JP2003525836A

JP2003525836A - ピッチ系炭素発泡体および複合体ならびにその用法

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Publication number: JP2003525836A
Application number: JP2001565312A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．クレット、ジェームズ; ディ．バーチェル、ティモシー; チョウドリー、アショク
Original assignee: ユーティ―バテルエルエルシー
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2003-09-02
Also published as: KR20030009378A; WO2001066490A2; NZ520381A; AU778597B2; CA2399719C; WO2001066490A3; CA2399719A1; US6673328B1; US7070755B2; AU4004801A; EP1265825A2; MXPA02008746A; US20020141932A1

Abstract

(57)【要約】少なくとも４０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を通常的に有する熱伝導性炭素発泡体が提供される。該炭素発泡体は通常、密度で除算された熱伝導率として定義される、少なくとも約７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導率を有する。上記発泡体はまた、典型的には少なくとも約６，０００ｍ²／ｍ³である大きな比表面積も有する。上記発泡体は、約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられる“ダブレット”１００および１０１ピークを有するＸ線回折パターンにより特徴付けられる。上記発泡体は黒鉛状であると共に、実質的に等方性の熱伝導率を呈する。上記発泡体は実質的に楕円形の細孔を備えると共に、斯かる細孔の平均細孔直径は好適には約３４０ミクロン以下である。上記発泡体に対して有用な熱的特性を与えるべく、上記細孔内には相転移材料などの他の材料が含浸され得る。上記発泡体を使用する熱交換装置および蒸発冷却式のヒートシンクも開示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】連邦により支援された研究または開発に関する説明：本発明において合衆国政府は、合衆国エネルギー省とロッキード・マーチン・
エネルギ・リサーチ・コーポレイション（ＬｏｃｋｈｅｅｄＭａｒｔｉｎＥ
ｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）との間における契約
第ＤＥ−ＡＣ０５−９６ＯＲ２２４６４号に基づく権利を有する。

【０００２】発明の背景：本発明は炭素発泡体および複合体に関し、より詳細にはそれらを製造する製造
方法に関する。市販の炭素繊維の特殊な機械的特性は、押出し成形されたフィラメントの独特
な黒鉛形態に依るものである。ボストンのＫｌｕｗｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰ
ｕｂｌｉｓｈｅｒｓによるＦｉｇｕｅｉｒｅｄｏ（編者）のＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒｓ．ＦｉｌａｍｅｎｔｓａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（１９９０年
）の第４３〜７２頁におけるＥｄｉｅ，Ｄ．Ｄ．の“ＰｉｔｃｈａｎｄＭｅ
ｓｏｐｈａｓｅＦｉｂｅｒｓ”を参照。現在の高度な構造的複合体はこれらの
特性を、適切な基質により一体的に保持された黒鉛フィラメントの非接続ネット
ワークを生成することで活用している。図１に示された如くピッチ前駆体から誘
導された炭素発泡体は、黒鉛の連結帯（ｌｉｇａｍｅｎｔ）もしくは支柱部（ｓ
ｔｒｕｔ）の相互接続ネットワークと見做され得る。斯かる相互接続ネットワー
クとして、それらは構造的複合材料における補強材としての可能的代替物を象徴
する。

【０００３】炭素発泡体を製造する典型的な製造方法はピッチ前駆体の発泡体を製造する発
泡技術（ｂｌｏｗｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用し、その場合にピッチは
溶融されると共に高圧領域から低圧領域へと受け渡される。これにより熱力学的
に“瞬間蒸発（ｆｌａｓｈ）”が引き起こされることから、ピッチ内の低分子量
化合物は気化し（ピッチは沸騰し）、ピッチ発泡体に帰着する。Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙのＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓ
ｙｍｐ．第２７０巻（１９９２）、第２９〜３４頁におけるＨａｇａｒ，Ｊｏ
ｓｅｐｈＷ．およびＭａｘＬ．Ｌａｋｅの“ＮｏｖｅｌＨｙｂｒｉｄ
ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＢａｓｅｄｏｎＣａｒｂｏｎＦｏａｍｓ”、Ｍａ
ｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙのＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓ
ｏｃ．Ｓｙｍｐ．第２７０巻（１９９２年）、第３５〜４０頁におけるＨａｇ
ａｒ，ＪｏｓｅｐｈＷ．およびＭａｘＬ．Ｌａｋｅの“Ｆｏｒｍｕｌａ
ｔｉｏｎｏｆａＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓＭｏｄｅｌ
ＰｒｏｃｅｓｓＭｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅＦｏａｍｉｎｇｏｆａ
ＭｅｓｏｐｈａｓｅＣａｒｂｏｎＰｒｅｃｕｒｓｏｒ”、ニューヨーク、Ｐ
ｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓによるＧｉｂｓｏｎ，Ｌ．Ｊ．およびＭ．Ｆ．
ＡｓｈｂｙのＣｅｌｌｕｌａｒＳｏｌｉｄｓ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ（１９８８年）、Ｍａｔ．Ｓｃｉ．ａｎｄＥｎｇ（１
９８９年）、Ａ１１０、１におけるＧｉｂｓｏｎ，Ｌ．Ｊ．、Ｐｈｉｌｌｉｐ
ｓＴｅｃｈ．Ｒｅｖ．（１９７６年）、３６（４）におけるＫｎｉｐｐｅｎ
ｂｅｒｇおよびＢ．Ｌｅｒｓｍａｃｈｅｒ、ならびに、Ｂｏｎｚｏｍ，Ａ．
，Ｐ．ＣｒｅｐａｕｘおよびＥ．Ｊ．Ｍｏｕｔａｒｄによる米国特許第
４，２７６，２４６号（１９８１年）を参照されたい。次に上記ピッチ発泡体は
長時間に亙り空気（もしくは酸素）中で加熱されて酸化的に安定化されることで
、炭化の間において溶融しない様に構造を架橋すると共にピッチを“硬化”せね
ばならない。ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔｙのＭａｔ
．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．第２７０巻（１９９２年）、第３５〜４０
頁におけるＨａｇａｒ，ＪｏｓｅｐｈＷ．およびＭａｘＬ．Ｌａｋｅの
“ＦｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＰｒｏｃｅ
ｓｓＭｏｄｅｌＰｒｏｃｅｓｓＭｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅＦｏａｍｉ
ｎｇｏｆａＭｅｓｏｐｈａｓｅＣａｒｂｏｎＰｒｅｃｕｒｓｏｒ”、
および、Ｃａｒｂｏｎ（１９８９年）、２７：６９７のＷｈｉｔｅ，Ｊ．Ｌ．
，およびＰ．Ｍ．Ｓｈａｅｆｆｅｒを参照。これは時間が掛かる工程であり、
必要とされる部品サイズおよび機器に依存して不経済な工程となり得る。“硬化
され”または酸化されたピッチは次に、不活性雰囲気で１，１００℃もの高温へ
と炭化され、次に３，０００℃もの高温に委ねられて黒鉛状炭素発泡体が製造さ
れる。

【０００４】他の技術は、フェノール、ウレタンまたは両者とピッチとの混合物などのポリ
マ性前駆体を使用する。ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｏｃｉｅｔ
ｙのＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．第２７０巻（１９９２年）、第
４１〜４６頁におけるＨａｇａｒ，ＪｏｓｅｐｈＷ．およびＭａｘＬ．
Ｌａｋｅの“ＩｄｅａｌｉｚｅｄＳｔｒｕｔＧｅｏｍｅｔｒｉｅｓｆｏｒ
Ｏｐｅｎ−ＣｅｌｌｅｄＦｏａｍｓ”、Ａｕｂｅｒｔ，Ｊ．Ｗ．（ＭＲ
Ｓシンポジウム議事録第２０７巻（１９９０年）第１１７〜１２７頁）、Ｍａｔ
．Ｓｃｉ．第２巻（１９６７年）、第５０７〜５１２頁のＣｏｗｌａｒｄ，
Ｆ．Ｃ．およびＪ．Ｃ．Ｌｅｗｉｓ，Ｊ．、ならびに、Ｊ．ｏｆＮｏｎ
− ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ、第１巻（１９６９年）、第２８５
〜３０２頁のＮｏｄａ，Ｔ．，ＩｎａｇａｋｉおよびＳ．Ｙａｍａｄａ，Ｊ．を参照。高圧が付与され、サンプルが加熱される。特定温度にて圧力は解
除されることから、液体は揮発性化合物が放出されるにつれて発泡する。上記ポ
リマ性前駆体は硬化されてから、安定化工程なしで炭化される。しかしこれらの
前駆体は“ガラス状”もしくはガラス質の炭素を生成し、これは黒鉛状構造を呈
さないので熱伝導率が低く剛性も低い。ＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ
ＳｏｃｉｅｔｙのＭａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．第２７０巻（１
９９２年）、第４１〜４６頁におけるＨａｇａｒ，ＪｏｓｅｐｈＷ．および
ＭａｘＬ．Ｌａｋｅの“ＩｄｅａｌｉｚｅｄＳｔｒｕｔＧｅｏｍｅｔｒ
ｉｅｓｆｏｒＯｐｅｎ−ＣｅｌｌｅｄＦｏａｍｓ”を参照。

【０００５】いずれの場合においても、発泡体が形成されたならそれは別個の工程にて、複
合体で使用される表面層（ｆａｃｅｓｈｅｅｔ）に対して結合される。これは発
泡体を使用する際の不経済な工程である。

【０００６】本発明の製造方法は発泡体を生成する上で“ブローイング”もしくは“圧力解
除”技術を必要としないことで、これらの制限を克服する。更に、ピッチ系炭素
発泡体を製造すべく他の方法で使用される如き酸化安定工程は必要とされない。
この製造方法は時間がそれほど掛からないことから、コストが低く製造も更に容
易である。更に、当該発泡体は該発泡体の表面上における高熱伝導率の炭素の一
体的層とともに生成され得ることから、表面上に円滑層を備えて熱伝達を改善す
る。

【０００７】本発明は更に、炭素質前駆体から誘導された熱伝導性発泡材料に関し、より詳
細には高い熱伝導率および熱交換特性を有する熱伝導性のピッチ誘導炭素発泡体
に関する。

【０００８】一方、不都合な熱の除去は頻繁に生ずる問題である。従来の解決策としては、
冷却ファン、氷パックおよび冷蔵システムが挙げられる。後者においては作動流
体が圧縮（凝縮）されると共に膨張チャンバもしくは管システムへと圧送されて
其処で蒸発することで気化に必要な潜熱を満足する熱を雰囲気から奪うことから
、周囲を冷却する。熱交換器を介して吹き出される空気は冷却されると共に、家
庭および自動車の空調システムなどにおける大きな空間を冷却すべく循環される
。

【０００９】能動的冷却（冷凍）は典型的に、ポンプ、バルブ、圧縮機などの複雑な機器を
要する。多くの冷凍システムは、有害でありもしくは環境的に優しくないＣＦＣ
（Ｆｒｅｏｎ（商標））を要する。故に高熱伝導性媒体による気化冷却システム
は、更に簡素で低コストな代替物を提供するであろう。更に、現場または第３世
界の各国で展開されるべく軽量で安価な携帯冷却器に対する要望が在る。

【００１０】本発明の熱伝導性炭素発泡体は、先行技術の制限を克服する。これに加えて本発明は、相転移材料により充填されると共にケース収納されて
ヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋ）製品を形成する多孔質炭素発泡体に関する
。

