JP2005516883A5 - - Google Patents

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Description

炭素発泡体のマイクロ波補助処理Microwave-assisted treatment of carbon foam

(発明の分野)
本発明は、炭素発泡体物質の処理(すなわち、炭化および/または黒鉛化)に関し、より詳細には、このような加熱を促進するためのマイクロ波および誘導加熱デバイスの使用に関する。
(Field of Invention)
The present invention relates to the treatment (ie, carbonization and / or graphitization) of carbon foam materials, and more particularly to the use of microwave and induction heating devices to facilitate such heating.

(発明の背景)
従来、炭化および黒鉛化と呼ばれる炭素発泡体の処理は、当該分野で周知であり、そして、これらから全ての残存する揮発性物質を除去するために、約1000℃以上のオーダーで上昇した温度でのこのような発泡体の処理を含む。このような処理は、これらを熱的および/または電気的により絶縁にする、より耐磨耗性にするなどにより、このような物質の特性に影響し得、かつ一般にそのようになされている。
(Background of the Invention)
Traditionally, the treatment of carbon foams called carbonization and graphitization is well known in the art and at elevated temperatures on the order of about 1000 ° C. or higher to remove all remaining volatiles from them. Including the treatment of such foams. Such treatments can and will generally affect the properties of such materials, such as by making them more thermally and / or electrically insulating, more wear resistant, and the like.

炭素発泡体の上記の特性および同様の特性を制御するために、このような処理が非常に望ましいが、これらは、処理される特定の炭素発泡体、ならびにその物理的形状および従来の放射線または対流ベースの加熱デバイス中で処理されるサンプルの厚みに依存して、数時間〜数日のオーダーでの加熱期間の延長を含む傾向がある。このような延長された処理は、必要とされるエネルギーおよび機器使用の両方の面から、このような炭素発泡体のための製造プロセスの経済学に有意に影響し得、かつ実際に影響している。   Such treatments are highly desirable in order to control the above and similar properties of carbon foam, but they are not limited to the specific carbon foam being treated, as well as its physical shape and conventional radiation or convection. Depending on the thickness of the sample being processed in the base heating device, it tends to include an extension of the heating period on the order of hours to days. Such extended processing can significantly affect and actually affect the economics of the manufacturing process for such carbon foams, both in terms of required energy and equipment use. Yes.

必要とされる加熱時間の一部は、加熱期間(およびまた、冷却期間)の間、炭素発泡体が過度のストレスに供されないことを注意する必要性に起因するが、これは、炭素発泡体の固有の熱絶縁特性、ならびに対流および放射加熱デバイスが、熱エネルギーへの処理下で炭素発泡体の外部表面のみを曝露し、処理中の形状の内部には、炭素発泡体の熱絶縁を介して実施されなければならない、という事実から、多くの時間が必要とされる。従って、炭素発泡体の不活性熱絶縁特性は、より速く炭素発泡体を加熱し、炭化および/または黒鉛化を達成するのを阻害する。   Part of the required heating time is due to the need to note that the carbon foam is not subjected to excessive stress during the heating period (and also the cooling period), which is The inherent thermal insulation properties of the convection and radiant heating devices expose only the outer surface of the carbon foam under treatment to thermal energy, and the interior of the shape being processed via the thermal insulation of the carbon foam It takes a lot of time due to the fact that it must be implemented. Thus, the inert thermal insulation properties of the carbon foam prevent it from heating faster and achieving carbonization and / or graphitization.

従って、加熱サイクルの加速を可能にし、従って、炭素発泡体の炭化および/または黒鉛化を得るために必要とされる全体の処理時間の減少を可能にする、炭素発泡体の加熱のための方法を提供することが高度に所望される。   Thus, a method for heating a carbon foam that allows acceleration of the heating cycle and thus reduces the overall processing time required to obtain carbonization and / or graphitization of the carbon foam It is highly desirable to provide

(発明の目的)
従って、このような炭化および黒鉛化プロセスにおける炭素発泡体の加熱速度の加速のための方法を提供することが本発明の目的である。
(Object of invention)
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for accelerating the heating rate of carbon foam in such carbonization and graphitization processes.

