JP2014048175A - Graphite analysis sample and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a graphite sample suitable for analysis and a method for manufacturing the same.SOLUTION: A method for manufacturing a graphite analysis sample includes: a processing step for obtaining at least one plane on the surface of a porous graphite material; a polishing step for polishing plane using a polishing agent made of carbon-based powder or organic powder after the processing step and then obtaining the polished surface; a cleaning step for cleaning the polished surface using liquid; and a drying step for vaporizing the liquid.

Description

本発明は、表面を分析するための多孔質の黒鉛分析試料に関する。   The present invention relates to a porous graphite analysis sample for analyzing a surface.

黒鉛材料は、化学的に不活性であること、高い熱伝導性、高い耐熱性を持っていることが知られ、化学プラント、工業炉など様々な産業分野で使用される基本的な材料である。   Graphite materials are known to have chemical inertness, high thermal conductivity, and high heat resistance, and are basic materials used in various industrial fields such as chemical plants and industrial furnaces. .

このような炭素材料に対して、表面を走査型トンネル顕微鏡(STM)、走査型プローブ顕微鏡などを用いて様々な原子レベルの観察、材料表面の分析が行われている。その一例として特許文献1には、走査型トンネル顕微鏡の探針と試料の間に電圧を印加することにより、試料表面から原子乃至原子群を引き抜くのに必要な最低限の電圧を測定し、試料表面上の原子の結合エネルギー乃至昇華エネルギーを得る表面分析法が記載されている。   For such a carbon material, various atomic level observations and material surface analyzes are performed on the surface using a scanning tunneling microscope (STM), a scanning probe microscope, or the like. As an example, Patent Document 1 discloses that a voltage is applied between a probe of a scanning tunneling microscope and a sample to measure a minimum voltage necessary for extracting atoms or atomic groups from the sample surface. A surface analysis method for obtaining the binding energy or sublimation energy of atoms on the surface is described.

具体的には、試料としてHOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite;高配向熱分解グラファイト)を用いて、当該試料を水と反応させ、グラファイトの炭素を酸化させる反応をSTM探針直下で起こさせる。グラファイトは実験前に劈開して清浄な表面を出し、その表面に純水を滴下する。その上からHOPGにSTMの探針をトンネル電流が流れるまで近づけて、表面から原子が取り除かれるしきい値電圧Vtを測定する。   Specifically, HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) is used as a sample, the sample is reacted with water, and a reaction for oxidizing carbon of graphite is caused directly under the STM probe. The graphite is cleaved to give a clean surface before the experiment, and pure water is dropped on the surface. Then, an STM probe is brought close to HOPG until a tunnel current flows, and a threshold voltage Vt at which atoms are removed from the surface is measured.

特開平6−347468号公報JP-A-6-347468

特許文献1に用いられているHOPGは、面方向に結晶網面が広がるように配向した特殊な黒鉛であり、均一な平滑面が得られやすいので、AFM(原子間力顕微鏡)などで表面状態の解析、評価は多く行われるようになり、様々な知見が蓄積されるようになってきた。   HOPG used in Patent Document 1 is special graphite oriented so that the crystal network plane spreads in the plane direction, and since a uniform smooth surface can be easily obtained, the surface state can be obtained with an AFM (atomic force microscope) or the like. Many analyzes and evaluations have been conducted, and various knowledge has been accumulated.

しかしながら、産業的には、黒鉛材料の理論密度2.25g/cmに近く高い配向性を持ったHOPGよりも、多孔質の黒鉛材が圧倒的に広く用いられている。多孔質の黒鉛材とは、コークス、バインダーピッチを原料して用い、混練、成形した後、焼成、黒鉛化して得られる等方性黒鉛材、人造黒鉛電極などである。 However, industrially, a porous graphite material is overwhelmingly used rather than HOPG having an orientation close to the theoretical density of 2.25 g / cm 3 of the graphite material. The porous graphite material is an isotropic graphite material, an artificial graphite electrode, or the like obtained by using coke and binder pitch as raw materials, kneading and forming, then firing and graphitizing.

このような等方性黒鉛材、人造黒鉛電極は、黒鉛の化学的安定性を利用し、化学プラントの配管、熱交換器、フッ素ガス電解電極、電解精錬用材料などに広く利用されている。一方、他方、高い耐熱性を利用し、単結晶引き上げ装置用黒鉛部材、核融合炉第一壁、放電加工用電極など産業界の様々な分野でも利用されている。   Such isotropic graphite materials and artificial graphite electrodes are widely used in chemical plant piping, heat exchangers, fluorine gas electrolytic electrodes, electrolytic refining materials, etc., utilizing the chemical stability of graphite. On the other hand, using high heat resistance, it is also used in various fields of industry such as graphite members for single crystal pulling devices, fusion reactor first walls, and electrodes for electric discharge machining.

このような背景から、現実的な黒鉛のミクロ的な反応性、消耗等について解析するには、理想的な黒鉛結晶に近いHOPGではなくむしろ多孔質黒鉛材によって評価することが望まれる。   From such a background, in order to analyze the realistic microscopic reactivity, consumption, etc. of graphite, it is desired to evaluate not with HOPG close to an ideal graphite crystal but with a porous graphite material.

本発明は、解析に適した多孔質の黒鉛分析試料およびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a porous graphite analysis sample suitable for analysis and a method for producing the same.

本発明の多孔質の黒鉛分析試料の製造方法は、多孔質黒鉛材の表面に少なくとも一つの平面を得る加工工程と、前記加工工程の後に炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤を用いて前記平面を研磨し、研磨面を得る研磨工程と、前記研磨面を液体を用いて洗浄する洗浄工程と、前記液体を揮発させる乾燥工程と、を備える。   The method for producing a porous graphite analysis sample of the present invention uses a processing step of obtaining at least one plane on the surface of a porous graphite material, and an abrasive comprising a carbon-based powder or an organic powder after the processing step. A polishing step of polishing the flat surface to obtain a polishing surface, a cleaning step of cleaning the polishing surface with a liquid, and a drying step of volatilizing the liquid.

前記研磨工程は、例えば液体を用いた湿式で行われる。   The polishing step is performed by, for example, a wet method using a liquid.

前記研磨工程は、例えば水を用いた湿式で行われる。   The polishing step is performed by a wet method using, for example, water.