【００１１】現在、対象物を冷却もしくは加熱すべく大量の熱の蓄積を必要とする多くの用
途が在る。これらの用途は典型的に、冷却ファン、自然の対流もしくは放射によ
る通常の消散では熱を十分に迅速に消散し得ないほど急速に熱を生成することか
ら対象物は過熱する。この問題を緩和すべく、対象物が加熱されるときに該対象
物にはヒートシンクなどの大きな比熱の材料が接触するように載置される。加熱
プロセスの間において、熱は高温対象物から上記ヒートシンクへと伝達され、ヒ
ートシンクの温度が上昇するにつれて該ヒートシンクは、対流により周囲へと消
散され得るよりも迅速に熱を“蓄積”する。しかし残念乍らヒートシンクの温度
が上昇すると高温対象物からの熱流束は、２つの対象物間の温度差が小さいので
減少する。故に、このエネルギ蓄積方法は一定用途にては大量の熱を吸収し得る
が、全ての用途に対して十分ではない。

【００１２】熱を吸収する別の方法は、温度の変化ではなく材料の相の転移によるものであ
る。典型的には材料が相転移すると、該材料の熱容量よりも２桁大きい熱的エネ
ルギが吸収される。たとえば１グラムの水が１００℃で気化すると２，４３９ジ
ュールのエネルギを吸収するが、水の温度を９９℃から１００℃へと変化させて
も４．２１ジュールのエネルギしか吸収されない。換言すると、５７９グラムの
水の温度を９９℃から１００℃へと上昇させると、１００℃における１グラムの
水の蒸発と同一量の熱が吸収される。物質の融点にても同様の傾向が見られる。
この現象は、ヒートシンクが機能しない状況で膨大な量のエネルギを吸収もしく
は放出する一定用途において使用されてきた。

【００１３】相転移材料の固体ブロックは理論的には極めて大きな熱吸収容量を有するが、
熱伝達の困難性の故にそのプロセスは迅速では無く、故に一定用途では使用され
得ない。しかし上記高熱伝導性発泡体を使用すれば、上述の欠点は克服される。
上記高伝導性発泡体が相転移材料で充填された場合には、上記プロセスは極めて
迅速となり得る。上記発泡体の支柱部における極めて高い伝導性のために、該発
泡体の表面に熱が接触すると熱は該発泡体を介して上記相転移材料の極めて大き
な表面積へと迅速に伝達される。故に熱は上記相転移材料の全体に対して極めて
迅速に分散されることから、温度を変化させずに極めて迅速に熱的エネルギを吸
収もしくは放出し、熱伝達に対する推進力を最大限に維持する。

【００１４】またヒートシンクは、迅速な熱発生が見られるミサイルおよび航空機などの用
途でエネルギを吸収するために航空宇宙分野において使用されて来た。大きな融
解熱を有する材料は、黒鉛もしくは典型的にはアルミニウムである金属のケース
に収納されると共に熱を生成する対象物と接触して載置される。殆どの相転移材
料は低い熱伝導率を有することから該材料を介した熱伝達の速度は制限されるが
、これは相転移による大きなエネルギ吸収機能により相殺される。金属もしくは
黒鉛のケースを通して熱が相転移材料へと伝達されるにつれ、熱源に最も近い相
転移材料は融解し始める。相転移材料の温度は該材料の全てが融解するまで変化
しないことから、上記熱源から相転移材料までの流束は比較的に一定のままとな
る。但し熱が更に相転移材料を融解し続けると、更なる液体が形成される。残念
乍らこの液体の熱伝導率は相当に低いので、熱流を更に妨げる。実際、固体およ
び液体である相転移材料の全体的に低い熱伝導率は熱吸収の速度を制限すること
から、当該システムの効率を低下させる。

【００１５】発明の要約：本発明の一般的な目的は、合成タール系、石油タール系もしくは石炭タール系
ピッチなどのメソフェーズピッチまたは等方性ピッチから炭素発泡体および複合
体を提供することにある。

【００１６】別の目的は、酸化安定工程を必要としないピッチから炭素発泡体および複合体
を提供することにある。これらのおよび他の目的は、適切な鋳型形状が選択されると共に好適には適切
な鋳型剥離剤が鋳型の壁部に塗付されるという炭素発泡体の製造方法により達成
される。上記鋳型内の適切な高さまでピッチが導入されると共に、該鋳型は真空
の付与などによりパージ（ｐｕｒｇｅ）される。これに代わって、不活性流体が
用いられ得る。上記ピッチは、該ピッチが融合して液体となるに十分な温度であ
り、好適には該ピッチの軟化点より約５０℃乃至約１００℃だけ高い温度まで加
熱される。上記真空は解放されると共に、約６，８９５，０００Ｐａ（約１，０
００ｐｓｉ）までの静圧力にて不活性流体が付与される。上記ピッチは、気体が
放出されて該ピッチを発泡させるに十分な温度まで加熱される。上記ピッチは更
に該ピッチをコークス化するに十分な温度まで加熱されると共に、該ピッチは圧
力を同時に且つ漸進的に解放し乍ら室温まで冷却される。

【００１７】別の態様において前述の各工程は、溶融ピッチが濡れない材料から成る鋳型に
おいて用いられる。更に別の態様において上記目的は、滑らかで一体的な表面層を備えた発泡体生
成物を含め、本明細書中に開示された方法により製造された炭素発泡体生成物に
より達成される。

【００１８】更に別の態様においては、本発明の製造方法により製造された炭素発泡体に対
し表面層を接着することにより、炭素発泡体複合製品が製造される。本発明の別の目的は、熱伝導性炭素発泡体を提供することにある。本発明の更なる目的は、熱伝導性炭素発泡体を使用して冷却効果を引き起こす
方法を提供することにある。

【００１９】更なる目的は、炭素発泡体コアを用いた熱交換装置を提供することにある。これらのおよび他の目的は一実施例において、熱伝導性のピッチ誘導炭素発泡
体により達成される。ひとつの態様において、上記発泡体は開放セル連結帯構成を有する。別実施例において上記目的は、熱伝導性のピッチ誘導炭素発泡体が選択されて
いる、冷却効果を引き起こすための方法により達成される。上記発泡体は蒸発性
液体と接触され、該蒸発性液体の蒸発が行われる。

【００２０】更なる別実施例において上記目的は、熱伝導性のピッチ誘導炭素発泡体コアを
有する熱交換装置により達成される。流体不浸透性の被覆が上記発泡体コアの一
部分を覆い且つ別の部分を露出する。露出された部分は、蒸発性液体に対する出
入りを供与する。

【００２１】別の態様においては、コアと流体連通する上側リザーバおよび下側リザーバと
、下側リザーバから上側リザーバへと蒸発性液体を送給し得る、該上側リザーバ
および下側リザーバと流体連通したポンプ装置とが配備される。

【００２２】更に別の態様において、上記炭素発泡体は別体のカラム内に位置され、各カラ
ム間を離間させて冷蔵容器が提供される。更なる別の態様においては発泡体を移動させることにより、蒸発性液体の存在
下でまたは存在なしで、発泡体と熱伝達流体との間の相対移動が進展され、それ
により蒸発が促進されて冷却効果が高められる。

【００２３】本発明の更に別の目的は、相転移材料が充填されると共にケース収納された高
熱伝導率の多孔質炭素発泡体であって、膨大な量熱的エネルギが極めて迅速に蓄
積かつ放出される多孔質炭素発泡体を製造することにある。相転移材料（ＰＣＭ
）により充填された上記多孔質発泡体は、上記相転移材料の温度が当該デバイス
の作動温度付近に留まるように、上記相転移材料へと熱を伝導する。その表面に
対し、コンピュータ・チップ、大気への再突入による摩擦、または、日光の放射
などの熱源から熱が加えられると、この熱は発泡体の全体に亙り、次に相転移材
料へと迅速に均一に伝達される。上記材料が相を転移すると、融解もしくは気化
に対する潜熱が伝達するために、非ＰＣＭ材料より数桁も大きなエネルギを吸収
する。逆に上記充填発泡体は、低温対象物に接触して載置された場合にはエネル
ギを迅速に放出すべく使用され得る。

【００２４】本明細書中に開示される非限定的実施例は、冷凍食品を迅速に解凍するか、も
しくは解凍された食品を迅速に冷凍する装置、人工衛星が軌道周回の間に周期的
加熱に遭遇するときに該人工衛星の過熱を防止するか、もしくは熱的エネルギを
蓄積する設計態様、および、極超音速飛行もしくは宇宙からの大気圏再突入の間
に先頭部を冷却する設計態様である。

【００２５】発明の詳細な説明：本発明の炭素発泡体生成物および複合体を例証すべく、以下の実施例Ｉ〜ＸＩ
Ｘが示される。これらは如何なる点でも本発明の限定を企図していない。実施例Ｉ：発泡体の所望の最終形状を有する鋳型内に、ピッチの粉末、細粒もしくはペレ
ットが載置される。これらのピッチ材料は所望であれば溶媒和され得る。この実
施例においてはミツビシ（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）のＡＲＡ−２４メソフェーズ
ピッチが使用された。部品の取外しを許容すべく上記鋳型の各面には適切な鋳型
剥離剤もしくは膜が塗付される。この場合、鋳型剥離剤としては窒化ホウ素噴霧
および乾燥黒鉛潤滑油が別個に使用された。鋳型が純粋なアルミニウムで作成さ
れている場合には鋳型剥離剤は必要でない、と言うのも、溶融ピッチはアルミニ
ウムを濡らさないので鋳型に付着しないからである。ピッチが濡らさないことか
ら鋳型剥離を必要としない同様の鋳型材料が見出され得る。サンプルは、１３３
．３Ｐａ（１ｔｏｒｒ）未満まで減圧されてから、軟化点より約５０〜１００℃
高い温度まで加熱される。ミツビシのＡＲＡ２４メソフェーズピッチが使用され
たこの場合、３００℃で十分であった。この温度にて真空は窒素ブランケットへ
と解放されてから６，８９５，０００Ｐａ（１，０００ｐｓｉ）までの圧力が付
与される。系の温度は次に、８００℃、または、ピッチをコークス化するに十分
な約５００℃〜１，０００℃の温度へと上昇される。これは、約５℃／分以下、
好適には約２℃／分の速度で実施される。温度は確実な温度浸透を達成すべく少
なくとも１５分維持されてから、加熱炉電力が遮断されて室温まで冷却される。
上記発泡体は好適には、約１３，７９０Ｐａ／分（約２ｐｓｉ／分）の速度にお
ける圧力解放により約１．５℃／分の速度で冷却された。３回の製造処理に対す
る最終発泡体温度は夫々、５００℃、６３０℃および８００℃であった。冷却サ
イクルの間、圧力は漸進的に大気状態へと解放される。上記発泡体は次に窒素ブ
ランケット下で１，０５０℃へと加熱処理（炭化）されてから、アルゴン中で２
，５００℃および２，８００℃へと別の工程で加熱処理（黒鉛化）されたされた
。

【００２６】この技術により製造された炭素発泡体は、顕微鏡写真撮影、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）、Ｘ線分析および水銀ポリシメトリ（ｍｅｒｃｕｒｙｐｏｒｉｓｉ
ｍｅｔｒｙ）により検証された。図２乃至図７において理解され得る如く、交差
偏光下において等色領域を強調している干渉パターンは、発泡体の支柱部が完全
に黒鉛状であることを示している。すなわちピッチの全ては、黒鉛へと変換され
て支柱部の軸線に沿って整列された。これらの支柱部はサイズも同様であると共
に、発泡体の全体に亙り相互接続されている。このことは、該発泡体が高い剛性
および良好な強度を有するであろうことを表す。図７に見られる如く、上記発泡
体のＳＥＭ顕微鏡写真によれば該発泡体は開放セル状であり、細孔は閉塞性でな
いことを意味している。図８および図９は、水銀ポリシメトリ試験の結果である
。これらの試験は、細孔サイズが９０〜２００ミクロンの範囲であることを示し
ている。