このような加速された加熱の間、炭素発泡体の物理的および構造的特性に有害な影響を及ぼさないプロセスを提供することが、本発明の別の目的である。   It is another object of the present invention to provide a process that does not adversely affect the physical and structural properties of the carbon foam during such accelerated heating.

(発明の要旨)
本発明に従って、炭素発泡体物質の加速された加熱は、炭素発泡体が不活性大気下にある間、マイクロ波および誘導加熱デバイスの使用を介して達成される。本発明の種々の好ましい実施形態に従って、このようなマイクロ波/誘導加熱の加速は、マイクロ波/誘導加熱デバイス単独かまたはより従来の放射線もしくは対流ベースの加熱デバイスと一緒の使用を介して得られる。本発明の方法および装置は、(特に、その炭化および/または黒鉛化プロセスにおいて)炭素発泡体物質の比較的迅速な加熱を可能にする。
(Summary of the Invention)
In accordance with the present invention, accelerated heating of the carbon foam material is achieved through the use of microwaves and induction heating devices while the carbon foam is in an inert atmosphere. In accordance with various preferred embodiments of the present invention, such microwave / induction heating acceleration is obtained through use of the microwave / induction heating device alone or in combination with more conventional radiation or convection-based heating devices. . The method and apparatus of the present invention allows for relatively rapid heating of the carbon foam material (especially in its carbonization and / or graphitization process).

(詳細な説明)
「Cellular Coal Products and Processes」と表題された米国特許出願番号09/902,828(2001年7月10日に出願)は、好ましくは約0.1g/cmと約0.8g/cmとの間の密度を有する石炭ベースの炭素発泡体の製造を記載し、この炭素発泡体は、好ましくは、非酸化大気下、「鋳型」内で直径0.635cm(1/4インチまでの、好ましくは高揮発性瀝青炭粒子の制御された熱により製造される。特に好ましい実施形態に従って、開始物質の石炭は、前述のASTM D720試験により決定された、遊離膨張インデックスを有する。このインデックスは、約3.5と約5.0の間であり、そして好ましくは、約3.75と4.5の間である。それにより、好ましくは、ネット形状またはネット形状に近いものとして生成される孔性生成物/炭素発泡体は、機械加工され、固定され、他の方法で製造され、広範な種々の低価格、低密度の産物を産生し得るか、または母材形状でフィルター、熱絶縁体もしくは電気絶縁体などとして使用され得る。このような炭素発泡体は、さらなる処理および/または強化添加剤の添加なしに、約272.18atm(4000psiの圧縮強度を示すことが示されている。炭化または黒鉛化によるさらなる処理は、電気絶縁体または熱絶縁体として使用され得る炭素発泡体を生じる。
(Detailed explanation)
US patent application Ser. No. 09 / 902,828 (filed Jul. 10, 2001) entitled “Cellular Coal Products and Processes” preferably has about 0.1 g / cm 3 and about 0.8 g / cm 3 . Production of a coal-based carbon foam having a density between, preferably up to 0.635 cm ( ¼ inch ) in diameter in a “mold” under non-oxidizing atmosphere, preferably it is prepared by highly volatile bituminous coal controlled pressurized thermal particles. In accordance with a particularly preferred embodiment, the starting coal has a free expansion index as determined by the ASTM D720 test described above. This index is between about 3.5 and about 5.0, and preferably between about 3.75 and 4.5. Thereby, preferably the porous product / carbon foam produced as net shape or close to net shape is machined, fixed and manufactured in other ways, with a wide variety of low-cost, low-cost It can produce a product of density or can be used as a filter, thermal insulator or electrical insulator in a matrix form. Such carbon foam has been shown to exhibit a compressive strength of about 272.18 atm ( 4000 psi ) without further processing and / or addition of reinforcing additives. Further processing by carbonization or graphitization yields a carbon foam that can be used as an electrical or thermal insulator.