前記洗浄工程は、例えば前記多孔質黒鉛材の気孔内部に前記研磨剤を残留させる。   In the cleaning step, for example, the abrasive is left inside the pores of the porous graphite material.

前記洗浄工程は、例えば水を使用する。   In the washing step, for example, water is used.

前記洗浄工程は、例えば超音波洗浄を行わないか、超音波洗浄によるキャビテーション効果による気泡を生じさせない弱い出力で超音波洗浄を行う。   In the cleaning step, for example, ultrasonic cleaning is not performed, or ultrasonic cleaning is performed with a weak output that does not generate bubbles due to the cavitation effect of ultrasonic cleaning.

前記炭素系粉末は、例えばダイヤモンド粉末、コークス粉末、黒鉛粉末、無煙炭、熱分解炭素粉末、ガラス状炭素からなる群より選択される少なくとも一つである。   The carbon-based powder is at least one selected from the group consisting of diamond powder, coke powder, graphite powder, anthracite, pyrolytic carbon powder, and glassy carbon.

上記黒鉛分析試料の製造方法によって得られる黒鉛分析試料も本発明に含まれる。   A graphite analysis sample obtained by the above method for producing a graphite analysis sample is also included in the present invention.

本発明の黒鉛分析試料は、少なくとも1つの平面を有し、前記平面で測定される算術平均荒さRaが0.2μm以下であり、前記平面に露出する気孔の内部に少なくとも炭素系粉末を含有し、さらに前記気孔の内部に、炭素系粉末からなる研磨剤、有機系粉末からなる研磨剤または有機系粉末からなる研磨剤の炭化物を含有する。   The graphite analysis sample of the present invention has at least one plane, the arithmetic average roughness Ra measured on the plane is 0.2 μm or less, and contains at least a carbon-based powder inside the pores exposed on the plane. Further, the pores contain abrasives made of carbon-based powder, abrasives made of organic powder, or carbides of abrasives made of organic powder.

本発明によれば、多孔質の黒鉛材を炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤を用いて、研磨し、洗浄および乾燥しているので、気孔中に研磨剤が残留しても黒鉛試料の分析に与える影響は無いかあるいは小さくすることができる。このため、様々な分析に適した多孔質の黒鉛分析試料を得ることが可能となる。   According to the present invention, a porous graphite material is polished, cleaned and dried using an abrasive made of a carbon-based powder or an organic powder, so that even if the abrasive remains in the pores, the graphite sample There is no effect on the analysis of the above, or it can be reduced. This makes it possible to obtain a porous graphite analysis sample suitable for various analyses.

実施例2の多孔質黒鉛材料の表面のAFMによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by AFM of the surface of the porous graphite material of Example 2. FIG. 比較例2の多孔質黒鉛材料の表面のAFMによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by the AFM of the surface of the porous graphite material of the comparative example 2. 実施例1の多孔質黒鉛材料の表面のSEM(走査電子顕微鏡)による分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by SEM (scanning electron microscope) of the surface of the porous graphite material of Example 1. FIG. 実施例2の多孔質黒鉛材料の表面のSEMによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by SEM of the surface of the porous graphite material of Example 2. FIG. 比較例2の多孔質黒鉛材料の表面のSEMによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by SEM of the surface of the porous graphite material of the comparative example 2. 実施例2の多孔質黒鉛材料の表面にイオン照射試験を施した前後の同一箇所のSEMによる分析結果を示す図。The figure which shows the analysis result by SEM of the same location before and after performing the ion irradiation test on the surface of the porous graphite material of Example 2. FIG.

HOPG(Highly Oriented Pyrolytic Graphite;高配向熱分解グラファイト)は、炭化水素ガスを気相から熱分解により炭素として析出させた高純度黒鉛結晶であり、一方向に強く配向した材料である。HOPGは、炭素原子の六角網面の広がるa軸方向が試料の表面となるように調整され提供されている。HOPGでは、炭素原子の六角網面の広がった試料表面に粘着テープを貼り、剥がす操作を行うことによってグラフェンが得られることが知られている。こうして粘着テープで表層を除去することによって、新たに露出した試料表面は、炭素原子の六角網面の広がった面を繰り返し得ることができる。   HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) is a high-purity graphite crystal in which a hydrocarbon gas is precipitated as carbon by pyrolysis from a gas phase, and is a material that is strongly oriented in one direction. HOPG is provided so that the a-axis direction in which the hexagonal network surface of carbon atoms spreads becomes the surface of the sample. In HOPG, it is known that graphene can be obtained by applying an adhesive tape to the surface of a sample having a hexagonal network surface of carbon atoms spread and peeling it off. By removing the surface layer with the pressure-sensitive adhesive tape in this manner, the newly exposed sample surface can be repeatedly obtained by expanding the hexagonal network surface of carbon atoms.

これに対し、本発明では、産業上一般的に用いられており、多孔質黒鉛材を対象とする。多孔質黒鉛材には、等方性黒鉛材、人造黒鉛電極などが含まれる。   On the other hand, in the present invention, it is generally used in the industry and targets a porous graphite material. Porous graphite materials include isotropic graphite materials, artificial graphite electrodes, and the like.

等方性黒鉛材は、粉砕されたコークス粉末と、バインダーピッチとを熱を加えて混練し、得られた塊状の混練物を再度粉砕し、得られた粉を冷間静水圧成形し、焼成、黒鉛化することによって得られる。具体的にはイビデン(株)製ET−10、T−5などが挙げられる。   Isotropic graphite material is pulverized coke powder and binder pitch with heat to knead, pulverize the resulting mass kneaded material again, cold isostatically pressurize the resulting powder, fired Obtained by graphitization. Specifically, IBIDEN Co., Ltd. ET-10, T-5, etc. are mentioned.

人造黒鉛電極は、粉砕されたニードルコークス粉末と、バインダーとを熱を加えて混練し、得られた塊状の混練物を押出成形し、焼成、黒鉛化することによって得られる。こうして得られる人造黒鉛電極は、例えば電気製鋼炉の電極等として使用される。   The artificial graphite electrode is obtained by applying heat to kneaded pulverized needle coke powder and a binder, extrusion-molding the resulting kneaded material, firing, and graphitizing. The artificial graphite electrode thus obtained is used, for example, as an electrode for an electric steelmaking furnace.