【００２７】揮発物が放出される温度を決定すべく、未処理ピッチの熱重量解析が実施され
た。図１０において理解され得る如く、上記ピッチは約４２０℃乃至約４８０℃
の温度範囲にて相当に迅速にその質量の略々２０％を喪失する。これは大気圧で
実施されたが、６，８９５，０００Ｐａ（１，０００ｐｓｉ）の圧力を付加して
もこの作用はそれほど変動されない。故に圧力が６，８９５，０００Ｐａ（１，
０００ｐｓｉ）に在る間において４２０℃乃至４８０℃の温度範囲に亙る加熱の
間に気体は迅速に放出された。上記気体は溶融ピッチに対して（沸騰の様に）発
泡効果を生じる。（特定ピッチに依存して）温度が更に５００℃乃至１，０００
℃の温度範囲へと上昇されるにつれて上記発泡済ピッチがコークス化される（す
なわち堅固になる）ことによって、ピッチから誘導された固体発泡体（ｓｏｌｉ
ｄｆｏａｍ）が生成する。従って上記発泡は圧力の解放の前に生じており、故
にこの製造方法は先行技術とは非常に異なるものである。

【００２８】上記発泡体からのサンプルは、熱伝導率を測定する標本へと加工された。体積
熱伝導率（ｂｕｌｋｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は５８Ｗ／
ｍ・Ｋ乃至１０６Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であった。各サンプルの平均密度は０．５３
ｇ／ｃｍ³であった。故に重量を考慮した場合、上記ピッチ誘導発泡体の固有熱
伝導率は銅の４倍以上である。更なる誘導体を使用すると、支柱部自体の熱伝導
率は約７００Ｗ／ｍ・Ｋと評価され得る。これは、同一のＡＲＡ２４メソフェー
ズピッチから製造された高熱伝導率の炭素繊維に匹敵する。

【００２９】上記材料の結晶構造を決定すべく、上記発泡体のＸ線分析が実施された。この
Ｘ線の結果は図１１に示される。このデータから、グラフェン層間隔（ｇｒａｐ
ｈｅｎｅｌａｙｅｒｓｐａｃｉｎｇ）は０．３３６ｎｍと決定された。コヒ
ーレンス長（Ｌａ、１０１０）は２０３．３ｎｍと決定され且つ積層高さは４４
２．３ｎｍと決定された。

【００３０】各サンプルの圧縮強度は３．４ＭＰａと測定されると共に、体積弾性係数（ｃ
ｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｕｌｕｓ）は７３．４ＭＰａと測定された。上記
発泡体サンプルは容易に加工されると共に損傷の虞れなく容易に取り扱われ、良
好な強度を示した。

【００３１】このピッチが同様の様式であり乍らも大気圧のみの下で加熱された場合、該ピ
ッチは圧力下よりも劇的に多く発泡することに留意することが重要である。実際
、結果として生じる発泡体は試験を実施すべく取り扱い得ないほどに脆弱である
。圧力下で鋳造を行うと、セルの成長を制限する役割を果たし、使用可能な材料
が製造される。

【００３２】実施例ＩＩ：実施例Ｉの方法に対する代替の方法は、アルミニウムから作成された鋳型を使
用することである。この場合は２個の鋳型、すなわちアルミニウム秤量皿および
切断されたソーダ缶が使用された。アルミニウムの溶融を防止すべく最終コーク
ス化温度のみが６３０℃である以外、実施例Ｉに示されたのと同一の製造方法が
用いられる。

【００３３】図１２Ａ乃至図１２Ｃは、複雑形状の発泡体を製造すべく複雑形状の鋳型を使
用する可能性を示している。図１２Ａに示されたひとつの場合、ソーダ缶の頂部
が除去されて残りの缶が鋳型として使用され得る。剥離剤は使用されなかった。
尚、２，８００℃までの黒鉛化の後でさえも結果的な部品の形状はソーダ缶の形
状に合致することに留意されたい。これは、上記発泡体の寸法安定性と、殆ど正
味形状の部品を製造する可能性を示している。

【００３４】アルミニウム秤量皿を用いた図１２Ｂおよび図１２Ｃに示された第２の場合、
このアルミニウムに接触する表面には極めて滑らかな表面が形成された。これは
直接的に、溶融ピッチはアルミニウムの表面を濡らさないという事実に起因する
。これにより、結合のための接触領域を改善すべくまたは熱伝達を改善すべく円
滑表面を有する複雑形状部品が製造され得る。この円滑表面は表面層として作用
することから、表面層の製造により発泡体コア複合体が原位置で製造され得る。
それは一体的材料として一体的に製造されることから、界面結合は生ぜずに熱応
力は少なく、より強い材料をもたらす。以下の各実施例は、本発明の発泡体を用いた複合材料の製造を示している。

【００３５】実施例ＩＩＩ：実施例Ｉに記述された方法により、ピッチ誘導炭素発泡体が製造された。図１
３Ａを参照すると、炭素発泡体１０は次に５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ×１．２
７ｃｍ（２”×２”×１／２”）のブロックへと加工された。ＨｅｒｃｕｌｅｓＡＳ４炭素繊維およびＩＣＩＦｉｂｉｒｉｔｅポリエーテルエーテルケトン
熱可塑性樹脂から成り、かつ５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ×１．２７ｃｍ（２”
×２”×１／２”）サイズとされたプリペグの２個の部片１２，１４が、発泡体
サンプルの頂部および底部に載置され、これらの全てが黒鉛プランジャ１８によ
り圧縮されるべく整合した黒鉛鋳型１６内に載置された。上記複合体サンプルは
６８９，５００Ｐａ（１００ｐｓｉ）の付与圧力下で５℃／分の速度で３８０℃
まで加熱された。上記複合体は次に、６８９，５００Ｐａ（１００ｐｓｉ）の圧
力下で６５０℃の温度へと加熱された。発泡体コア挟持パネル２０は次に鋳型か
ら取出されて窒素下で１，０５０℃へと炭化されてから２，８００℃へと黒鉛化
され、表面に炭素−炭素表面層が結合した発泡体を生じた。この複合体３０は図
１３Ｂに示される。

【００３６】実施例ＩＶ：実施例Ｉに記述された方法によりピッチ誘導炭素発泡体が製造された。該炭素
発泡体は次に５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ×１．２７ｃｍ（２”×２”×１／２
”）のブロックへと加工された。５．０８ｃｍ×５．０８ｃｍ×１．２７ｃｍ（
２”×２”×１／２”）の２個の炭素−炭素材料の部片が、５０％のエタノール
、および、コクシデンタル・ケミカル・コーポレーション（Ｏｃｃｉｄｅｎｔａ
ｌＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．）から入手可能なＤｕｒｅｚ（著作権）樹脂の５
０％の混合物により軽く被覆された。上記発泡体ブロックおよび炭素−炭素材料
は一体的に位置されると共に、実施例ＩＩＩで示された鋳型内に載置された。上
記サンプルは５℃／分の速度で１５０℃の温度へと加熱され、その温度で１４時
間に亙り温度浸透された。上記サンプルは次に窒素下で１，０５０℃へと炭化さ
れてから２，８００℃へと黒鉛化され、表面に炭素−炭素表面層を備えた発泡体
を生じた。これは図１３Ｂで符号３０により示される。

【００３７】実施例Ｖ：実施例Ｉに記述された方法により、ピッチ誘導炭素発泡体が製造された。発泡
体サンプルは次に、化学気相浸透（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｉｎｆｉｌ
ｔｒａｔｉｏｎ）法により、炭素で密度を上昇された。密度は１．４ｇ／ｃｍ³ へと増加され、曲げ強度は１９．５ＭＰａであり且つ曲げ係数は２，３００ＭＰ
ａであった。未処理発泡体の熱伝導率は５８Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度を上昇され
た発泡体の熱伝導率は９４Ｗ／ｍ・Ｋであった。

【００３８】実施例ＶＩ：実施例Ｉに記述された方法によりピッチ誘導炭素発泡体が製造された。発泡体
サンプルは次に、真空含浸方法によりエポキシで密度上昇された。エポキシは１
５０℃で５時間に亙り硬化された。密度は１．３７ｇ／ｃｍ³へと増加し、曲げ
強度は１９．３ＭＰａと測定された。

【００３９】許容可能な特性を有する発泡体コア複合材料を製造するために、本発明の上記
発泡体の表面に対し、金属、セラミクス、プラスチックもしくは繊維強化プラス
チックなどの他の材料が結合され得ることは明らかである。また密度上昇のため
に上記発泡体へとセラミクスもしくはガラスまたは他の材料が含浸され得ること
も明らかである。

【００４０】これまでに上記炭素発泡体材料から得られたデータに基づくと、幾つかの観察
が為され得ると共に、本発明の重要な特徴は次の通りである。１．酸化安定工程なしでピッチ系炭素発泡体が製造され得ることから、時間お
よびコストが節約される。

【００４１】２．２，５００℃までの黒鉛化時に上記発泡体の支柱部内では高い黒鉛整列が
達成されることから上記発泡体により高い熱伝導率および剛性が呈され、該発泡
体は熱的用途に対するコア材料に適したものとなる。

【００４２】３．メソフェーズピッチ系炭素発泡体により高圧縮強度が達成されるべきこと
から、該炭素発泡体は構造的用途に対するコア材料に適したものとなる。４．上記発泡体が生成されるのと同時に発泡体コア複合体が製造され得ること
から、時間およびコストが節約される。

【００４３】５．セラミクスおよび炭素溶浸材の化学気相浸透方法による密度上昇に適した
相当の開放細孔を備えた堅固でモノリシックなプリフォームが作成され得る。６．モノリシックな活性炭を製造すべく活性化に適した相当の開放細孔を備え
た堅固でモノリシックなプリフォームが作成され得る。

【００４４】７．付与される圧力を変更することにより発泡の間に形成される泡のサイズが
変化することから、密度、強度および他の特性が変化され得る。本発明の製造方法に依れば、以下の代替的な処理手順および生成物もまた実施
され得る。

【００４５】１．ＣＶＩもしくは溶融含浸による密度上昇のための複雑形状を有するプリフ
ォームの製造。２．活性炭のモノリス（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）。３．光学的吸収体。４．低密度の加熱要素。５．防火壁材料。６．高エネルギ用途に対する、二次電子放出が少ないターゲット。

【００４６】故に本発明は、構造的複合体および熱的複合体に対するピッチ系炭素発泡体の
製造を支援することは理解される。該製造方法は、合成タール系、石油タール系
または石炭タール系とされ得るメソフェーズピッチもしくは等方性ピッチから黒
鉛状発泡体を製造する工程を含む。これらのピッチの混合物もまた用いられ得る
。簡素化された製造方法は、高圧高温加熱炉を使用することから、酸化安定工程
を必要としない。上記発泡体は、閉塞細孔が殆ど無い比較的均一な細孔サイズ（
＝１００ミクロン）の分布と、約０．５３ｇ／ｃｍ³の密度とを有する。上記メ
ソフェーズピッチは発泡体構造の支柱部に沿い延伸されることから、支柱部内に
高度に整列された黒鉛状構造を生成する。これらの支柱部は、（Ｐ−１２０およ
びＫ１１００などの）極めて高価で高性能な炭素繊維と同様の熱伝導率および剛
性を呈する。故に上記発泡体は、極めて低い密度（≒０．５ｇ／ｃｃ）にて高い
剛性および熱伝導率を呈する。この発泡体は熱的用途および構造的用途の両者に
対し、高温用挟持パネル用のコア材料として適所に形成され得る。

【００４７】等方性ピッチを使用することにより、結果として生じる発泡体は容易に活性化
されて大きな表面積の活性炭を生成し得る。この活性炭発泡体は、摩損、局部流
れおよび大きな圧力低下などの、細粒に伴う問題は生じない。