米国特許出願に記載される製造方法は、以下の工程を包含する:1)好ましくは小さい(すなわち、約0.635cm(1/4インチ粒子サイズ未満の)石炭粒子を、「鋳型」内で非酸化大気下、約1〜約20℃までの加熱速度で、約300℃と約700℃の間の温度に加熱する工程;2)、約300℃と約700℃の間の温度で約10分から約12時間まで浸漬し、母材生成物または最終生成物を形成する工程;および3)母材生成物または最終生成物を、約100℃より下の温度まで制御可能に冷却し、「生の(green)発泡体」を得る工程。非酸化大気は、不活性または非酸化ガスを、約)0atm(0psi(すなわち、流動ガスがない)から約34.02atm(500psiまでの圧力で「鋳型」内に導入することにより提供され得る。使用される不活性ガスは、一般に使用される不活性ガスまたは非酸化ガス(例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、COなど)のいずれかであり得る。 The manufacturing method described in the U.S. Patent Application includes the following steps: 1) Coal particles, preferably small (ie, less than about 1/4 inch ) particle size, are placed in a “mold”. Heating to a temperature between about 300 ° C. and about 700 ° C. at a heating rate of about 1 to about 20 ° C. in a non-oxidizing atmosphere; 2) about 10 at a temperature between about 300 ° C. and about 700 ° C. immersed from minute to about 12 hours, the step of forming the preform product or final product; and 3) the matrix product or the final product, and controllably cooled to a temperature below about 100 ° C., "raw Obtaining a “ green foam”. Non-oxidizing atmosphere, an inert or non-oxidizing gas, about) 0 atm (0 psi) (i.e., provided by introducing into the "template" in the pressure from the flowing gas is not) to about 34.02atm (500psi) obtain. The inert gas used can be any of the commonly used inert or non-oxidizing gases (eg, nitrogen, helium, argon, CO 2, etc.).

記載したような「生の発泡体」の生成に続き;「生の発泡体」は、特定の適用に望ましい特定の特性を得るための従来のプロセスに従って、炭化および/または黒鉛化に供され得る。 Following the production of a “ raw foam” as described; the “ raw foam” can be subjected to carbonization and / or graphitization according to conventional processes to obtain specific properties desirable for a particular application. .

炭化(時々、か焼と呼ばれる)は、「生の発泡体」を適切な不活性ガス下で、約5℃/分未満の加熱速度で約800℃と約1200℃の間の温度に加熱し、約1時間〜約3時間以上浸漬することにより、従来実施される。適切な不活性ガスは、上記したものであり、これらは、これらの高温に耐性である。不活性大気は、約0atm(0psiから数気圧までの大気圧で供給される。炭化/か焼プロセスは、「生の発泡体」中に存在する実質的に全ての非炭素揮発性元素(例えば、硫黄、酸素、水素など)を除去するのに役立つ。 Carbonization (sometimes called calcination) heats the “ raw foam” to a temperature between about 800 ° C. and about 1200 ° C. under a suitable inert gas at a heating rate of less than about 5 ° C./min. Conventionally, by immersing for about 1 hour to about 3 hours or more. Suitable inert gases are those described above and they are resistant to these high temperatures. The inert atmosphere is supplied at atmospheric pressures from about 0 atm ( 0 psi ) to several atmospheres . The carbonization / calcination process serves to remove substantially all non-carbon volatile elements (eg, sulfur, oxygen, hydrogen, etc.) present in the “ raw foam”.

