲気下、１０００℃で２０日間
炭化焼成し、アモルファスカーボン体を得た。
【００２８】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。
【００２９】
【表１】
実施例２
酸化性雰囲気中での熱処理温度を１６０℃とした。そし
てそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
てそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
【００３０】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例３ 酸化性雰囲気中での熱処理時間を５０時間とした。そし
てそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例３ 酸化性雰囲気中での熱処理時間を５０時間とした。そし
てそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
【００３１】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例４ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を５００ｐｐｍとした。そ
してそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例４ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を５００ｐｐｍとした。そ
してそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
【００３２】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例５ ランダムノボラック系フェノール樹脂（ユニチカ社製、
ユニベックスＮタイプ）にフェノール樹脂硬化物（ユニ
チカ社製、ユニベックスＣタイプ）を４５質量％混合し
た樹脂を原料とし、射出成型機（名機製作所社製、ＶＩ
ＳＴＡＣ ＳＵＰＥＲ Ｉ）を用いて、金型温度１６０
℃、金型締付圧１５ＭＰａ、硬化時間４０秒の条件下で
射出成形を行い、幅２５５ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ
２．５ｍｍの平板の両面に、ガス流路となる深さ０．９
ｍｍ、幅２．０ｍｍの溝が１．５ｍｍ間隔でサーペンタ
インパターンに形成された成形体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例５ ランダムノボラック系フェノール樹脂（ユニチカ社製、
ユニベックスＮタイプ）にフェノール樹脂硬化物（ユニ
チカ社製、ユニベックスＣタイプ）を４５質量％混合し
た樹脂を原料とし、射出成型機（名機製作所社製、ＶＩ
ＳＴＡＣ ＳＵＰＥＲ Ｉ）を用いて、金型温度１６０
℃、金型締付圧１５ＭＰａ、硬化時間４０秒の条件下で
射出成形を行い、幅２５５ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚さ
２．５ｍｍの平板の両面に、ガス流路となる深さ０．９
ｍｍ、幅２．０ｍｍの溝が１．５ｍｍ間隔でサーペンタ
インパターンに形成された成形体を得た。
【００３３】この成形体を、酸素濃度２０２０００ｐｐ
ｍの酸性化雰囲気中で、定温オーブン（ヤマト社製、Ｄ
Ｎ６３Ｈ）を用いて、昇温速度６０℃／時間、温度１６
０℃、滞留時間１２時間の条件下で熱処理を行った。
ｍの酸性化雰囲気中で、定温オーブン（ヤマト社製、Ｄ
Ｎ６３Ｈ）を用いて、昇温速度６０℃／時間、温度１６
０℃、滞留時間１２時間の条件下で熱処理を行った。
【００３４】次いで、熱処理された成形体を真空パージ
式焼成炉（光洋サーモシステム社製、ＫＬＬ−９７４５
１４）を用いて、窒素雰囲気下、１０００℃で５日間炭
化焼成し、アモルファスカーボン体を得た。
式焼成炉（光洋サーモシステム社製、ＫＬＬ−９７４５
１４）を用いて、窒素雰囲気下、１０００℃で５日間炭
化焼成し、アモルファスカーボン体を得た。
【００３５】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例６ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を２２０℃とした。そし
てそれ以外は実施例５と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 実施例６ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を２２０℃とした。そし
てそれ以外は実施例５と同様にしてアモルファスカーボ
ン体を得た。
【００３６】得られたアモルファスカーボン体の表面状
態等を表１に示す。 実施例７ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を５００ｐｐｍとした。そ
してそれ以外は実施例５と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
態等を表１に示す。 実施例７ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を５００ｐｐｍとした。そ
してそれ以外は実施例５と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
【００３７】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。実施例１
〜７は、いずれも樹脂材料を成形加工した後に、酸化性
雰囲気中で１００℃〜３００℃の温度範囲で熱処理を行
い、熱処理後の成形品を炭化焼成したため、得られたア
モルファスカーボン体は、表面にクラックの発生は見ら
れず、割れや欠けもなく、良好な表面状態を有するもの
であった。特に、実施例５〜７は、成形体の表面に流路
溝を有する複雑な形状であったにもかかわらず、クラッ
クや割れや欠けの発生は見られなかった。 比較例１ 円盤状成形体に熱処理を施さずに炭化焼成を行った。そ
してそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。実施例１
〜７は、いずれも樹脂材料を成形加工した後に、酸化性
雰囲気中で１００℃〜３００℃の温度範囲で熱処理を行
い、熱処理後の成形品を炭化焼成したため、得られたア
モルファスカーボン体は、表面にクラックの発生は見ら
れず、割れや欠けもなく、良好な表面状態を有するもの
であった。特に、実施例５〜７は、成形体の表面に流路
溝を有する複雑な形状であったにもかかわらず、クラッ
クや割れや欠けの発生は見られなかった。 比較例１ 円盤状成形体に熱処理を施さずに炭化焼成を行った。そ
してそれ以外は実施例１と同様にしてアモルファスカー
ボン体を得た。
【００３８】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例２ 流路溝が形成された成形体に熱処理を施さずに炭化焼成
を行った。そしてそれ以外は実施例５と同様にしてアモ
ルファスカーボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例２ 流路溝が形成された成形体に熱処理を施さずに炭化焼成
を行った。そしてそれ以外は実施例５と同様にしてアモ
ルファスカーボン体を得た。
【００３９】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例３ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を本発明の範囲よりも低
く８０℃とした。そしてそれ以外は実施例１と同様にし
てアモルファスカーボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例３ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を本発明の範囲よりも低
く８０℃とした。そしてそれ以外は実施例１と同様にし
てアモルファスカーボン体を得た。