【００４８】本発明の高熱伝導率の炭素繊維は、蒸発冷却式のヒートシンクもしくは熱交換
器を提供すべく使用され得る。メソフェーズピッチから誘導されると共に図２乃
至図７に示された上記炭素発泡体は、セル壁部／連結帯に対する作動流体の自由
な出入りを許容する開放構造を有する。作動流体がセル表面に接触するときに作
動流体は蒸発し、気化の潜熱により炭素発泡体が冷却される。冷却の程度は、作
動流体および周囲条件（温度および圧力）に依存する。ヒートシンク／交換器の
温度はアセトンを作動流体として用いると、１５９．９６Ｐａ（１，２００ミク
ロンＨｇ（１．２ｔｏｒｒ））の圧力で２２３Ｋ（−５０℃）未満に下落し、大
気温度および圧力にてアセトンを作動流体として用いると０．５℃に下落するこ
とが分かった。上記炭素発泡体上に空気を強制的に流すと、大気条件（ａｍｂｉ
ｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）下で観察された温度低下を超えて温度低下が大き
くなる。本明細書中に記述されたヒートシンク／交換器は、パーソナル／身体冷
却スーツ、携帯冷蔵システムもしくはクーラ、および空調システム（家庭および
車両）などの熱除去システムに応用性が在ることが分かった。

【００４９】以下の実施例は、前述の炭素発泡体がアセトン、エタノールおよび水により代
表される異なる作動流体と接触したときの蒸発冷却効果を示している。これらの
実施例は如何なる点でも本発明の限定を企図しない。発泡炭素は、作動流体に浸
されもしくは部分的に浸漬された。作動流体から取出すと同時に実施例ＶＩＩ〜
Ｘに示された如く、発泡体サンプルは該発泡体サンプルを貫通する熱電対と共に
真空炉内に載置された。発泡体温度は、時間および圧力（真空）の関数として監
視された。実験室の周囲温度は、約２１℃であった。

【００５０】実施例ＶＩＩ：アセトン

【表１】

【００５１】サンプルが真空炉から取出されたとき、氷の形成が認められたが、これはおそ
らく加熱炉雰囲気から凝縮した湿気であるかまたは発泡体から脱離した湿気であ
ると思われる。

【００５２】実施例ＶＩＩＩ：エタノール

【表２】

【００５３】実施例ＩＸ：水

【表３】

【００５４】実施例ＩＸの場合にサンプルを真空内で水に浸漬させることで、発泡体が飽和
されるのを確実とした。これによりおそらく、過剰な水がサンプルに浸透するの
が許容され、蒸発に使用可能な発泡体の露出表面積が減少された。更に、炉内に
おいて生じた水の高い分圧の故に、合理的な時間内で良好な真空を達成すること
が不可能となった。故に実験は実施例Ｘにおいて反復されたが、発泡体に付与さ
れた水は相当に少なかった。実施例Ｘ：水（反復）

【表４】

【００５５】この場合、実施例ＩＸに対するよりも相当に短時間で零度以下の温度が達成さ
れた。

【００５６】実施例ＶＩＩ、ＶＩＩＩおよびＸに対するデータは図１４にプロットされてい
る。観察された最も低い温度（−５３．４°）は、作動流体としてアセトンを用
いると４分で達成された。作動流体がエタノールおよび水の場合には同一の時間
で−２４．１℃および−５．５℃の温度が夫々達成された。

【００５７】大気の圧力および温度における蒸発的冷却の効果を示すべく、実施例ＸＩ乃至
ＸＩＩＩに示される更なる一連の試験が実施された。発泡炭素サンプルは、ペト
リ皿内に載置された。発泡体に加工された細孔内には、熱電対が載置された。上
記炭素発泡体は、ペトリ皿の底部が作動流体により完全に覆われるまで、作動流
体に浸された。次に、結果として生じた発泡体温度が時間の関数として書き留め
られた。

【００５８】実施例ＸＩ：アセトン

【表５】

【００５９】３８分後、ペトリ皿内もしくは炭素発泡体サンプルの下方にアセトンは認めら
れなかった。上記サンプルは乾燥されるべく６０℃で空気循環炉内に載置され、
次に、周囲温度まで冷却された。

【００６０】実施例ＸＩＩ：エタノール

【表６】

【００６１】３８分後、ペトリ皿の底部には相当量のエタノールが認められた。上記サンプ
ルは乾燥されるべく６０℃で空気循環炉内に載置され、次に、周囲温度まで冷却
された。

【００６２】実施例ＸＩＩＩ：水

【表７】＊炭素発泡体サンプルには付加的な水が掛けられた。

【００６３】３８分後、ペトリ皿の底部には相当量の水が認められた。時間の関数としてプ
ロットされた炭素発泡体の温度は、図１５に示される。全ての３種の作動流体に
対する最も低い温度は、真空下で蒸発が生じた前述の各実施例におけるよりも高
い。更に、大気条件下で全ての３種の作動流体に対し、温度低下の速度は相当に
小さかった。到達された最低温度（０．５℃）は、作動流体としてアセトンによ
り３８分で達成された。同様の時間でエタノールおよび水に対し達成された最低
温度は夫々、１４．３℃および１８．９℃であった。

【００６４】蒸発冷却プロセスの間において強化された空気流が発泡体温度に対して有する
効果を決定すべく、第３の一連の試験が行われた。この一連の実験においては発
泡体およびペトリ皿に対して周囲空気を吹き付けるべくファン（回転式、電気モ
ータ駆動の家庭用冷却タイプ）が用いられた以外、先の各実施例で示された処理
手順が追随された。

【００６５】実施例ＸＩＶ：強制空気流によるアセトン

【表８】

【００６６】ペトリ皿には付加的なアセトンが頻繁に補充された。実施例ＸＶ：強制空気流によるエタノール

【表９】

【００６７】ペトリ皿のエタノールは１度だけ補充された。

【００６８】実施例ＸＶＩ：強制空気流による水

【表１０】実施例ＸＩＶ、ＸＶおよびＸＶＩからのデータは図１６にプロットされている
。蒸発する作動流体／炭素発泡体上で空気が強制されたときには、冷却効果が強
化される。

【００６９】以下の表Ｉは、用いられた３通りの条件下で各作動流体に対し達成された温度
低下（差分）を要約している。表Ｉ．本出願で検証された３通りの条件に対する温度低下データの要約

【表１１】

【００７０】上記表Ｉにおいて真空に対し記録された温度低下は、極限条件を示す。大気デ
ータにより示される如く、中程度の真空圧力が用いられる場合には、温度低下は
小さくなる。強制空気流は蒸発により冷却効果を強化した、と言うのも、発泡体
上における蒸発溶媒の分圧が減少し、飽和空気が新鮮な（不飽和）空気により定
常的にパージされるからである。

【００７１】これらのデータによれば、本発明の炭素発泡体は作動流体の蒸発冷却効果によ
り極めて低い温度を容易に達成し、これは不都合な熱の除去に対して使用され得
ることを明らかに示している。各実施例で用いられた３通りの作動流体は、それ
らの入手の可能性の故に選択された。理想的な作動流体は、高い気化潜熱、大気
に近い気化温度を有すると共に、無毒であり且つ環境的に容認可能なものである
。

【００７２】本発明の発泡材料は幾つかの理由により低温を達成する。すなわち、（ｉ）該
材料は優れた熱伝導率および大きな表面積の故に効率的な熱伝達媒体であり、（
ｉｉ）作動流体は高い気化潜熱および（室温に近い）低い温度を有し、（ｉｉｉ
）周囲圧力は低い（すなわち真空である）ので、炭素発泡体表面からの迅速な蒸
発を引き起こす。

【００７３】以下においては、蒸発冷却により本発明の発泡体で達成される低温を使用する
種々の用途に対する熱除去システムの好適実施例が記載される。図１７において、家庭もしくは自動車に対して蒸発冷却されるヒートシンクも
しくは空調機が符号１１０で示される。作動流体はリザーバ１１２から、ポンプ
１１６およびライン１５，１７を介してヘッダ・タンク１１４へと圧送される。
該作動流体は、不浸透性の被膜もしくは層１２０内に収納された本発明の炭素発
泡体１１８を介して排出される。発泡体１１８を介した流体の下方流は、重力の
影響下でまたはポンプ１１６により生成される圧力差で生ずる。上記炭素発泡体
の表面から作動流体が蒸発すると、炭素発泡体１１８が冷却される。ポンプ１１
６によりリザーバ１１２内で生成された真空は、発泡体１１８からの蒸発冷却を
強化すると共に、先の各実施例ＶＩＩ〜ＸＶＩにより例証される如く温度低下を
増進する。モータ２２およびダクト２４を備えたファンは蒸発に使用された空気
とは別体の（周囲温度の）空気流を、被膜すなわちケーシング１２０および炭素
発泡体１１８における貫通部２６を介して導向し、其処でこの空気流は冷却され
た発泡体コア１１８に対して過剰熱を引き渡す。故に上記空気流は発泡体コア１
１８を周囲温度以下で退出すると共に、居住空間を冷却すべく導かれ得る。発泡
体コア１１８を退出する蒸気を凝縮すべく、凝縮器もしくは冷却トラップ２８が
必要とされ得る。凝縮された作動流体はヘッダ・タンク１１４へと戻される。

【００７４】これに代わって、空気の代わりに、電子機器、または、低温貯蔵における化学
物質／薬剤、または、内燃機関などの重要構成要素から熱を除去すべく水、エチ
レングリコール、ヘリウムもしくは窒素などの別の冷却流体が使用されてもよい
。

【００７５】図１８は、蒸発冷却されるコールドボックス１３０を示している。冷却される
べき物品が載置される一連の開放キャビティ３６を、封入された炭素発泡体コア
３２が囲繞する。封入層３８もまた、発泡体コア３２の上下に囲繞キャビティ４
０および４２を提供する。作動流体は、開口４４などを介して頂部閉鎖キャビテ
ィ４０へと注入され、発泡体３２を通り排出される。上記頂部キャビティ内には
排気口４６が付加的に配置され、作動流体が大気へと蒸発するのを許容する。炭
素発泡体３２の表面から作動流体が蒸発すると、該発泡体の温度が下がる。付加
的な作動流体の蒸発に対する熱は開放キャビティ３６から抽出されることから、
該キャビティ内の温度が下がる。コールドボックス全体は断熱材内に包装または
覆われ、断熱蓋部４８が上記開放（冷却保存）キャビティをシールする。断熱コ
ールドボックス１３０に対してはファンが装着されることで、上記発泡体を通る
空気流を増加させることにより作動流体の蒸発速度を増大させ得る。

【００７６】上記炭素発泡体によれば、蒸発冷却されるコールドパック（ｃｏｌｄｐａｃ
ｋ）も作成され得る。これは、使用の前に冷凍されるという現在使用可能なもの
と幾分か類似し、上記炭素発泡体材料を用いて製造され得る。炭素発泡体ブロッ
クが不浸透性材料により封入される。発泡体表面に対しては作動流体が注入され
、該発泡体表面を濡らして蒸発することで、発泡体温度が低下する。作動流体が
注入される開口は、蒸発する流体が大気へと排気されるのを許容する。

【００７７】図１９は、車両用ラジエータ５０として使用されるべきブロック５１の形態に
ある本発明の炭素発泡体１１８を示している。発泡体ブロック５１を通り出力マ
ニフォルド５６に至るパイプ５４に接続された取入マニフォルド５２内には、高
温のエンジン冷却液が導入される。図２０に示された如く発泡体ブロック５１は
、通常のフレーム５３および車輪５５を有する自動車５８に支持される。高温流
体は、出力導管５７によりエンジン５９から取入マニフォルド５２へと搬送され
る。冷却された流体は取入導管６０により、出力マニフォルド５６からエンジン
５９へと戻される。自動車５８が道路を移動すると空気は強制的に発泡体ブロッ
ク５１を通過し、熱を周囲へと取り去る。ラジエータ５０から周囲への熱伝達の
効率は、ブロック５１の表面積に直接的に関連する。典型的なラジエータは１０
ｍ²に近似し得る一方、６０．９６ｃｍ×６０．９６ｃｍ×２．５４ｃｍ（２フ
ィート×２フィート×１インチ）の発泡体ブロックは約１９，０００ｍ²の表面
積を有することから、ラジエータの増加効率は略々３桁の大きさで改善される。