黒鉛化は、一般に、炭化の前か後のいずれかに、ヘリウムまたはアルゴン大気中、約10℃/分未満(好ましくは約1℃/分〜約5℃/分)の加熱速度で、約1700℃と約3000℃の間の温度まで、「生の発泡体」を加熱し、そして、約1時間未満の期間浸漬する工程を包含する。再度、不活性ガスは、約0atm(0psi〜数気圧の範囲の圧力で供給され得る。 Graphitization is generally about 1700 at a heating rate of less than about 10 ° C./min (preferably about 1 ° C./min to about 5 ° C./min) in a helium or argon atmosphere either before or after carbonization. Heating the “ raw foam” to a temperature between 0 ° C. and about 3000 ° C. and soaking for a period of less than about 1 hour. Again, the inert gas may be supplied at a pressure in the range of about 0 atm ( 0 psi ) to several atmospheres.

明らかなように、約1000℃と約3000℃の間の温度で、1〜5℃/分の加熱速度での炭化および黒鉛化は、(時々、日オーダーでの)非常に長い処理時間を含み得る。このような処理時間は、特に、速すぎる加熱に起因する「生の発泡体」の亀裂を避けるための必要性に部分的に起因して本質的に必要であるが、炭素発泡体塊内の熱エネルギーの、構造の外部から構造の内部位置への移動に抵抗する、「生の発泡体」の固有の熱絶縁特性に主に起因する。もちろん、加熱速度および総加熱時間は、処理される特定の炭素発泡体構造の形状、厚さなどに従って変化するが、一般的な規則として、従来の放射性エネルギーまたは対流炉もしくはオーブンにおけるこのような加熱時間は、過度に長く、大量のエネルギーおよび可変の装置使用時間を消費する。さらに、このようなデバイスにおける炭素発泡体の高温処理は、しばしば、構造の表面近くの部分の差次的処理をもたらし、この表面近くの部分は、所望の炭化または黒鉛化温度に数時間到達し得ず、その温度で所望の結果を得るための最小時間維持される、構造の「コア」または中心で、構造の部分よりも長い期間高温に供されている。このような差次的加熱は、炭素発泡体構造の外側からその内側への「指向性コーキング」を生じ得る。 As is apparent, carbonization and graphitization at a heating rate of 1-5 ° C./min at temperatures between about 1000 ° C. and about 3000 ° C. involves very long processing times (sometimes on a daily order). obtain. Such processing time is essentially necessary, in part due to the need to avoid cracking of the “ raw foam” due to heating too fast, but within the carbon foam mass This is mainly due to the inherent thermal insulation properties of “ raw foam” that resist the transfer of thermal energy from the outside of the structure to the internal location of the structure. Of course, the heating rate and total heating time will vary according to the shape, thickness, etc. of the particular carbon foam structure being processed, but as a general rule such heating in conventional radiant energy or convection ovens or ovens The time is excessively long, consuming large amounts of energy and variable device usage time. In addition, high temperature treatment of carbon foam in such devices often results in differential treatment of portions near the surface of the structure that reach the desired carbonization or graphitization temperature for several hours. Without being subjected to a high temperature for a longer period of time than the portion of the structure, at the “core” or center of the structure, which is maintained at that temperature for a minimum time to obtain the desired result. Such differential heating can result in “directional coking” from the outside to the inside of the carbon foam structure.