本発明の分析試料は、多孔質黒鉛材からなる。多孔質黒鉛材を構成する黒鉛の結晶は、六方晶系の結晶であり、a軸方向は強い共有結合で繋がり、c軸方向の弱いファンデルワールス力で繋がっている。このため、黒鉛は劈開しやすい材料であり、劈開のしやすさを利用して鉛筆芯、固体潤滑剤等に広く用いられている。   The analysis sample of the present invention is made of a porous graphite material. The graphite crystal constituting the porous graphite material is a hexagonal crystal, and the a-axis direction is connected by a strong covalent bond and is connected by a weak van der Waals force in the c-axis direction. For this reason, graphite is a material that is easy to cleave and is widely used for pencil leads, solid lubricants, and the like because of its ease of cleavage.

等方性黒鉛材、人造黒鉛電極などの多孔質黒鉛材は、産業上一般的に用いられており、産業上の利用に関してはHOPGのような材料よりは好ましい材料である。しかしながら、多孔質黒鉛材の試料においては、HOPG試料のような平滑な面を得ることは困難であった。これは以下のように考えられる。   Porous graphite materials such as isotropic graphite materials and artificial graphite electrodes are generally used in industry, and are more preferable than materials such as HOPG for industrial use. However, in the porous graphite material sample, it was difficult to obtain a smooth surface like the HOPG sample. This is considered as follows.

多孔質黒鉛材のかさ密度は1.6〜1.9g/cmであり理論密度(2.25g/cm)を大きく下回る。これは微細な粒子を原料に用い焼成、黒鉛化して製造されるので、気孔を多く有していることに起因する。また、黒鉛は、熱処理温度を高くしても結晶化が十分に進行しない結晶組織に乱れた非晶質領域が部分的に存在し、硬い部分と軟らかい部分が混在する。更に結晶質領域は、方向によって硬さが大きく異なることもその原因となっている。すなわち、以下のような要素が、多孔質黒鉛材のかさ密度が理論密度を大きく下回る原因となっている。 The bulk density of the porous graphite material is significantly below the theoretical density was 1.6~1.9g / cm 3 (2.25g / cm 3). This is because it is produced by firing and graphitizing using fine particles as raw materials, and thus has many pores. In addition, graphite has a partially disordered amorphous region in the crystal structure where crystallization does not proceed sufficiently even when the heat treatment temperature is raised, and a hard portion and a soft portion are mixed. Further, the crystalline region has a great difference in hardness depending on the direction. That is, the following factors cause the bulk density of the porous graphite material to be much lower than the theoretical density.

・多孔質黒鉛材が、微粒子が結合した多孔質材料であること。
・多孔質黒鉛材が、硬い非晶質部分と軟らかい結晶質部分が混在してなること。
・多孔質黒鉛材を構成する軟らかい結晶質部分は、方向によって大きく硬さが異なり、劈開しやすいこと。
-The porous graphite material is a porous material in which fine particles are bonded.
-The porous graphite material is a mixture of a hard amorphous part and a soft crystalline part.
-The soft crystalline parts that make up the porous graphite material vary greatly in hardness depending on the direction and are easy to cleave.

以上の様な低いかさ密度を引き起こす原因は、同時に平滑な面を得ることを困難にする原因となっている。このため、従来は、多孔質黒鉛材の平坦な試料が得られにくく、耐食性、耐熱性など、平面をミクロ的に解析することが困難であった。本発明では、以下の方法を用いることによって、黒鉛材料に平滑面を得ることができるようになり、様々な評価試験ができるようになった。   The cause of the low bulk density as described above is a cause of difficulty in obtaining a smooth surface at the same time. For this reason, conventionally, it has been difficult to obtain a flat sample of a porous graphite material, and it has been difficult to analyze the plane microscopically such as corrosion resistance and heat resistance. In the present invention, a smooth surface can be obtained in the graphite material by using the following method, and various evaluation tests can be performed.

すなわち、本発明は黒鉛分析試料の製造方法であって、以下の(1)〜(4)の工程を含むものである。   That is, this invention is a manufacturing method of a graphite analysis sample, Comprising: The following processes (1)-(4) are included.

(1)多孔質黒鉛材の表面に少なくとも一つの平面を得る加工工程。
(2)加工工程の後に炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤を用いて平面を研磨し、研磨面を得る研磨工程。
(3)研磨面を液体を用いて洗浄する洗浄工程。
(4)液体を揮発させる乾燥工程。
(1) A processing step of obtaining at least one plane on the surface of the porous graphite material.
(2) A polishing step of polishing a flat surface using a polishing agent made of carbon-based powder or organic powder after the processing step to obtain a polished surface.
(3) A cleaning step of cleaning the polished surface with a liquid.
(4) A drying step for volatilizing the liquid.

<加工工程>
本発明の黒鉛分析試料の製造方法は、研磨工程に先だって、少なくとも一つの平面を得る加工工程を有する。研磨工程において使用される炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤は加工速度が遅いので、まず黒鉛材の表面を平坦に加工して少なくとも一つの平面を得るようにする。
<Processing process>
The method for producing a graphite analysis sample of the present invention has a processing step of obtaining at least one plane prior to the polishing step. Since the polishing agent made of carbon powder or organic powder used in the polishing step has a low processing speed, the surface of the graphite material is first processed to be flat to obtain at least one flat surface.