【００７８】図２１は、回転ディスク・デバイス７０の形態の炭素発泡体１１８を示してい
る。該ディスク・デバイスは、中央中空管路部材７６および外側管路部材７８を
提供する二重壁管路７４に接続された発泡体ディスク部分７２を含む。管路７８
には空気および蒸発性流体が導入され、発泡体ディスク部分７２内へと通過する
。この空気および蒸発性流体は、ディスク部分７２の外側部まで回転されたとき
に該ディスク部分７２の外方へと吐き出される。これは、空気に対しては矢印８
０で、且つ蒸発性液体に対しては矢印８２により示される。ディスク部分７２の
両側には、流体不浸透性被覆７９がシール表面を提供する。冷却されるべき高温
流体は中央中空管路部材７６を下方に通過させられ、ディスク部分７２内で冷却
される。該流体は、管路７６の底部８４から流出する。回転ディスク部分７２は
、適切なハウジング内の軸受８６，８８により支持される。ディスク部分７２の
回転は、管路７４に駆動プーリ９４を接続し乍ら駆動ベルト９６により駆動プー
リ９２および９４を駆動するモータ９０により行われる。

【００７９】故に、本発明に依れば以下の点が提供されることが理解され得る．（ｉ）極めて大きな熱伝導率を有する炭素発泡体。故に、大きな温度勾配が進
展する可能性は小さく、蒸発による表面冷却は材料全体の冷却へと迅速に伝達さ
れる。

【００８０】（ｉｉ）上記発泡体は、そのセル状構造に由来する拡大表面積を有する。これ
により、作動流体は迅速に蒸発し得る。（ｉｉｉ）上記発泡体は、作動流体が材料へと浸透するのを許容する開放構造
を有する。

【００８１】（ｉｖ）セルのサイズおよび連結帯の特性は変更され得ることから、当該材料
は、選択された作動流体または予見される冷却用途に対し適合調整され得る。（ｖ）無毒で環境的に容認可能な作動流体が選択され得る。（ｖｉ）本明細書中に開示された如き気化冷却システムは、可動部品を殆ども
しくは全く使用しないことにより、低い（ゼロ）エネルギ消費および大きな信頼
性を潜在的に提供する。

【００８２】本発明の別の目的は、炭素発泡体製ヒートシンク製品、すなわち、相転移材料
が充填されてケース収納された高熱伝導率の多孔質炭素発泡体であって相当の量
の熱的エネルギが極めて迅速に蓄積かつ放出される炭素発泡体を製造することに
ある。上記多孔質発泡体は、当該デバイスの作動温度の近傍の温度における相転
移材料（ＰＣＭ）により充填される。その表面に対し、コンピュータ・チップ、
大気への再突入による摩擦、または、日光の放射などの熱源から熱が加えられる
と、この熱は発泡体の全体に亙り、次に相転移材料へと迅速に均一に伝達される
。上記材料が相を転移すると、融解もしくは気化に対する潜熱の伝達の故に、非
ＰＣＭ材料より数桁も大きなエネルギを吸収する。逆に上記充填発泡体は、低温
対象物に接触して載置された場合にはエネルギを迅速に放出すべく使用され得る
。

【００８３】本明細書中に開示される非限定的実施形態としては、冷凍食品を迅速に解凍し
もしくは解凍された食品を迅速に冷凍する装置、人工衛星が軌道周回の間に周期
的加熱に遭遇するときに該人工衛星の過熱を防止しもしくは熱的エネルギを蓄積
する設計態様、および、極超音速飛行もしくは宇宙からの大気圏再突入の間に先
頭部を冷却する設計態様がある。以下の実施例は、本発明の炭素発泡体製ヒートシンク製品を例証すべく示され
る。これらの実施例は、如何なる点でも本発明の限定を企図しない。

【００８４】実施例ＸＶＩＩ：食品を解凍する装置酢酸は１１℃の融点にて４５Ｊ／ｇの融解熱を有する。基本的には氷である食
品の融解熱は０℃にて略々７９Ｊ／ｇである。故に、発泡体のブロックを選択し
てそれを室温にて液体酢酸で充填する。該発泡体は、頂部以外は全ての側面がポ
リエチレンなどの断熱ポリマで作成されたボックス内に収納される。上記発泡体
／酢酸ブロックの頂部は、高熱伝導性アルミニウム・プレートにより覆われる。
前記アルミニウム・プレート所定位置にスナップ留めされることで（図２２に示
された）上記ポリマケースの内側の発泡体／酢酸をシールする。上記発泡体ブロ
ックが２５．４ｃｍ×３８．１ｃｍ×１．２７ｃｍ（１０インチ×１５インチ×
０．５インチ）厚みであれば、発泡体の質量は６１４グラムである。また該発泡
体を充填する酢酸の質量は略々９２１グラムである。故に、冷凍肉片が上記アル
ミニウム・ブロックの頂部と接触すべく載置されたとき、発泡体は酢酸の凍結点
（１１℃）まで冷却される。この温度において、酢酸が（１１℃に留まり乍ら）
凍結するときに該酢酸から放出される熱は４９ＫＪに等しい。この熱は、（これ
もまた０℃に留まり乍ら）冷凍肉片が解凍されるときに該冷凍肉片に対して迅速
に伝達される。この熱の量は、略々５００グラム（１ポンド）の食肉を解凍する
のに十分である。

【００８５】実施例ＸＶＩＩＩ：循環的軌道周回の間に人工衛星の過熱を防止するヒートシ
ンク炭素−炭素表面層を備えたコア材料である発泡体を備えた炭素−炭素複合体を
製造する（図２３）。上記発泡体コアを、人工衛星構成要素の最高作動温度近傍
で融解する固形パラフィン（ｐａｒａｆｆｉｎｗａｘ）などの適切な相転移材
料で充填する。これを実施するひとつの方法は、炭素−炭素表面層のひとつの表
面に孔を穿け、液体状態の相転移材料を多孔質発泡体内に真空充填することであ
る。充填されたなら、サンプルは冷却され（相転移材料は凝固し）、上記孔はエ
ポキシもしくはネジ形式のキャップで塞がれる。上記エポキシおよび他の任意の
密封剤は、上記用途の作動温度に耐え得るべきである。次に発泡体コア複合体は
、軌道周回の間に太陽に晒される人工衛星の側面上に取付けられる。人工衛星が
地球を軌道周回して太陽に晒されるとき、太陽からの放射エネルギは上記複合体
パネルを相転移材料の融点へと加熱し始める。この温度において上記パネルは温
度が上昇しない、と言うのも、上記相転移材料が融解するからである。上記パネ
ルが吸収し得る放射エネルギの量は、該パネルの厚みおよび外側寸法に依存する
。これは、上記材料が完全には融解せずに融解温度を超えない様に、人工衛星の
軌道周回時間の情報から容易に計算して設計され得る。その場合、人工衛星が太
陽の視界から抜けたときには熱を宇宙空間へと放射し始め、上記相転移材料は凝
固し始める。人工衛星が再び太陽の視界に入ると、上記サイクル自体が反復され
る。

【００８６】実施例ＸＩＸ：先頭部に対するヒートシンク現在、大気圏再突入の間においてシャトル軌道船は相当の熱に遭遇する。詳細
には、宇宙船の先頭部は１，８００℃に到達し得ると共に、宇宙船の腹部は１，
２００℃もの高温に到達し得る。もし先頭部の表面および腹部の表面に発泡体コ
ア複合パネルが載置されたなら、十分なエネルギを吸収することで高温領域の最
高温度を劇的に低下し得るであろう（図２４）。これにより、更に高速な大気圏
再突入（もしくは更に急峻な降下斜面）が許容されると共に、現在の最高温度は
維持される。この場合に上記相転移材料は殆どの場合、８００〜９００℃で融解
するたとえばゲルマニウム−ケイ素などの合金であって、宇宙船の最高温度より
相当高い温度まで気化しない合金である。

【００８７】たとえばゲルマニウムは、４８８Ｊ／ｇの生成熱（融解熱）を有する。故に、
既存の１Ｋｇの炭素／炭素熱シールドの温度を６６８℃だけ低下させるには１．
０Ｋｇのゲルマニウムが必要となる。換言すると、既存の炭素−炭素がゲルマニ
ウム充填発泡体により同一重量で置き換えられたなら、熱シールドの最高温度は
、熱的負荷の存続時間に依存し乍ら大気圏再突入の間において約１８００℃では
無く僅かに約１１３１℃である。

【００８８】本出願は以下の米国特許出願および文献を言及したことによりその全体を本出
願中に援用する。１９９７年９月２日に出願された米国特許出願第０８／９２１
，８７５号；１９９７年９月２日に出願された米国特許出願第０８／９２３，８
７７号；１９９８年６月８日に出願された米国特許出願第０９／０９３，４０６
号；および、１９９９年１２月９日に出願された米国特許出願第０９／４５８，
６４０号；１９９８年５月３１日〜６月４日にカリフォルニア州アナハイム（Ａ
ｎｅｈｅｉｍ，ＣＡ）にて開催された第４３回国際ＳＡＭＰＥシンポジウムにお
けるＫｌｅｔｔ，Ｊ．の“ＨｉｇｈＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔ
ｙ，ＭｅｓｏｐｈａｓｅＰｉｔｃｈ−ＤｅｒｉｖｅｄＧｒａｐｈｉｔｉｃ
Ｆｏａｍ”；１９９９年、７月１１〜１６日の炭素に関する第２４回隔年会議
におけるＣａｒｂｏｎ’９９のＪ．Ｋｌｅｔｔ、Ｃ．ＷａｌｌｓおよびＴ．Ｂｕ
ｒｃｈｅｌｌによる“ＨｉｇｈＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃ−ｔｉｖｉｔｙ
ＭｅｓｏｐｈａｓｅＰｉｔｃｈ−ＤｅｒｉｖｅｄＣａｒｂｏｎＦｏａｍ
ｓ：ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｒｅｃｕｒｓｏｒｏｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”；Ｊ．，ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎＭｆｇ
．（１９９９年）第１５巻：第４号、第１〜７頁におけるＪ．Ｋｌｅｔｔによる
“ＨｉｇｈＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，Ｍｅｓｏｐｈａｓ
ｅＰｉｔｃｈ−ＤｅｒｉｖｅｄＧｒａｐｈｉｔｉｃＦｏａｍｓ”；１９９
８年、７月５〜９日、フランス、ＳｔｒａｓｂｏｕｒｇにおけるＳｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣａｒｂｏｎ，Ｅｘｔｅｎｄｅｄ
ＡｂｓｔｒａｃｔｓａｎｄＥｕｒｏｃａｒｂｏｎＰｒｏｇｒａｍｍｅ、第
２巻のＪ．ＫｌｅｔｔおよびＴ．Ｂｕｒｃｈｅｌｌによる“ＨｉｇｈＴｈ
ｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ＭｅｓｏｐｈａｓｅＰｉｔｃｈ
ＤｅｒｉｖｅｄＣａｒｂｏｎＦｏａｍ”；および、テキサス、Ｄｅｃａｔｕ
ｒのＰｏｃｏＧｒａｐｈｉｔｅ，Ｉｎｃ．のウェブサイトにてｐｏｃｏ．ｃ
ｏｍ／ｐｏｃｏｆｏａｍ／ｇｒａｆｐｒｏｄのインターネット・アドレスで発行
されて２０００年１月２１日にダウンロードされた各ページ。