マイクロ波加熱ユニットは、従来の放射性エネルギーまたは対流オーブンおよび対流炉よりも熱効率がよく、より均一に加熱する点が有利であり得る。マイクロ波オーブンまたはマイクロ波炉は、電磁波を生じ、これが内部に含まれる目的の分子を、移動および回転させて分子内摩擦を生じる。この分子間の摩擦は、熱の内部発生を生じる。一方、このような「内部」「摩擦性」加熱はまた、より迅速であるとして以下に示すように、より均一である。なぜならば、加熱される全塊が比較的均一な速度で温度を増加する傾向があるからである。従って、比較的少ない差異が、加熱される構造の塊の外部に位置する部分と内部に位置する部分との間に存在する。このような比較的より均一な加熱はまた、加熱される対象の構造内の特性のより均一な生成をもたらす間、加熱の間に炭素構造の異なる部分で達成される有意に異なる温度に起因して、熱亀裂のより少ない性向を生じる。マイクロ波チャンバー内の空気または不活性大気は、ガス中の分子が、分散しすぎてより多くの摩擦を生じるかまたは電磁エネルギーの大半を吸収するという事実に起因して、加熱せず、従って、たとえ放射または対流熱が生じたとしても、わずかである。 Microwave heating units may be advantageous in that they are more efficient and heat more uniformly than conventional radiant energy or convection ovens and convection ovens. A microwave oven or a microwave furnace generates electromagnetic waves, which move and rotate target molecules contained therein, thereby generating intramolecular friction. This intermolecular friction results in the internal generation of heat. On the other hand, such “internal” “frictional” heating is also more uniform, as shown below as being more rapid. This is because the whole mass to be heated tends to increase in temperature at a relatively uniform rate. Thus, relatively little difference exists between the part located outside and the part located inside the mass of the structure to be heated. Such relatively more uniform heating also results from significantly different temperatures achieved at different parts of the carbon structure during heating, while resulting in a more uniform generation of properties within the structure being heated. Resulting in less propensity to thermal cracks. The air or inert atmosphere in the microwave chamber does not heat due to the fact that the molecules in the gas are too dispersed to produce more friction or absorb most of the electromagnetic energy, and therefore even if radiation or convective pressurized heat occurs, it is small.

マイクロ波の結果としてサンプルに付与される熱エネルギーの量は、%で出力設定の変化を変更し得る。以下に報告する研究に用いた装置を用いて、出力設定は、実際に、調整された実際の出力に対してマイクロ波が加熱する時間を設定するのみである。例えば、出力が、40%に設定される場合、マイクロ波は、40%の出力の代わりに、時間の40%にわたって加熱する。含まれるサンプルに送達される出力を変化させる、調節可能な出力設定を備えるマイクロ波オーブン/炉が市販されており、これらは、同様に有用であり、もしかすると、このようなシステムに好ましく、減じた出力レベルでの連続的で均一な加熱が可能である。   The amount of thermal energy applied to the sample as a result of the microwave can change the power setting change in%. Using the equipment used for the studies reported below, the power setting actually only sets the time for the microwave to heat up to the adjusted actual power. For example, if the power is set to 40%, the microwave will heat for 40% of the time instead of 40% power. There are commercially available microwave ovens / furnaces with adjustable power settings that vary the power delivered to the contained sample, which are equally useful and possibly preferred and reduced for such systems. Continuous and uniform heating at a high power level is possible.

本発明の方法に従って、「生の発泡体」(すなわち、本明細書中で上述され、米国特許出願番号09/902,828(これは、全体が本明細書中に参考として援用される)により詳述されるような石炭ベースの粒子の制御された発泡により生成される物質)は、マイクロ波エネルギーを使用して炭化および/または黒鉛化され、より迅速かつ均一な加熱を得、これにより炭素発泡体の熱亀裂を減じ、炭化および/または黒鉛化処理サイクルを有意に短くする。 In accordance with the method of the present invention, by “ raw foam” (ie, as described hereinabove, US patent application Ser. No. 09 / 902,828, which is hereby incorporated by reference in its entirety). The material produced by controlled foaming of coal-based particles as detailed) is carbonized and / or graphitized using microwave energy to obtain more rapid and uniform heating, thereby producing carbon Reduces thermal cracking of the foam and significantly shortens the carbonization and / or graphitization treatment cycle.

当業者に明らかなように、本発明のマイクロ波ベースの加熱方法は、単独でかまたはより従来の放射性エネルギーまたは対流ベースの加熱デバイスとともに適用され得る。さらに、本明細書中に記載されるマイクロ波加熱方法が、石炭粒子から生成される炭素発泡体の炭化/黒鉛化に関して主に記載されるが、これらの方法は、他の開始物質(例えば、石油または合成ピッチ)から生成される炭素発泡体の炭化/黒鉛化、ならびに石炭粒子および石油または合成ピッチのブレンドの制御された発泡の生成物である炭素発泡体に、同様に適用可能であることが認識されるべきである。   As will be apparent to those skilled in the art, the microwave-based heating method of the present invention can be applied alone or in conjunction with more conventional radiant energy or convection-based heating devices. In addition, although the microwave heating methods described herein are primarily described with respect to carbonization / graphitization of carbon foams produced from coal particles, these methods can include other starting materials (eg, Carbon foam that is the product of carbonization / graphitization of carbon foams produced from petroleum or synthetic pitch) and controlled foaming of blends of coal particles and petroleum or synthetic pitch, should be equally applicable Should be recognized.