加工工程において1つの平面を得る方法は、どのような方法でも良い。バンドソーによる切断加工、フライスによる切削加工、砥石による研磨加工などどのような方法で行っても良い。加工工程を行うことによって、研磨工程での研磨量を少なく、研磨時間を短縮することができるので研磨工程を容易に行うことができる。加工工程を砥石による研磨加工で行う場合には、多孔質黒鉛の気孔径より十分に大きな砥粒を用いて研磨することが望ましい。多孔質黒鉛の気孔径より十分に大きな砥粒であれば、黒鉛材の気孔に残留しにくいので、特に砥粒の材質は限定されない。加工工程で使用する砥石は、#1000以上の大きさの砥粒を用いた砥石であることが望ましい。#1000の砥粒はメジアン径が16μmであるので、多孔質黒鉛の気孔内に残留しにくくすることができる。加工工程で使用する砥石は、#400以上の大きさの砥粒を用いた砥石であることがより望ましい。#400の砥粒はメジアン径が40μmであるので、多孔質黒鉛の気孔内に更に残留しにくくすることができる。   Any method may be used to obtain one plane in the processing step. Any method such as cutting with a band saw, cutting with a mill, or polishing with a grindstone may be used. By performing the processing step, the polishing amount in the polishing step can be reduced and the polishing time can be shortened, so that the polishing step can be easily performed. When the processing step is performed by polishing with a grindstone, it is desirable to polish using abrasive grains that are sufficiently larger than the pore diameter of the porous graphite. If the abrasive grains are sufficiently larger than the pore diameter of the porous graphite, it is difficult to remain in the pores of the graphite material, so the material of the abrasive grains is not particularly limited. The grindstone used in the processing step is preferably a grindstone using abrasive grains having a size of # 1000 or more. Since the # 1000 abrasive has a median diameter of 16 μm, it can be made difficult to remain in the pores of the porous graphite. The grindstone used in the processing step is more preferably a grindstone using abrasive grains having a size of # 400 or more. Since the # 400 abrasive has a median diameter of 40 μm, it can be made more difficult to remain in the pores of the porous graphite.

<研磨工程>
研磨工程においては、炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤を用いて加工工程で得られた平面を研磨し、研磨面が得られる。
<Polishing process>
In the polishing step, the flat surface obtained in the processing step is polished with an abrasive made of carbon-based powder or organic powder to obtain a polished surface.

炭素系粉末としては、ダイヤモンド粉末、コークス粉末、無煙炭、黒鉛粉末、熱分解炭素粉末、ガラス状炭素粉末等が挙げられる。これらは、主成分が炭素からなるので、分析試料として使用しても他元素が検出されないあるいは検出されにくいので、黒鉛分析試料として好適に利用することができる。また、これらの研磨剤は、主成分が炭素からなるので、黒鉛分析試料と反応することがなく、好適に分析試料として用いることができる。   Examples of the carbon powder include diamond powder, coke powder, anthracite, graphite powder, pyrolytic carbon powder, and glassy carbon powder. Since the main component is carbon, other elements are not detected or difficult to detect even when used as an analysis sample, and can be suitably used as a graphite analysis sample. Moreover, since these abrasive | polishing agents consist of carbon, these abrasive | polishing agents do not react with a graphite analysis sample, but can be used suitably as an analysis sample.

これら炭素系粉末の中からどのような研磨剤(炭素系粉末)を選択するべきかは、分析対象によって適宜選択することができる。   Which abrasive (carbon-based powder) should be selected from these carbon-based powders can be appropriately selected depending on the analysis target.

含有する元素に関する表面分析を実施する場合には、使用する研磨剤の炭素含有量が重要である。純度の高い研磨剤を用いることが好ましく、例えばハロゲン系ガス雰囲気下で加熱し高純度処理した黒鉛粉末、コークス粉末、熱分解炭素粉末、ガラス状炭素粉末などが好適に利用できる。ハロゲン系ガス雰囲気下で加熱し高純度処理することにより、ppmのオーダーの不純物含有量である高純度の炭素系材料粉末を得ることができる。   When carrying out a surface analysis on the contained elements, the carbon content of the abrasive used is important. A high-purity abrasive is preferably used. For example, graphite powder, coke powder, pyrolytic carbon powder, glassy carbon powder and the like that are heated in a halogen-based gas atmosphere and processed to high purity can be suitably used. By heating in a halogen-based gas atmosphere and performing high-purity treatment, a high-purity carbon-based material powder having an impurity content on the order of ppm can be obtained.

例えば、研磨剤として多孔質黒鉛材と同様に六員環の繋がった六角網面を持つコークス粉末、無煙炭、黒鉛粉末、熱分解炭素粉末、ガラス状炭素からなる粉末を用いることが好ましい。これらの炭素系材料粉末は、炭素原子の価電子が黒鉛と同様にSP2混成軌道をとるので、黒鉛分析試料の測定値に影響を与えにくい。   For example, it is preferable to use a coke powder having a hexagonal mesh surface connected with a six-membered ring, anthracite, graphite powder, pyrolytic carbon powder, or glassy carbon as the abrasive, as with the porous graphite material. In these carbon-based material powders, the valence electrons of carbon atoms take SP2 hybrid orbits like graphite, so that the measured value of the graphite analysis sample is hardly affected.

炭素系粉末からなる研磨剤として、炭素原子の価電子がSP3混成軌道をとるダイヤモンド粉末を用いた場合には、黒鉛分析試料の気孔中に残留するダイヤモンド粉末が測定に与える影響を小さくするために研磨した後、加熱し、立方晶から安定な六方晶に変化させ、炭素原子の価電子がSP3混成軌道をとるようにすることによって研磨剤のダイヤモンド粉末の影響を抑えることができる。   In order to reduce the influence of the diamond powder remaining in the pores of the graphite analysis sample on the measurement when diamond powder in which valence electrons of carbon atoms have SP3 hybrid orbitals is used as the abrasive made of carbon powder. After polishing, heating is performed to change the cubic crystal to a stable hexagonal crystal so that the valence electrons of the carbon atoms take SP3 hybrid orbits, thereby suppressing the influence of the diamond powder of the abrasive.

黒鉛のモース硬さは、0.5〜2.0であり非常に軟らかい。黒鉛は、六方晶系の結晶構造をとり、結晶化が進行するほど軟らかくなる。高温で処理して得られた多孔質黒鉛材は、炭素原子からなる素材の中で最も軟らかい形態の一つである。このため、研磨剤としてダイヤモンド粉末(モース硬度10)を用いるまでもなく、無煙炭(モース硬度2.2)、コークス粉末など、様々な炭素系粉末が研磨剤として利用可能である。   The Mohs hardness of graphite is 0.5 to 2.0 and is very soft. Graphite has a hexagonal crystal structure and becomes softer as crystallization progresses. A porous graphite material obtained by processing at a high temperature is one of the softest forms among materials composed of carbon atoms. For this reason, it is not necessary to use diamond powder (Mohs hardness 10) as an abrasive, and various carbon-based powders such as anthracite (Mohs hardness 2.2) and coke powder can be used as an abrasive.

次に、有機系粉末からなる研磨剤としては、樹脂系研磨剤、植物系研磨剤などが挙げられる。   Next, as an abrasive | polishing agent which consists of organic type powder, a resin-type abrasive | polishing agent, a plant-type abrasive | polishing agent, etc. are mentioned.