【００８９】熱伝導率および固有熱伝導率：フラッシュ法による拡散率測定方法（ｆｌａｓ
ｈｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙｍｅｔｈｏｄ）の有効性、および、上記開放細孔
がサンプル内への熱パルスの貫通を許容するかが立証されなければならなかった
。サンプル内にパルスが深く貫通すると、サンプルの背面における固有熱パルス
が変化するのが典型的である。故に、記録された拡散率の誤差は２０％にもなる
可能性がある。しかし、上記発泡体の極めて大寸の支柱部および小寸の開口によ
り、貫通の深度は１〜２個の細孔の直径（２５０〜５００マイクロメータ）すな
わち２％未満の貫通に制限される。故に、この技術は熱伝導率に対して十分に正
確な値をもたらすと確信された。これは、フラッシュ法による拡散率測定方法お
よび熱勾配方法の両者をもってサンプルを試験することで確認された。測定され
た伝導率の変動は５％未満であり、これらの発泡体を測定する実行可能な方法と
してフラッシュ法が確認された。もし細孔構造が相当に変化するなら、上記フラ
ッシュ法は不正確な結果をもたらすであろう。

【００９０】本発明の別の実施形態においては、本発明の製造方法により発泡体を製造すべ
く２つの異なる前駆体が使用された。これらの前駆体は、Ｃｏｎｏｃｏのメソフ
ェーズピッチおよびミツビシのＡＲＡ２４メソフェーズピッチ（以下、Ｃｏｎｏ
ｃｏおよびＡＲＡ２４と称する）であった。結果は、表ＩＩおよびＩＩＩに示さ
れる。それらの前駆体は、窒素雰囲気下で作動圧力を変更し乍ら、発泡工程中に
おける３．５℃／分の加熱速度で処理され、６３０℃にて１時間に亙りコークス
化され、且つ、加熱炉の自然冷却速度で冷却された。各サンプルは別の加熱炉に
おいて窒素下で０．２℃／分の加熱速度で１，０００℃まで炭化されてから、幾
つかのサンプルが更に別の加熱炉内にて２つの異なる加熱速度（１０℃／分およ
び４℃／分、表ＩＩＩ）により２，８００℃で黒鉛化された。

【００９１】表ＩＩならびに図２５および図２６に示された如く、上記発泡体の熱伝導率（
本明細書中では“体積熱伝導率”と同義で使用される語句）は非常に高かった。
４℃／分で黒鉛化された黒鉛化ＡＲＡ２４発泡体の熱伝導率は、表ＩＩＩに示さ
れる如く約１４６〜１８７Ｗ／ｍ・Ｋの範囲であった。これは、約０．５６ｇ／
ｃｍ³もの低密度の材料に対しては目覚ましいものである。これにより、（熱伝
導率を密度で除算した）固有熱伝導率は約２５６〜３３４Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ
・ｇｍの範囲と計算される。先に述べた如く、約５８Ｗ／ｍ・Ｋの体積熱伝導率
を有する発泡体に対して上記連結帯の熱伝導率は約７００Ｗ／ｍ・Ｋである。但
し、表ＩＩおよび表ＩＩＩに示されたデータによれば、発泡体の熱伝導率が約１
４７Ｗ／ｍ・Ｋのときに連結帯の熱伝導率は約１，８００Ｗ／ｍ・Ｋであり、且
つ、発泡体熱伝導率が約１８７Ｗ／ｍ・Ｋのときに連結帯の熱伝導率は約２，２
００Ｗ／ｍ・Ｋである。

【００９２】この黒鉛状炭素発泡体の熱伝導率が実質的に等方性であり、好適には完全に等
方性であることは、本発明の独特な性質である。上記発泡体は、幾つかの温度管
理用金属材料（表ＩＶ）の等方性の熱伝導率に匹敵する実質的に等方性の熱伝導
率を呈する。上記発泡体は表ＩＩＩにおけるＡＲＡ２４発泡体に対し１４６〜１
８７Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を呈するが、これは、表ＩＶに列挙された複合体であ
って炭素繊維を含む炭素−炭素複合体などの他の炭素系温度管理材料の１０９Ｗ
／ｍ・Ｋおよび２５０Ｗ／ｍ・Ｋの面内熱伝導率に匹敵する。また上記発泡体は
、これらの炭素−炭素複合体の１Ｗ／ｍ・Ｋおよび２０Ｗ／ｍ・Ｋである面外方
向の熱伝導率よりも相当に大きい面外熱伝導率を有する。表ＩＶに示された如く
炭素系温度管理材料は典型的に、面内熱伝導率と面外熱伝導率との間で相当の差
を呈する。また他の幾つかの温度管理材料は更に大きな面内熱伝導率を有するが
それらの密度は上記発泡体よりも相当に大きく、すなわち、上記発泡体の固有熱
伝導率は入手可能な全ての温度管理材料よりも相当に大きい。実際にこの固有熱
伝導率は、先行技術においてヒートシンクに対する好適な材料である銅（４５Ｗ
・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍ）より７倍も大きい。この点、重量が問題である場合
または不安定状態の条件が頻繁に生ずる場合の温度管理に関し、上記黒鉛状発泡
体は入手可能な他の殆どの材料よりも優れている。等方性の熱的および機械的な
特性の利点に依れば、更に融通性があり更に効率的である新規な設計態様が許容
されるはずである。

【００９３】表ＩＩ：本発明の炭素発泡体サンプルの特性

【表１２】

【００９４】＊注：平均細孔直径は水銀ポリシメトリによる結果から計算されたことから、
平均セルサイズを表してはいない。＊＊注：熱伝導率は、キセノン・パルス閃光式熱拡散率技術を用いて測定され
た

【００９５】表ＩＩＩ：本発明において種々の前駆体から作成されたメソフェーズ誘導黒鉛
状発泡体における密度に対する熱伝導率および固有熱伝導率

【表１３】

【表１４】

【００９６】表ＩＩ、表ＩＩＩおよび表ＩＶならびに図２５および図２６におけるデータに
基づくと、黒鉛化されたときに本発明の炭素発泡体は驚くほど高い熱伝導率およ
び固有熱伝導率を有することが理解され得る。上記黒鉛状炭素発泡体は典型的に
、少なくとも４０Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率、および／または、少なくとも銅に等
しい即ち少なくとも４５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍであり、且つ通常は少なく
とも７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍ程度の固有熱伝導率を有する。本発明の更
に典型的な黒鉛状炭素発泡体は、少なくとも７５Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率、およ
び／または、少なくとも１００Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導率を有
する。好適実施例において本発明の炭素発泡体は、少なくとも１００Ｗ／ｍ・°
Ｋの熱伝導率、および／または、少なくとも１５０Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍ
の固有熱伝導率を有する。更に好適な実施例は、少なくとも１２５Ｗ／ｍ・°Ｋ
の熱伝導率、および／または、少なくとも１７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの
固有熱伝導率を有する炭素発泡体を企図する。更に好適な実施例は、少なくとも
１５０Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率、および／または、少なくとも２００Ｗ・ｃｍ³ ／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導率を有する炭素発泡体を企図する。そして更に好
適な実施例は、少なくとも１７５Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率、および／または、少
なくとも２５０Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導率を有する炭素発泡体
を企図するものであり、表ＩＩ乃至表ＩＶならびに図２５および図２６のデータ
は、少なくとも２７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍ、更には少なくとも３００Ｗ
・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍ、実際には少なくとも３２５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・
ｇｍもの固有熱伝導率が達成可能であることを示している。表ＩＩに示された細
孔直径は、水銀ポリシメトリ方法により測定された。

【００９７】比表面積：上記炭素発泡体の全体的な熱的性能に影響する別の特性は比表面積
（ＳＳＡ）であり、以下の様に計算される。ＳＳＡ［ｍ²／ｍ³］＝細孔の総面積［ｍ²／ｇ］×密度［ｇ／ｃｍ³］×１
，０００，０００［ｃｍ³／ｍ³］

【００９８】より小さい比表面積はより低い発泡体多細孔率を示し、自然対流による熱伝達モ
ード（層流）の効果を減少し、且つ、更に効率的な伝導による熱伝達モードが熱
的性能を支配するのを許容する。ＳＳＡが大きいと、大きな表面積／体積の比に
より蒸発冷却が強化されると共に、蒸発性流体と発泡材料との間の接触領域が大
きくなる。ＳＳＡはまた、熱伝達に用いられる表面積を増加することにより、媒
体を通過する流体による強制的な対流熱伝達（乱流）に対する発泡体応答のイン
ジケータでもある。

【００９９】表ＩＩに示された如く、（２，８００℃まで加熱処理された）本発明の黒鉛状
炭素発泡体のＳＳＡ値は少なくとも６，０００ｍ²／ｍ³、典型的には２５，０
００ｍ²／ｍ³、および更に典型的には６５，０００ｍ²／ｍ³であった。本発
明においては、少なくとも１００，０００ｍ²／ｍ³または少なくとも５００，
０００ｍ²／ｍ³ののＳＳＡ値が企図される。実際、表ＩＩに示される幾つかの
サンプルは１，０００，０００ｍ²／ｍ³より大きく、好適実施例において上記
炭素発泡体は少なくとも約２，０００，０００ｍ²／ｍ³、更に好適には少なく
とも約５，０００，０００ｍ²／ｍ³、更に好適には少なくとも約１０，０００
，０００ｍ²／ｍ³、最も好適には少なくとも約１５，０００，０００ｍ²／ｍ ³ のＳＳＡを有し、少なくとも約２５，０００，０００ｍ²／ｍ³もしくは少な
くとも約３５，０００，０００ｍ²／ｍ³のＳＳＡ値も企図される。上記ＳＳＡ
値の可能的な上限値は現在において未知である一方、表ＩＩにおけるデータは此
処で試験された幾つかのサンプルにより達成された最大値は４３，８３６，００
０ｍ²／ｍ³であることを示しているが、この値より大きいもしくは小さい値も
本発明の範囲内であることが企図される。

【０１００】蒸発冷却：実施例ＶＩＩ、実施例ＶＩＩＩおよび実施例Ｘは図１４と共に、真
空炉内における静止空気実験では以下の冷却速度を生成したことを示す。Ｉ．流体としてアセトンを用いると、炭素発泡体温度は約４分で−５３．４℃
に到達した。

【０１０１】ＩＩ．流体としてエタノールを用いると、炭素発泡体温度は約６分で−２８．
６℃に到達した。ＩＩＩ．流体として水を用いると、炭素発泡体温度は約３分で−５．５℃に到
達した。

【０１０２】実施例ＸＩ、実施例ＸＩＩおよび実施例ＸＩＩＩは図１５と共に、室温におけ
る大気条件下で行われた自然対流実験では以下の冷却速度を生成したことを示す
：

【０１０３】Ｉ．流体としてアセトンを用いると、炭素発泡体温度は３８分で０．５℃に到
達した。ＩＩ．流体としてエタノールを用いると、炭素発泡体温度は３８分で１４．３
℃に到達した。

【０１０４】ＩＩＩ．流体として水を用いると、炭素発泡体温度は約３８分で１８．９℃に
到達した。上述の如く、上記情報は先に記述された実験に関して示されたデータから導か
れ、夫々アセトン、エタノールおよび水を用いて時間と共に温度が低下すること
を示している。但しこれは、上記各実験に対して示された表のデータから導かれ
得る唯一の結論ではない。たとえば上記実験の条件下で実施例ＶＩＩにおいては
、流体がアセトンの場合に炭素発泡体は３，８６５．７Ｐａ（２９ｔｏｒｒ）の
減圧（真空）にて２分で−４６．７℃の温度に到達したことが示される。同様に
上記実験の条件下で実験ＶＩＩＩにおいては、流体がエタノールの場合に炭素発
泡体は１５９．９６Ｐａ（１．２ｔｏｒｒ）の減圧（真空）にて３分で−２１．
７℃の温度に到達したことを示している。再び同様に、上記実験の自然対流条件
下で流体をアセトンとした実施例ＩＸにおいて、炭素発泡体は１０分で５．７℃
の温度に到達した。これらのおよび同様の結論は実施例ＶＩＩ乃至実施例ＸＩＶ
の表データから導かれ得るが、これらのデータは、アセトン、エタノールおよび
水により夫々達成可能な冷却速度に対して本発明の炭素発泡体の高い熱伝導率お
よびＳＳＡの特性が有する相乗作用を示している。