従って、本発明の方法は、マイクロ波エネルギーを用いて不活性大気下で炭化および/または黒鉛化に供されていない生の発泡体」構造(すなわち、炭素発泡体塊)を炭化および/または黒鉛化して比較的より迅速かつ均一な加熱を得る工程を包含する。 Accordingly, the method of the present invention uses microwave energy to carbonize and / or carbonizeraw foam” structures (ie, carbon foam masses) that have not been subjected to carbonization and / or graphitization in an inert atmosphere. Including graphitizing to obtain relatively more rapid and uniform heating .

本発明に従って使用されるマイクロ波デバイスの出力能は、短い期間の時間で炭素発泡体構造の加熱を達成するための適切な出力能であるべきであることを除いては、特に重大な意味は有さない。   The power capability of the microwave device used in accordance with the present invention is particularly significant except that it should be a suitable power capability to achieve heating of the carbon foam structure in a short period of time. I don't have it.

適用されるマイクロ波ならびに出力適用の持続および変更は、炭素発泡体の塊(すなわち、厚さ、濃度など)に従って、炭素発泡体物質から炭素発泡体物質まで変化する一方、出力パラメータは、試行錯誤または実験により容易に決定可能であり、従って、前述の炭素発泡体の特徴に依存して広範に変化し得る。以下の実施例に示すように、出力レベルを加熱が生じるように増加することが有利であると見出されている。このような出力の増加量は、再度、実験により容易に決定され得る。   The applied microwave and the duration and change of power application varies from carbon foam material to carbon foam material according to the mass of carbon foam (ie, thickness, concentration, etc.), while the output parameters are trial and error Or it can be easily determined by experiment and can therefore vary widely depending on the characteristics of the carbon foam described above. As shown in the examples below, it has been found advantageous to increase the power level so that heating occurs. Such an increase in output can be easily determined again by experiment.

以下の実施例は、本発明の実施の成功をよりよく例示するのに役立つ。   The following examples serve to better illustrate the successful implementation of the present invention.

以下に報告する全ての場合において、3つの穴が「生の発泡体」の15.24cm(6インチ厚サンプルに開けられ、次いで、不活性大気下で1500ワットのマイクロ波オーブンに配置され、そして、以下の表1、2および3に報告される時間にわたって、出力が増加する。特定の出力レベルでのDwell時間を表に示す。温度測定は、マイクロ波が消された間、そして、示された時間間隔で、熱電対を予め開けた穴に挿入することにより行う。実施例1(表1に報告される)において、「生の発泡体」サンプルをマイクロ波オーブンのターンテーブル上に直接配置した。実施例2(表2に報告される)において、サンプルをオーブンのターンテーブルに位置する耐火煉瓦の上に配置した。実施例3(表3に報告される)において、サンプルをオーブンの煉瓦上に配置し、絶縁物質で覆った。 In all cases reported below, three holes are drilled into a 15.24 cm ( 6 inch ) thick sample of “ raw foam” and then placed in a 1500 watt microwave oven under an inert atmosphere, The output then increases over the time reported in Tables 1, 2 and 3 below. The table shows the Dwell time at a specific power level. Temperature measurements are made by inserting a thermocouple into a pre-drilled hole while the microwave is extinguished and at the indicated time intervals. In Example 1 (reported in Table 1), a “ raw foam” sample was placed directly on a microwave oven turntable. In Example 2 (reported in Table 2), the sample was placed on a refractory brick located on an oven turntable. In Example 3 (reported in Table 3), samples were placed on oven bricks and covered with insulating material.