樹脂系研磨剤としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリシアノアクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ポリカーボネート、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、炭素を主成分とし、水素、窒素、酸素などが更に含有されている。黒鉛分析試料の研磨剤として使用する場合、炭素、窒素、酸素などが分析対象となる場合を除いて好適に利用することができる。炭素、窒素、酸素などの元素が分析に悪影響を及ぼす場合、黒鉛分析試料を加熱し、樹脂系研磨剤を炭化あるいは、解重合させても良い。炭化あるいは解重合させることによって炭素以外の元素をほぼ除去することができる。   Examples of the resin-based abrasive include polymethyl methacrylate, polycyanomethyl acrylate, polyacrylonitrile, nylon, polycarbonate, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, and epoxy resin. These resins are mainly composed of carbon and further contain hydrogen, nitrogen, oxygen and the like. When used as an abrasive for a graphite analysis sample, it can be suitably used except when carbon, nitrogen, oxygen, or the like is an analysis target. When elements such as carbon, nitrogen, and oxygen adversely affect the analysis, the graphite analysis sample may be heated to carbonize or depolymerize the resin-based abrasive. Elements other than carbon can be almost removed by carbonization or depolymerization.

ポリメタクリル酸メチル、ポリシアノアクリル酸メチルは解重合する樹脂であるので、空気中で200〜400℃に加熱することによって容易に除去することができる。加熱温度が250℃以上であると、解重合が促進され早く除去することができる。また加熱温度が400℃以下であると、黒鉛が酸化しにくく、良好な黒鉛分析試料の表面が得られる。解重合しない樹脂の場合には、還元性雰囲気、不活性雰囲気あるいは真空中で700〜2000℃に加熱し、炭素化させることが好ましい。炭素化の温度が700℃以上であると、炭素化を十分に進行させることができ、炭素、窒素、酸素などの元素の大部分を除去することができる。炭素化の温度が2000℃以下であると、熱で黒鉛試料の表面で結晶化あるいは昇華が発生しにくく試料表面の劣化が少ない。   Since polymethyl methacrylate and polymethyl cyanoacrylate are depolymerized resins, they can be easily removed by heating to 200 to 400 ° C. in air. When the heating temperature is 250 ° C. or higher, depolymerization is promoted and can be removed quickly. If the heating temperature is 400 ° C. or lower, the graphite is difficult to oxidize, and a good surface of the graphite analysis sample can be obtained. In the case of a resin that is not depolymerized, it is preferably carbonized by heating to 700 to 2000 ° C. in a reducing atmosphere, inert atmosphere, or vacuum. When the carbonization temperature is 700 ° C. or higher, the carbonization can be sufficiently advanced, and most of elements such as carbon, nitrogen, and oxygen can be removed. When the carbonization temperature is 2000 ° C. or less, crystallization or sublimation hardly occurs on the surface of the graphite sample due to heat, and the sample surface is less deteriorated.

植物系研磨剤としては、トウモロコシ穂軸、植物の種の殻などが利用できる。植物の種の殻としては、胡桃、杏子、花梨等が利用可能である。黒鉛材のモース硬度は、0.5〜1.0程度であるため、これより硬い研磨剤であれば容易に研磨することができる。例えばトウモロコシ穂軸(モース硬度2.0)、胡桃の殻(モース硬度3.0)、杏子の殻(モース硬度3.5)、桃の種(モース硬度4.0)等が研磨剤として利用可能である。   As the plant-based abrasive, corn cobs, plant seed shells, and the like can be used. As the seed shell of the plant, walnuts, apricots, quince, etc. can be used. Since the Mohs hardness of the graphite material is about 0.5 to 1.0, if it is a harder abrasive than this, it can be easily polished. For example, corn cobs (Mohs hardness 2.0), walnut husk (Mohs hardness 3.0), apricot husk (Mohs hardness 3.5), peach seeds (Mohs hardness 4.0) etc. are used as abrasives Is possible.

植物系研磨剤は、主成分がセルロース類であるので、樹脂系研磨剤と同様に炭化することができる。植物系研磨剤を炭化させると、研磨剤に含有する水素、酸素等を揮発させ除去することができる。炭素化は、還元性雰囲気、不活性雰囲気あるいは真空中で700〜2000℃に加熱することによって行うことができる。炭素化の温度が700℃以上であると、炭素化を十分に進行させることができ、炭素、窒素、酸素などの元素の大部分を除去することができる。2000℃以下であると、熱で黒鉛試料の表面で結晶化あるいは昇華が発生しにくく試料表面の劣化が少ない。   Since the plant-based abrasive is mainly composed of celluloses, it can be carbonized similarly to the resin-based abrasive. When the plant abrasive is carbonized, hydrogen, oxygen, etc. contained in the abrasive can be volatilized and removed. Carbonization can be performed by heating to 700 to 2000 ° C. in a reducing atmosphere, inert atmosphere, or vacuum. When the carbonization temperature is 700 ° C. or higher, the carbonization can be sufficiently advanced, and most of elements such as carbon, nitrogen, and oxygen can be removed. When the temperature is 2000 ° C. or lower, crystallization or sublimation hardly occurs on the surface of the graphite sample due to heat, and the sample surface hardly deteriorates.

本発明の実施の形態で使用する研磨剤のメジアン径は、0.1〜10.0μmが好ましい。研磨剤のメジアン径が、0.1μm以上であれば、黒鉛の気孔に取り込まれにくいので効率良く研磨することができる。研磨剤のメジアン径が、10.0μm以下であれば、多孔質黒鉛の分析試料表面に傷をつけにくいので、表面分析に適した黒鉛分析試料を容易に得ることができる。研磨剤のメジアン径は、レーザー回折式粒度測定器で水を分散媒として測定することができる。   The median diameter of the abrasive used in the embodiment of the present invention is preferably 0.1 to 10.0 μm. If the median diameter of the abrasive is 0.1 μm or more, it can be efficiently polished because it is difficult to be taken into the pores of graphite. If the median diameter of the abrasive is 10.0 μm or less, it is difficult to damage the surface of the porous graphite analysis sample, so that a graphite analysis sample suitable for surface analysis can be easily obtained. The median diameter of the abrasive can be measured with a laser diffraction particle size analyzer using water as a dispersion medium.