【０１０５】Ｘ線分析：示された回折ピーク位置（ｉｎｄｅｘｅｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ
ｎｐｅａｋｐｏｓｉｔｉｏｎ）（表Ｖ）から格子定数が決定された。当業者
であれば、結晶サイズ決定に対するＸ線方法は公知である。Ｓｃｈｅｒｒｅｒの
式を用いて００２および１００の回折ピークの幅を分析することで、ａ−方向お
よびｂ−方向における結晶寸法が決定された。

【０１０６】

【数１】式中、ｔは結晶サイズであり、λはＸ線波長であり、Ｂは回折ピークの幅［半値
全幅（ＦＷＨＭ）から機器による幅を減じたもの］であり、且つ、２θは回折角
度である。表Ｖに示された如く、（層間距離の特性を示す）００２ピークは非常
に狭幅で非対称的であり、高度に規則正しい黒鉛を表した。Ｓｃｈｅｒｒｅｒ方
法により計算された層間距離は、約０．３３５４ｎｍ乃至０．３３６４ｎｍの範
囲である。これらのデータからｃ−方向における結晶サイズは少なくとも約８２
．４ｎｍと計算され、且つ、１００ピーク（または六方晶用語では１０１０）が
用いられてａ−方向における結晶サイズが少なくとも約２１．５ｎｍと計算され
た。これらの結晶サイズは典型的な高熱伝導率の炭素繊維よりも大きいことから
、上記発泡体の連結帯は高次の熱分解炭素、ならびに、Ｋ１１００などの高熱伝
導率の炭素繊維および気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）と同様に機能するはずであ
る。

【０１０７】表Ｖ：炭素発泡体サンプルに対するＸ線回折データ

【表１５】＊表ＶのサンプルＮ〜Ｑは夫々、表ＩＩのサンプルＮ〜Ｑと同一である。

【０１０８】１００ピークおよび１０１ピークにおける“ダブレット”は、ピーク角度およ
び半値全幅（ＦＷＨＭ）を用いて計算された相対ピーク分離係数（ＲＰＳＦ）パ
ラメータまたは狭さにより特徴付けられる。式は次の通りである。

【数２】

【０１０９】ＲＰＳＦが更に小さいということは、１００および１０１において更に接近し
たピークと、熱伝導率および構造的一体性に対して好都合な格子条件とを表す。
表Ｖに記録されたデータはＲＰＳＦに対し０．４７０以下の値を示し、２，８０
０℃で加熱処理された炭素発泡体に対して記録された最小値は０．２９８であり
最大値は０．４１３である。

【０１１０】微小構造の特性記述：図２７および図２８は、本発明の発泡体サンプルの細孔
構造の走査型電子顕微鏡写真図である。該発泡体はセル（もしくは細孔）２００
間に開放相互接続部を有する構造を呈し、斯かるセル（もしくは細孔）は典型的
には楕円であり、ときには球状もしくは本質的に球状となる類似の幾何学形状で
ある（球体は楕円形の特殊形態であることに留意されたい）。これらの画像から
は、黒鉛状構造がセル壁部に対し平行に配向されると共に連結帯の軸線２１０に
沿い高度に整列されていることが明らかである。この高度に整列された構造は典
型的なガラス状炭素発泡体と相当に異なる。ガラス状炭素発泡体は、黒鉛状構造
を欠き、大寸の開口および線形の連結帯を有し、且つ、殆どが五角形十二面体の
形状である。

【０１１１】更に、各連結帯間の接合部２２０においては、上記黒鉛状構造はそれほど整列
されておらず、更に折り重なる組織を有することが理解され得る。これは、形成
の間においてこの箇所における応力が無いことで生じたと思われる。故に、これ
らの領域において良好に整列した構造は基本的に、加熱処理前の前駆体のメソフ
ェーズにおける構造の産物である。

【図面の簡単な説明】

【図１】相互接続した炭素連結帯および開放細孔を備えた典型的な炭素発
泡体を示す顕微鏡写真図。

【図２】２，５００℃で黒鉛化されたピッチ誘導炭素発泡体の所定倍率の
顕微鏡写真図。

【図３】２，５００℃で黒鉛化されたピッチ誘導炭素発泡体の所定倍率の
顕微鏡写真図。

【図４】２，５００℃で黒鉛化されたピッチ誘導炭素発泡体の所定倍率の
顕微鏡写真図。

【図５】２，５００℃で黒鉛化されたピッチ誘導炭素発泡体の所定倍率の
顕微鏡写真図。

【図６】２，５００℃で黒鉛化されたピッチ誘導炭素発泡体の所定倍率の
顕微鏡写真図。

【図７】本発明の製造方法により製造された発泡体のＳＥＭ顕微鏡写真に
対応する図。

【図８】細孔直径に対して積算細細孔容積を示すグラフ。

【図９】細孔直径に対して微分細細孔容積を示すグラフ。

【図１０】未処理ピッチから揮発物が放出される温度を示すグラフ。

【図１１】本発明の製造方法により製造された黒鉛化発泡体のＸ線分析で
ある。

【図１２Ａ】アルミニウム容器から製造された発泡体生成物および該アル
ミニウム容器がもたらす円滑な構造もしくは表面層を示す写真。

【図１２Ｂ】アルミニウム容器から製造された発泡体生成物および該アル
ミニウム容器がもたらす円滑な構造もしくは表面層を示す写真。

【図１２Ｃ】アルミニウム容器から製造された発泡体生成物および該アル
ミニウム容器がもたらす円滑な構造もしくは表面層を示す写真。

【図１３Ａ】本発明に従い作成される炭素発泡体複合体の製造法を示す概
略図。

【図１３Ｂ】本発明の炭素発泡体複合体の斜視図。

【図１４】本発明に従い作動流体の蒸発から帰着する炭素発泡体の温度／
時間をプロットしたグラフ。

【図１５】本発明に従い作動流体の蒸発から帰着する炭素発泡体の温度／
時間をプロットしたグラフ。

【図１６】本発明に従い作動流体の蒸発から帰着する炭素発泡体の温度／
時間をプロットしたグラフ。

【図１７】本発明の炭素発泡体を用いた一実施例を示す概略図。

【図１８】本発明の炭素発泡体を用いた他の実施例を示す概略図。

【図１９】本発明の炭素発泡体を用いた他の実施例を示す概略図。

【図２０】本発明の炭素発泡体を用いた他の実施例を示す概略図。

【図２１】本発明の炭素発泡体を用いた他の実施例を示す概略図。

【図２２】相転移材料として酢酸を用いて食品を解凍するヒートシンク・
デバイスの断面図。

【図２３】循環的軌道周回の間における人工衛星の過熱を防止するヒート
シンクの断面図。

【図２４】シャトル軌道船の前縁部に用いられるヒートシンクの断面図。

【図２５】４℃／分および１０℃／分で黒鉛化されたＡＲＡ２４メソフェ
ーズ誘導黒鉛化発泡体の密度の関数として熱伝導率をプロットしたグラフ。

【図２６】１０℃／分で黒鉛化されたＣｏｎｏｃｏメソフェーズ誘導黒鉛
化発泡体の密度の関数として熱伝導率をプロットしたグラフ。

【図２７】ＳＥＭ撮像法により撮影された本発明の炭素発泡体のサンプル
の写真。

【図２８】ＳＥＭ撮像法により撮影された本発明の炭素発泡体のサンプル
の写真であり、セル間の開放相互接続部を示すと共に、相互接続部直径がどの様
にセル直径の約半分であり典型的にはセル直径の４０％乃至６０％程度であるか
を示す、本発明の炭素発泡体のサンプルのＳＥＭ写真。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年２月２１日（２００２．２．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者チョウドリー、アショクアメリカ合衆国 37830 テネシー州オークリッジモホークロード 111 Ｆターム(参考） 4G019 FA13 FA15 GA04 4G132 AA02 AA07 AA09 AA75 BA01 BA04 CA12 CA18 GA24 GA25 GA28 GA30 GA31 GA32 GA35 GA36 GA37 GA38 4G146 AA02 AB05 AC05A AC05B AC10A AC10B AC17A AC17B AC22A AC22B AC26A AC26B AD11 AD20 BA22 BA23 BB01 BB16 BC02 BC04 BC06 BC23 BC32A BC32B