(実施例1)
(表1)
Example 1
(Table 1)

.

(実施例2)
(表2)
(Example 2)
(Table 2)

.

(実施例3)
(表3)
Example 3
(Table 3)

.

従って、マイクロ波は、炭素発泡体の加熱に非常に効果的であり、数十分でサンプルを1000℃まで導き得ることが示される。絶縁ブランケットの使用は、これらの試験において使用された実験設定に望ましい。これは、温度測定値を得るためにサンプルにアクセスする必要性のためである。サンプル中の熱電対の位置は、マイクロ波デバイスの外側からそこへのアクセスを伴って、絶縁ブランケットの必要性を排除する。不活性大気の不在下で、サンプル(報告せず)は、酸化される傾向にあり、そして、ある場合においては燃焼し、従って、このような大気が必要である。   Thus, microwaves are very effective in heating carbon foams, indicating that tens of minutes can lead samples to 1000 ° C. The use of an insulating blanket is desirable for the experimental setup used in these tests. This is due to the need to access the sample to obtain temperature measurements. The location of the thermocouple in the sample, with access to it from the outside of the microwave device, eliminates the need for an insulating blanket. In the absence of inert atmosphere, samples (not reported) tend to be oxidized and in some cases burn, and thus such atmosphere is necessary.

この実験は、プログラム可能な出力/温度コントローラーを備える制御された大気のマイクロ波加熱ユニットが、か焼/黒鉛化した炭素発泡体の生成の時間、エネルギーおよび費用を実質的に減じ得ることを示す。   This experiment shows that a controlled atmospheric microwave heating unit with a programmable power / temperature controller can substantially reduce the time, energy and cost of producing calcined / graphitized carbon foam. .

2600℃で完全に黒鉛化した発泡体のサンプルはまた、マイクロ波加熱を用いて首尾よく加熱することを示している。これは、炭素発泡体の加熱処理から部分的なか焼までの範囲で、1000℃のか焼温度で、マイクロ波を用いて、少なくとも2600℃まで黒鉛化を完了し得る。   Fully graphitized foam samples at 2600 ° C. also show successful heating using microwave heating. This can complete graphitization to at least 2600 ° C. using microwaves at a calcination temperature of 1000 ° C., ranging from heat treatment to partial calcination of the carbon foam.

上記の実施例は、生の炭素発泡体(これは、発泡され、次いでマイクロ波デバイス中で別々に処理される)の炭化および/または黒鉛化に必要とされる処理時間を減じることにおけるマイクロ波加熱の有効性を示すが、このような操作は、マイクロ波デバイスをオートクレーブまたは上記の米国特許出願番号09/902,828に記載される「鋳型」に組み込むことによって実施されることが同様に可能である。その結果、炭化および/または黒鉛化は、発泡を達成するのに使用した同じ装置でマイクロ波加熱の使用を介して達成され得る。 The above examples illustrate microwaves in reducing the processing time required for carbonization and / or graphitization of raw carbon foam (which is foamed and then processed separately in a microwave device). Although showing the effectiveness of heating, such operations can equally be performed by incorporating the microwave device into an autoclave or “mold” as described in the above-mentioned US patent application Ser. No. 09 / 902,828. It is. As a result, carbonization and / or graphitization can be achieved through the use of microwave heating in the same equipment used to achieve foaming.

さらに、マイクロ波加熱と対流または放射性加熱との組み合わせもまた、特定の環境下で使用され、生の炭素発泡体の完全かつ均一な温度を保証し得る。 In addition, a combination of microwave heating and convection or radiant heating can also be used under certain circumstances to ensure a complete and uniform temperature of the raw carbon foam.