研磨工程は、液体を用いた湿式で行うことが好ましい。湿式研磨によれば、研磨によって得られた黒鉛の微粉末が液体中で分散し流動性を有するので、黒鉛の気孔中に研磨で形成した黒鉛の微粉末が目詰まりするのを防止しやすくなる。   The polishing step is preferably performed by a wet method using a liquid. According to wet polishing, the graphite fine powder obtained by polishing is dispersed in the liquid and has fluidity, so that it becomes easy to prevent clogging of the graphite fine powder formed by polishing in the pores of graphite. .

また、湿式研磨は、イオンミリング法等と異なり、研磨時に加熱しにくいので、黒鉛分析試料の表面が、変質しにくい効果もある。イオンミリング法とは収束イオンビームを用いた加工方法である。このような方法は、表面を平坦に研磨することができるが、少しずつ走査しながら研磨するので大きな面積の研磨が困難であり、また高エネルギーで試料表面の原子をはじき飛ばしながら研磨するので表面に薄い変質層ができてしまう。湿式研磨であれば、大面積の研磨が容易であり表面に変質層を形成させることなく研磨できるので、多孔質黒鉛材の表面分析に適した黒鉛分析試料を得ることができる。   In addition, unlike the ion milling method or the like, wet polishing is difficult to heat during polishing, and thus has an effect that the surface of the graphite analysis sample is not easily altered. The ion milling method is a processing method using a focused ion beam. Although such a method can polish the surface flatly, it is difficult to polish a large area because it is polished while scanning little by little, and it is polished while repelling atoms on the sample surface with high energy, so that the surface is polished. A thin altered layer is formed. With wet polishing, polishing of a large area is easy and polishing can be performed without forming a deteriorated layer on the surface, so that a graphite analysis sample suitable for surface analysis of a porous graphite material can be obtained.

湿式研磨においては、水を媒体として行うことが好ましい。水を媒体として用いると、媒体が揮発しにくく、気孔中に詰まった炭素微粉末が濃縮されにくいので、容易に除去することができる。また、水は、常温では炭素材料との反応速度は反応性が無いに等しい程度に極めて遅く、観察されないので、好適に利用できる。   The wet polishing is preferably performed using water as a medium. When water is used as a medium, the medium is less likely to volatilize and the fine carbon powder clogged in the pores is less likely to be concentrated, so that it can be easily removed. In addition, water can be suitably used at room temperature because the reaction rate with the carbon material is extremely slow to the extent that it has no reactivity and is not observed.

<洗浄工程>
洗浄工程においては、洗浄媒体として揮発油、アルコール、水、エーテルなどどのようなものでも利用できる。中でも、水またはアルコールやエーテルの如き水溶性溶媒が好ましい。湿式研磨で水を媒体として用いるので、水または水溶性溶媒を用いると、水とスラリーを形成する黒鉛粉末を容易に分散させることができ、洗浄を容易にすることができる。
<Washing process>
In the cleaning process, any volatile oil, alcohol, water, ether or the like can be used as a cleaning medium. Among these, water or a water-soluble solvent such as alcohol or ether is preferable. Since water is used as a medium in wet polishing, when water or a water-soluble solvent is used, graphite powder forming a slurry with water can be easily dispersed, and cleaning can be facilitated.

洗浄工程は、得られた研磨面を液体で洗浄することによって研磨剤を除去する。黒鉛は多孔質であり、気孔中に研磨剤が残留しやすく完全に除去することが困難である。洗浄は、有機繊維、有機発泡体による摩擦あるいは研磨面に沿った流体の流れを用いて洗浄することが好ましい。   In the cleaning step, the abrasive is removed by cleaning the obtained polished surface with a liquid. Graphite is porous, and it is difficult to completely remove the abrasive easily in the pores. The cleaning is preferably performed using friction caused by organic fibers or organic foams or a fluid flow along the polishing surface.

有機繊維とは、ブラシ、刷毛、布、脱脂綿など様々なものが利用でき、有機発泡体とは、例えばスポンジである。流体の流れを用いた洗浄とは、液体の噴流、撹拌、気泡の衝突など、洗浄に用いる液体の流れを利用するものであればどのようなものでも良い。   Various organic fibers such as brushes, brushes, cloths, and absorbent cotton can be used, and the organic foam is, for example, a sponge. The cleaning using the flow of fluid may be any method that uses the flow of liquid used for cleaning, such as a jet of liquid, stirring, and collision of bubbles.

従来、黒鉛など多孔質体では研磨後に研磨剤など気孔中の異物は超音波洗浄を行うことによって取り除くことが行われていた。黒鉛試料では超音波洗浄することによって表面の黒鉛結晶を劈開させるので、超音波を利用することなく洗浄することが望ましい。また超音波洗浄を行う場合であっても弱い条件で洗浄することが好ましい。弱い条件の洗浄とは以下に説明する。   Conventionally, in porous bodies such as graphite, foreign substances in pores such as abrasives have been removed by ultrasonic cleaning after polishing. Since the graphite sample cleaves the surface graphite crystal by ultrasonic cleaning, it is desirable to clean without using ultrasonic waves. Even when ultrasonic cleaning is performed, it is preferable to perform cleaning under weak conditions. Weak cleaning is described below.

超音波洗浄は、超音波によるキャビテーション効果を利用して洗浄を行うことが特徴である。液体を超音波で振動させると、局所的に圧力の高い場所と圧力の低い場所ができ、圧力の低い場所では液体に空洞(気泡)が形成され、形成された空洞が破壊するときに衝撃波を発生させる。衝撃波は、気孔内の異物を除去し洗浄する作用があるので、様々な分野で洗浄に用いられ、黒鉛材料など多孔質材料の洗浄にも多用されている。超音波のキャビテーション効果によって発生する衝撃波は、黒鉛結晶のc軸方向のファンデルワールス力による結合を切断する作用があるので、試料表面が荒れてしまう。このため、超音波洗浄を行う場合には、キャビテーション効果の生じない条件で行うことが好ましい。キャビテーション効果が発生すると、発生した気泡の消滅時に衝撃波が生じ黒鉛材料の気孔内部に詰まった粉を、たたき出すのと共に黒鉛試料表面を荒らすので、超音波洗浄による気泡を生じさせない出力あるいは超音波洗浄を行わないことが好ましい。   Ultrasonic cleaning is characterized in that cleaning is performed using the cavitation effect of ultrasonic waves. When the liquid is vibrated with ultrasonic waves, a place where the pressure is high and a place where the pressure is low is created locally. In the place where the pressure is low, a cavity (bubble) is formed in the liquid, and a shock wave is generated when the formed cavity breaks. generate. Since the shock wave has an action of removing foreign substances in the pores and washing them, it is used for washing in various fields and is also frequently used for washing porous materials such as graphite materials. The shock wave generated by the ultrasonic cavitation effect cuts the bond due to van der Waals force in the c-axis direction of the graphite crystal, so that the sample surface becomes rough. For this reason, when performing ultrasonic cleaning, it is preferable to perform it on the conditions which do not produce a cavitation effect. When the cavitation effect occurs, a shock wave is generated when the generated bubbles disappear, and the powder clogged inside the pores of the graphite material is knocked out and the surface of the graphite sample is roughened. It is preferable not to do so.