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にてアセトンにより
飽和された場合、約１５９．９６Ｐａ（約１．２ｔｏｒｒ）に等しい減圧（真空
）下に載置されたときに約４分以下で約−５０℃まで冷える、炭素発泡体。
【請求項２】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にてエタノールによ
り飽和された場合、約１３３．３Ｐａ（約１．０ｔｏｒｒ）に等しい減圧（真空
）下に載置されたときに約６分以下で約−２８℃まで冷える、炭素発泡体。
【請求項３】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にて水により飽和さ
れた場合、約３，８６５．７Ｐａ（約２９ｔｏｒｒ）に等しい減圧（真空）下に
載置されたときに約３分以下で約０℃まで冷える、炭素発泡体。
【請求項４】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にてアセトンにより
飽和された場合、自然蒸発下で大気条件に晒されたときに約３４分以下で約１．
０℃まで冷える、炭素発泡体。
【請求項５】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にてエタノールによ
り飽和された場合、自然蒸発下で大気条件に晒されたときに約２３分以下で約１
５℃まで冷える、炭素発泡体。
【請求項６】最初は約２１℃の室温であるときに該室温にて水により飽和さ
れた場合、自然蒸発下で大気条件に晒されたときに約３３分以下で約１９℃まで
冷える、炭素発泡体。
【請求項７】少なくとも４０Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する炭素発泡体。
【請求項８】少なくとも５０Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項７に
記載の炭素発泡体。
【請求項９】少なくとも７５Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項７に
記載の炭素発泡体。
【請求項１０】少なくとも１００Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項
７に記載の炭素発泡体。
【請求項１１】少なくとも１２５Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項
７に記載の炭素発泡体。
【請求項１２】少なくとも１５０Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項
７に記載の炭素発泡体。
【請求項１３】少なくとも１７５Ｗ／ｍ・°Ｋの熱伝導率を有する、請求項
７に記載の炭素発泡体。
【請求項１４】約１８７Ｗ／ｍ・°Ｋの最大熱伝導率を有する、請求項８、
１０、１１または１３のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項１５】約１８７Ｗ／ｍ・°Ｋの最大熱伝導率を有する、請求項７に
記載の炭素発泡体。
【請求項１６】少なくとも７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導率
を有する炭素発泡体。
【請求項１７】少なくとも１００Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項７、９、１３または１５のいずれか一項にに記載の炭素発泡
体。
【請求項１８】少なくとも１２５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項１９】少なくとも１５０Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項７、１１、１５または１６のいずれか一項にに記載の炭素発
泡体。
【請求項２０】少なくとも１７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項２１】少なくとも２００Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項７、９、１３、１５または１６のいずれか一項にに記載の炭
素発泡体。
【請求項２２】少なくとも２２５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項２３】少なくとも２５０Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項７、１１、１３、１５または１６のいずれか一項にに記載の
炭素発泡体。
【請求項２４】少なくとも２７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項２５】少なくとも３００Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項７、９、１３、１５または１６のいずれか一項にに記載の炭
素発泡体。
【請求項２６】少なくとも３２５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱伝導
率を有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項２７】約１１４乃至約３３４Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの固有熱
伝導率を有する、請求項７、１１、１３または１５のいずれか一項にに記載の炭
素発泡体。
【請求項２８】約３３４Ｗ・ｃｍ³／ｍ・°Ｋ・ｇｍの最大固有熱伝導率を
有する、請求項１６に記載の炭素発泡体。
【請求項２９】少なくとも６，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、請求
項７に記載の炭素発泡体。
【請求項３０】少なくとも２５，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、請
求項１５、１６、２８または２９のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項３１】少なくとも６５，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、請
求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項３２】少なくとも６５，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、請
求項１７に記載の炭素発泡体。
【請求項３３】少なくとも１００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、
請求項１３、１６、２８または２９のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項３４】少なくとも５００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、
請求項２７に記載の炭素発泡体。
【請求項３５】少なくとも５００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有する、
請求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項３６】少なくとも１，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有す
る、請求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項３７】少なくとも１，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有す
る、請求項１９に記載の炭素発泡体。
【請求項３８】少なくとも５，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有す
る、請求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項３９】少なくとも１０，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項９、１５、１８、２８または２９のいずれか一項にに記載の炭素発
泡体。
【請求項４０】少なくとも１５，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項４１】少なくとも２０，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項２１に記載の炭素発泡体。
【請求項４２】少なくとも２５，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項９、１５、２０または２９のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項４３】少なくとも３０，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項２９に記載の炭素発泡体。
【請求項４４】少なくとも３５，０００，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有
する、請求項１５、２８または２９のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項４５】約４４，０００，０００ｍ²／ｍ³以下の比表面積を有する
、請求項２９、３６または３８のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項４６】約４４，０００，０００ｍ²／ｍ³以下の比表面積を有する
、請求項３４に記載の炭素発泡体。
【請求項４７】約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する炭素発泡体。
【請求項４８】約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する、請求項３３に記載の炭素発泡体。
【請求項４９】約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する、請求項３９に記載の炭素発泡体。
【請求項５０】約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する、請求項２１に記載の炭素発泡体。
【請求項５１】約０．４７０以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する、請求項８、１０、１２、１６、２０、２４、２９、３１
、３５または４０のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項５２】約０．２９８乃至約０．４１３の相対ピーク分離係数により
特徴付けられるダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付
けられるＸ線回折パターンを有する、請求項４６に記載の炭素発泡体。
【請求項５３】約０．４１３以下の相対ピーク分離係数により特徴付けられ
るダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付けられるＸ線
回折パターンを有する、請求項２７に記載の炭素発泡体。
【請求項５４】約０．２９８乃至約０．４７０の相対ピーク分離係数により
特徴付けられるダブレットである１００ピークおよび１０１ピークにより特徴付
けられるＸ線回折パターンを有する、請求項９、１１、１３、１８、２２、２６
、２８、３６または３８のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項５５】約０．１５９乃至約０．２９４度の００２ピーク角度に対す
る半値全幅により特徴付けられるＸ線回折パターンを有する炭素発泡体。
【請求項５６】前記Ｘ線回折パターンは、約０．１５９乃至約０．２２９２
度の００２ピーク角度に対する半値全幅により更に特徴付けられる、請求項５２
に記載の炭素発泡体。
【請求項５７】前記Ｘ線回折パターンは、約０．１５９乃至約０．２９４度
の００２ピーク角度に対する半値全幅により更に特徴付けられる、請求項５３に
記載の炭素発泡体。
【請求項５８】前記Ｘ線回折パターンは、約０．１５９乃至約０．２９４度
の００２ピーク角度に対する半値全幅により更に特徴付けられる、請求項８、１
３、２０、２６、２８、２９または３６のいずれか一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項５９】前記Ｘ線回折パターンは、（ａ）約０．２９８乃至約０．４７０の相対ピーク分離係数により更に特徴付
けられるダブレットである１００ピークおよび１０１ピーク、および、（ｂ）約０．３３５４乃至約０．３３６４のｄ００２間隔、により更に特徴付けられる、請求項５８に記載の炭素発泡体。
【請求項６０】約３０乃至約６０ミクロンの平均細孔直径、約０．２乃至約
０．６５ｇｍ／ｃｍ³の密度、および、約０．４１３以下の相対ピーク分離係数
を有する、請求項５９に記載の炭素発泡体。
【請求項６１】６０ミクロン以下の平均細孔直径および約０．２乃至約０．
６５ｇｍ／ｃｍ³の密度を有する、請求項１、５、７、１６または２９のいずれ
か一項にに記載の炭素発泡体。
【請求項６２】熱伝達表面として請求項７に記載の炭素発泡体を備える、熱
交換装置。
【請求項６３】請求項７に記載の炭素発泡体を備える、蒸発冷却式のヒート
シンク。
【請求項６４】相転移材料を含む微小細孔を含む、請求項７に記載の炭素発
泡体。
【請求項６５】約０．４乃至約０．６５ｇｍ／ｃｍ³の密度を有する、請求
項７に記載の炭素発泡体。
【請求項６６】約０．５５乃至約０．６０ｇｍ／ｃｍ³の密度を有する、請
求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項６７】約０．５０乃至約０．６５ｇｍ／ｃｍ³の密度を有する、請
求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項６８】約３４０ミクロン以下の平均細孔直径を有する、請求項７に
記載の炭素発泡体。
【請求項６９】約６０ミクロン以下の平均細孔直径を有する、請求項７に記
載の炭素発泡体。
【請求項７０】４０乃至５０度の２θ角度にて比較的に鋭角的なダブレット
のピークを呈するＸ線回折パターンにより特徴付けられる、請求項７に記載の炭
素発泡体。
【請求項７１】約０．３３６の平均ｄ００２間隔を有するＸ線回折パターン
により特徴付けられる、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７２】０．３３６の平均ｄ００２間隔を有するＸ線回折パターンに
より特徴付けられる、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７３】楕円形細孔を実質的に備えた開放セル細孔構造を有する、請
求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７４】ほぼ楕円形の細孔を本質的に備えた開放セル細孔構造を有す
る、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７５】平坦断面像がほぼ円形または楕円形である細孔を備えた開放
セル細孔構造を有する、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７６】平坦断面像がほぼ円形または楕円形である細孔を本質的に備
えた開放セル細孔構造を有する、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７７】メソフェーズピッチから誘導された炭素がセル壁部軸線に沿
い実質的に整列されたセル壁部を備えた実質的な開放セル構造の炭素発泡体であ
って、非酸化的に安定化されている、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項７８】セル壁部軸線に沿い実質的に整列された前記炭素は実質的に
黒鉛の形態である、請求項７７に記載の炭素発泡体。
【請求項７９】本質的に完全に黒鉛状であることにより特徴付けられ、且つ
、楕円形細孔を実質的に備えた開放セル構造と、実質的にセル壁部の軸線に沿い
整列された黒鉛とにより更に特徴付けられる、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項８０】１００ミクロン値域内の直径を有する細孔を本質的に備える
細孔構造を有する、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項８１】ほぼ図１１に示されているようなＸ線回折パターンを有する
、請求項７に記載の炭素発泡体。
【請求項８２】実質的に等方性の熱伝導率を有する、熱伝導性炭素発泡体。
【請求項８３】前記熱伝導率は少なくとも約４０Ｗ／ｍ・°Ｋである、請求
項８２に記載の炭素発泡体。
【請求項８４】当該炭素発泡体の固有熱伝導率は約７５Ｗ・ｃｍ³／ｍ・Ｋ
・ｇｍより大きい、請求項８２に記載の炭素発泡体。
【請求項８５】当該炭素発泡体は約６，０００ｍ²／ｍ³の比表面積を有す
る、請求項８２に記載の炭素発泡体。
【請求項８６】細孔の少なくとも約９０％が１００ミクロン以内の細孔直径
に集中する、請求項８２に記載の炭素発泡体。
【請求項８７】当該炭素発泡体は約３４０ミクロン以下の平均細孔直径を有
する、請求項８２に記載の炭素発泡体。
【請求項８８】当該炭素発泡体は実質的に楕円形の細孔を有する、請求項８
２に記載の炭素発泡体。
【請求項８９】（１）ピッチを液化する工程と、（２）上記液化ピッチを非酸化の大気圧超過（ｓｕｐｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒ
ｉｃ）条件下で加熱して炭素発泡体を製造する工程とを備える、炭素発泡体の製
造方法。
【請求項９０】工程（１）においてピッチは、工程（２）において前記炭素
発泡体を製造する大気圧超過圧力よりも低い圧力を含む非酸化条件下で加熱する
ことにより液化される、請求項８９に記載の製造方法。
【請求項９１】工程（２）において前記炭素発泡体を製造する前記大気圧超
過条件の圧力は約６，８９５，０００Ｐａ（約６９ａｔｍ（１，０００ｐｓｉ）
）未満である、請求項８９に記載の製造方法。
【請求項９２】工程（２）における前記加熱は静的な大気圧超過圧力下で実
施される、請求項８９に記載の製造方法。
【請求項９３】工程（２）における前記加熱は約４８０℃以下の温度で実施
される、請求項８９に記載の製造方法。
【請求項９４】工程（２）における非酸化の大気圧超過条件下での液化ピッ
チの加熱は約４２０℃乃至約４８０℃の温度で加熱する工程を備える、請求項８
９に記載の製造方法。
【請求項９５】工程（２）における加熱は、約４２０℃乃至約４８０℃の前
記温度にて少なくともいくらか発泡が生ずる如く実施される、請求項９４に記載
の製造方法。
【請求項９６】工程（２）における加熱は、前記炭素発泡体の形成が実質的
に完了するまで圧力を解放せずに実施される、請求項８９に記載の製造方法。
【請求項９７】（３）前記炭素発泡体を非酸化の大気圧超過条件下で加熱す
ることで該炭素発泡体をコークス化する工程を更に備えて成る、請求項８９に記
載の製造方法。
【請求項９８】工程（３）における前記加熱は５００℃を超える温度にて実
施される、請求項９７に記載の製造方法。
【請求項９９】工程（３）における温度は少なくとも１５分に亙り一定に保
持される、請求項９７に記載の製造方法。
【請求項１００】工程（２）および工程（３）の各々の間に圧力は実質的に
一定に保持される、請求項９７に記載の製造方法。
【請求項１０１】工程（２）および工程（３）における圧力は同一である、
請求項９７に記載の製造方法。
【請求項１０２】工程（３）におけるコークス化の間の温度は１，０００℃
以下である、請求項９７に記載の製造方法。
【請求項１０３】工程（３）におけるコークス化の後、（４）工程（３）におけるコークス化に対する温度よりも高い温度で非酸化環
境にて前記炭素発泡体を加熱して炭化させる工程を更に備えて成る、請求項９７
に記載の製造方法。
【請求項１０４】コークス化された発泡体は工程（４）で炭化される以前に
冷却される、請求項１０３に記載の製造方法。
【請求項１０５】工程（４）における炭化の後、（５）更に高い温度にて更に加熱することで黒鉛状炭素発泡体を生成する工程
を更に備えて成る、請求項１０４に記載の製造方法。
【請求項１０６】工程（３）におけるコークス化の後、前記炭素発泡体を酸化的に安定化することなく黒鉛状炭素発泡体を製造するに
十分な条件下で加熱する工程を更に備えて成る、請求項９７に記載の製造方法。
【請求項１０７】同様の幾何学形状の細孔を実質的に備えた開放セル細孔構
造を有するピッチ誘導炭素発泡体。
【請求項１０８】当該炭素発泡体の全体に亙り相互接続された支柱部を有す
る、請求項１０７に記載の炭素発泡体。
【請求項１０９】当該炭素発泡体の開放セル細孔構造は本質的に、平坦な断
面像が実質的に同一の幾何学形状である細孔から成る、請求項１０７に記載の炭
素発泡体。
【請求項１１０】前記断面像はほぼ円形または楕円形である、請求項１０９
に記載の炭素発泡体。
【請求項１１１】工程（２）および工程（３）における圧力は実質的に同一
である、請求項１００に記載の製造方法。