【００４０】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例４ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を本発明の範囲よりも高
く４００℃とした。そしてそれ以外は実施例１と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例４ 酸化性雰囲気中での熱処理温度を本発明の範囲よりも高
く４００℃とした。そしてそれ以外は実施例１と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
【００４１】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例５ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を本発明の範囲よりも低く
５０ｐｐｍとした。そしてそれ以外は実施例１と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例５ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を本発明の範囲よりも低く
５０ｐｐｍとした。そしてそれ以外は実施例１と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
【００４２】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例６ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を本発明の範囲よりも低く
５０ｐｐｍとした。そしてそれ以外は実施例５と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。 比較例６ 酸化性雰囲気中での酸素濃度を本発明の範囲よりも低く
５０ｐｐｍとした。そしてそれ以外は実施例５と同様に
してアモルファスカーボン体を得た。
【００４３】熱処理後の成形体の表面状態、焼成後のア
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。比較例
１，２は、いずれも酸化性雰囲気下での熱処理を施さず
に成形体を炭化焼成したため、得られたアモルファスカ
ーボン体にはクラックが多発し、割れや欠けも生じて、
表面状態の悪いものとなった。
モルファスカーボン体の状態等を表１に示す。比較例
１，２は、いずれも酸化性雰囲気下での熱処理を施さず
に成形体を炭化焼成したため、得られたアモルファスカ
ーボン体にはクラックが多発し、割れや欠けも生じて、
表面状態の悪いものとなった。
【００４４】比較例３は、酸化性雰囲気下での熱処理温
度が本発明の範囲よりも低かったため、熱処理後の成形
体の表面状態は良好であるものの、焼成後の焼成品には
クラックが多数発生し、割れも生じて表面状態に劣るも
のとなった。
度が本発明の範囲よりも低かったため、熱処理後の成形
体の表面状態は良好であるものの、焼成後の焼成品には
クラックが多数発生し、割れも生じて表面状態に劣るも
のとなった。
【００４５】比較例４は、酸化性雰囲気下での熱処理温
度が本発明の範囲よりも高かったため、熱処理後の成形
体は端部にくすみが発生していた。また、焼成後の焼成
品にはクラックが発生し、表面状態も悪いものであっ
た。
度が本発明の範囲よりも高かったため、熱処理後の成形
体は端部にくすみが発生していた。また、焼成後の焼成
品にはクラックが発生し、表面状態も悪いものであっ
た。
【００４６】比較例５，６は、いずれも成形体に酸化性
雰囲気下での酸素濃度が本発明の範囲よりも低かったた
め、熱処理後の成形体の表面状態は良好であるものの、
焼成後の焼成品にはクラックが多数発生し、割れや欠け
も生じて表面状態に劣るものとなった。
雰囲気下での酸素濃度が本発明の範囲よりも低かったた
め、熱処理後の成形体の表面状態は良好であるものの、
焼成後の焼成品にはクラックが多数発生し、割れや欠け
も生じて表面状態に劣るものとなった。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、樹脂材料を成形加工し
た後に、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上である酸化性雰囲
気にて１００〜３００℃で熱処理し、これを不活性ガス
雰囲気中で炭化焼成することにより、クラック等の不具
合がない優れた表面状態を有するアモルファスカーボン
体を製造することができる。また、クラックの発生に対
する炭化焼成時の温度制御の依存度が低くなるため、生
産性も向上する。
た後に、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上である酸化性雰囲
気にて１００〜３００℃で熱処理し、これを不活性ガス
雰囲気中で炭化焼成することにより、クラック等の不具
合がない優れた表面状態を有するアモルファスカーボン
体を製造することができる。また、クラックの発生に対
する炭化焼成時の温度制御の依存度が低くなるため、生
産性も向上する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G032 AA14 BA04 GA06 GA08
4G046 CA04 CB08 CB09 CC01 CC02
4H012 KA04
5H026 BB01 BB10 EE05 HH05 HH08
Claims (3)
- 【請求項１】 樹脂材料を成形加工した後に炭化焼成す
ることによりアモルファスカーボン体を形成するに際
し、前記炭化焼成前に、酸素濃度が１００ｐｐｍ以上で
ある酸化性雰囲気中で１００℃〜３００℃の温度範囲で
熱処理を行うことを特徴とするアモルファスカーボン体
の製造方法。 - 【請求項２】 熱処理時間を１〜２００時間とすること
を特徴とする請求項１記載のアモルファスカーボン体の
製造方法。 - 【請求項３】 アモルファスカーボン体が燃料電池用セ
パレータであることを特徴とする請求項１または２記載
のアモルファスカーボン体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059604A JP2003261380A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | アモルファスカーボン体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002059604A JP2003261380A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | アモルファスカーボン体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003261380A true JP2003261380A (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=28669210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002059604A Pending JP2003261380A (ja) | 2002-03-06 | 2002-03-06 | アモルファスカーボン体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003261380A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-03-06 JP JP2002059604A patent/JP2003261380A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005158350A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041224 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070821 |
|
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|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080226 |