超音波洗浄により発生する気泡は、液体に超音波振動を加えると、激しく振動する細かな気泡が新たに発生する。このため、キャビテーション効果による気泡を発生させない強度の超音波洗浄であれば、良好な黒鉛分析試料の表面を得ることができる。   Bubbles generated by ultrasonic cleaning newly generate fine bubbles that vibrate vigorously when ultrasonic vibration is applied to the liquid. For this reason, if it is the ultrasonic cleaning of the intensity | strength which does not generate the bubble by a cavitation effect, the surface of a favorable graphite analysis sample can be obtained.

<乾燥工程>
乾燥工程は、どのような方法を用いても良い。例えば、乾燥器内に入れ、70〜300℃に曝すことによって、内部に含まれる研磨及び洗浄に使用した液体を、研磨面から揮散させることができる。
<Drying process>
Any method may be used for the drying step. For example, the liquid used for the grinding | polishing and washing | cleaning contained inside can be volatilized from a grinding | polishing surface by putting in a dryer and exposing to 70-300 degreeC.

また、本発明の黒鉛分析試料は、少なくとも1つの平面を有し、前記平面で測定される算術平均荒さRaが0.2μm以下であり、前記平面に露出する気孔の内部に少なくとも炭素系粉末を含有し、さらに前記気孔の内部に、樹脂系研磨剤または植物系研磨剤の粒子あるいは樹脂系研磨剤または植物系研磨剤の炭化物を含有する。算術平均荒さはJIS B 0601:2001に基づいて測定することができる。   In addition, the graphite analysis sample of the present invention has at least one plane, the arithmetic average roughness Ra measured on the plane is 0.2 μm or less, and at least carbon-based powder is contained in the pores exposed on the plane. Further, the pores contain particles of resin-based abrasive or plant-based abrasive or carbide of resin-based abrasive or plant-based abrasive. The arithmetic average roughness can be measured based on JIS B 0601: 2001.

本発明の黒鉛分析試料によれば、気孔内部に炭素系材料粉末の研磨剤の粒子を含有するとともに、さらに有機系粉末からなる研磨剤の粒子または有機系粉末からなる研磨剤の炭化物の粒子を含有する。   According to the graphite analysis sample of the present invention, the abrasive particles of the carbon-based material powder are contained inside the pores, and further the abrasive particles made of organic powder or the carbide particles of the abrasive made of organic powder. contains.

これらの粒子は、分析対象である黒鉛分析試料と主成分が同一であるので、分析試料として使用しても他元素が検出されないあるいは検出されにくいので、黒鉛分析試料として好適に利用することができる。また、これらの研磨剤は、主成分が炭素からなるので、黒鉛分析試料と反応することがなく好適に分析試料として用いることができる。   Since these particles have the same main component as the graphite analysis sample to be analyzed, other elements are not detected or difficult to detect even when used as an analysis sample, and therefore can be suitably used as a graphite analysis sample. . Moreover, since these abrasive | polishing agents consist of carbon, these abrasive | polishing agents can be used suitably as an analysis sample, without reacting with a graphite analysis sample.

特に気孔内部に炭素系材料粉末の研磨剤の粒子、有機系粉末からなる研磨剤の炭化物の粒子を含有する場合には、研磨剤粒子が炭素あるいは黒鉛として存在するので分析試料として使用しても他元素が検出されない。したがって、黒鉛分析試料として好適に利用することができる。   Especially when the pores contain abrasive particles of carbon material powder and carbide particles of abrasive powder made of organic powder, the abrasive particles exist as carbon or graphite, so they can be used as analysis samples. Other elements are not detected. Therefore, it can be suitably used as a graphite analysis sample.

本発明の黒鉛分析試料は、少なくとも1つの平面を有し、前記平面で測定される算術平均荒さRzが0.2μm以下であることが望ましい。算術平均荒さRzが0.2μm以下であると、黒鉛試料の断面が黒鉛粒子の積層方向に関係なく観察することができるので、黒鉛の表面分析に適した黒鉛分析試料を得ることができる。算術平均荒さRzが0.2μm以下の黒鉛分析試料は、前述するように研磨剤の粒子を気孔内部に残留させるように洗浄することによって得ることができる。   It is desirable that the graphite analysis sample of the present invention has at least one plane, and the arithmetic average roughness Rz measured on the plane is 0.2 μm or less. When the arithmetic average roughness Rz is 0.2 μm or less, the cross section of the graphite sample can be observed regardless of the stacking direction of the graphite particles, so that a graphite analysis sample suitable for the surface analysis of graphite can be obtained. A graphite analysis sample having an arithmetic average roughness Rz of 0.2 μm or less can be obtained by washing so that abrasive particles remain in the pores as described above.

以下、実施例および比較例に基づき黒鉛分析試料の製造方法についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, based on an Example and a comparative example, the manufacturing method of a graphite analysis sample is demonstrated in detail.