本発明は、大部分マイクロ波加熱の使用の観点から、本明細書中に記載されているが、誘導加熱がまた同様に適用され得、これは、加熱の目的での生の炭素発泡体構造への磁気エネルギーの導入を含む導入加熱が同様に有用であるという同じ結果を示す。マイクロ波デバイスの適用でのように、誘導加熱デバイスでの出力レベルおよびその適用の持続は、その密度、厚さ、組成などに従って処理を受ける特定の炭素発泡体で変化するが、適切な処理パラメータは、実験により容易に決定され得る。 Although the present invention has been described herein for the most part in terms of the use of microwave heating, induction heating can also be applied as well, which is a raw carbon foam structure for heating purposes. It shows the same result that induction heating, including the introduction of magnetic energy into, is equally useful. As in microwave device applications, the power level in an induction heating device and the duration of its application varies with the particular carbon foam being treated according to its density, thickness, composition, etc., but the appropriate processing parameters Can be readily determined by experiment.

本発明が記載されるように、同じものが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、多くの方法で改変され得ることは当業者に明らかである。このような改変のいずれかおよび全ては、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが企図される。   It will be apparent to those skilled in the art that as the invention has been described, the same can be modified in many ways without departing from the spirit and scope of the invention. Any and all such modifications are intended to be included within the scope of the appended claims.

Claims (8)

生の炭素発泡体を炭化および/または黒鉛化する方法であって、
炭化および/または黒鉛化を達成するのに十分な処理期間に亘って該炭素発泡体をマイクロ波と接触させることにより該生の炭素発泡体を不活性雰囲気下で加熱する工程
を包含する、方法。
A method of carbonizing and / or graphitizing a raw carbon foam comprising:
Comprising the step of heating the carbon foam in the raw under an inert atmosphere by contacting the carbon foam microwave for a sufficient treatment period to achieve carbonization and / or graphitization method .
生の炭素発泡体を炭化および/または黒鉛化する方法であって、
炭化および/または黒鉛化を達成するのに十分な処理期間に亘って該炭素発泡体を磁気エネルギーと接触させることにより該生の炭素発泡体を不活性雰囲気下で加熱する工程
を包含する、方法。
A method of carbonizing and / or graphitizing a raw carbon foam comprising:
Comprising the step of heating the carbon foam in the raw under an inert atmosphere by contacting the carbon foam and magnetic energy for a sufficient treatment period to achieve carbonization and / or graphitization method .
請求項1に記載の方法であって、ここで前記生の炭素発泡体が、小さな粒子サイズの高揮発性瀝青炭粒子の制御された発泡により生成される、方法。 The method of claim 1, wherein the raw carbon foam is produced by controlled foaming of small particle size, highly volatile bituminous coal particles. 請求項1に記載の方法であって、ここで前記生の炭素発泡体が、小さな粒子サイズの高揮発性瀝青炭粒子と石油ピッチとのブレンドの制御された発泡により生成される、方法。 The method of claim 1, wherein the raw carbon foam is produced by controlled foaming of a blend of small particle size highly volatile bituminous coal particles and petroleum pitch. 請求項1に記載の方法であって、ここで前記生の炭素発泡体が、合成ピッチ、石油ピッチ、高揮発性瀝青炭粒子ならびにそれらの組み合わせおよびブレンドからなる群から選択されるメンバーの発泡により生成される、方法。 The method of claim 1, wherein the raw carbon foam is produced by foaming a member selected from the group consisting of synthetic pitch, petroleum pitch, highly volatile bituminous coal particles and combinations and blends thereof. To be the way. 請求項1に記載の方法であって、ここで前記マイクロ照射の出力レベルまたは適用時間が、前記処理期間にわたって変化する、方法。 The method of claim 1, wherein a power level or application time of the microwave irradiation varies over the processing period. 請求項に記載の方法であって、ここで、前記出力レベルが、前記処理期間にわたって増する、方法。 The method according to claim 6, wherein the output level is increased over the processing period, method. 請求項1に記載の方法であって、ここで前記不活性雰囲気が、ヘリウム、アルゴン、窒素およびCOからなる群から選択される、方法。 The method according to claim 1, wherein said inert atmosphere is helium, argon, is selected from the group consisting of nitrogen and CO 2, the method.
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