(加工工程)
黒鉛分析試料として、イビデン株式会社製多孔質黒鉛材料ET−10を準備した。ET−10を金属歯のメタルバンドソーを用い適宜切断加工し、多孔質黒鉛を切り出し、未研磨試料を得た。得られる黒鉛分析試料のサイズは40×40×3mmであった。更に、#240の砥粒を用いた砥石を用い、切断加工で発生した鋸歯の凹凸をあらかじめ除去しておいた。多孔質黒鉛の気孔サイズはミクロンオーダーであった。これに対し、#240の砥粒はメジアン径が74〜88μmであり黒鉛の気孔よりも粒子径が十分に大きく、気孔内部に残留しにくいので、この段階での砥石の材質は特に限定しなくても良い。
(Processing process)
As a graphite analysis sample, IBIDEN Co., Ltd. porous graphite material ET-10 was prepared. ET-10 was appropriately cut using a metal tooth metal band saw, and porous graphite was cut out to obtain an unpolished sample. The size of the obtained graphite analysis sample was 40 × 40 × 3 mm. Furthermore, using a grindstone using # 240 abrasive grains, the sawtooth irregularities generated by the cutting process were previously removed. The pore size of the porous graphite was on the order of microns. On the other hand, the abrasive grain of # 240 has a median diameter of 74 to 88 μm, and the particle diameter is sufficiently larger than the pores of graphite and hardly remains inside the pores. The material of the grindstone at this stage is not particularly limited. May be.

(研磨工程)
次に、メジアン径4μmのダイヤモンドパウダーを含有する水系スラリー(SYNDIA社製SYP3−5にて研磨した。研磨はSPEED FAM社性汎用高精度研磨装置(型式FAM32BTAW/GPAW)にて行った。回転数は、60rpm、研磨面にかかる荷重は6.37×10−3kgf/cmであり、研磨時間は、15分であった。
(Polishing process)
Next, an aqueous slurry containing diamond powder having a median diameter of 4 μm (polished with SYNP3 SYP3-5. Polishing was performed with a general-purpose high-precision polishing apparatus (model FAM32BTAW / GPAW) manufactured by SPEED FAM). Was 60 rpm, the load applied to the polished surface was 6.37 × 10 −3 kgf / cm 2 , and the polishing time was 15 minutes.

(洗浄工程)
得られた多孔質黒鉛分析試料について、蛇口から落ちる水流で表面に残留する研磨剤を洗浄した。この際、気孔内に残留する研磨剤も大部分がスラリーを構成する液体と共に流出すると考えられるが、この後超音波洗浄による気孔内の洗浄を行わなかった。超音波洗浄を行っていないので気孔内には一部の研磨剤が残留していると考えられる。
(Washing process)
About the obtained porous graphite analysis sample, the abrasive | polishing agent which remains on the surface was wash | cleaned with the water flow which falls from a tap. At this time, it is considered that most of the abrasive remaining in the pores flows out together with the liquid constituting the slurry, but thereafter the pores were not cleaned by ultrasonic cleaning. Since ultrasonic cleaning is not performed, it is considered that some abrasives remain in the pores.

(乾燥工程)
洗浄工程を経た多孔質黒鉛分析試料を乾燥機内で乾燥した。乾燥温度は120℃、60分であった。
(Drying process)
The porous graphite analysis sample that had undergone the washing step was dried in a dryer. The drying temperature was 120 ° C. for 60 minutes.

黒鉛分析試料として、東洋炭素株式会社製多孔質黒鉛材料IG−11を使用した以外は実施例1と同様に多孔質黒鉛分析試料を製造した。   A porous graphite analysis sample was produced in the same manner as in Example 1 except that the porous graphite material IG-11 manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd. was used as the graphite analysis sample.

比較例1Comparative Example 1

洗浄工程で、超音波洗浄を行った以外は実施例1と同様に多孔質黒鉛分析試料を製造した。洗浄工程では、日本エマソン製超音波洗浄機を使用し水を洗浄槽に入れ、2分の超音波洗浄を行った。超音波振動子の出力は、500Wであった。   A porous graphite analysis sample was produced in the same manner as in Example 1 except that ultrasonic cleaning was performed in the cleaning step. In the washing step, water was put into a washing tank using an ultrasonic washing machine manufactured by Nippon Emerson, and ultrasonic washing was performed for 2 minutes. The output of the ultrasonic transducer was 500W.

超音波洗浄を開始すると、多孔質黒鉛分析試料の周辺にキャビテーション効果による気泡が発生し、多孔質黒鉛分析試料の周囲が黒く濁り始めた。気孔内の黒鉛粒子及び、超音波洗浄により破壊された黒鉛の粒子が漂い始め、気孔内部の研磨剤が取り除かれると共に、黒鉛分析試料表面の一部が破壊されたと考えられる。   When ultrasonic cleaning was started, bubbles due to the cavitation effect were generated around the porous graphite analysis sample, and the periphery of the porous graphite analysis sample began to become black and turbid. It is considered that the graphite particles in the pores and the graphite particles destroyed by the ultrasonic cleaning began to drift, the abrasive in the pores was removed, and a part of the graphite analysis sample surface was destroyed.

比較例2Comparative Example 2

黒鉛分析試料として、東洋炭素株式会社製多孔質黒鉛材料IG−11を使用した以外は比較例1と同様に多孔質黒鉛分析試料を製造した。超音波洗浄を開始すると、多孔質黒鉛分析試料の周辺にキャビテーション効果による気泡が発生し、多孔質黒鉛分析試料の周囲が黒く濁り始めた。気孔内の黒鉛粒子及び、超音波洗浄により破壊された黒鉛の粒子が漂い始め、気孔内部の研磨剤が取り除かれると共に、黒鉛分析試料表面の一部が破壊されたと考えられる。   A porous graphite analysis sample was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that Toyo Carbon Co., Ltd. porous graphite material IG-11 was used as the graphite analysis sample. When ultrasonic cleaning was started, bubbles due to the cavitation effect were generated around the porous graphite analysis sample, and the periphery of the porous graphite analysis sample began to become black and turbid. It is considered that the graphite particles in the pores and the graphite particles destroyed by the ultrasonic cleaning began to drift, the abrasive in the pores was removed, and a part of the graphite analysis sample surface was destroyed.

比較例3Comparative Example 3

(加工工程)
黒鉛分析試料として、イビデン株式会社製多孔質黒鉛材料ET−10を準備した。ET−10を金属歯のメタルバンドソーを用い適宜切断加工し、多孔質黒鉛を切り出し、未研磨試料を得た。得られる黒鉛分析試料のサイズは40×40×3mmであった。更に、#240の砥粒を用いた砥石を用い、切断加工で発生した鋸歯の凹凸をあらかじめ除去した。多孔質黒鉛の気孔サイズはミクロンオーダーであった。これに対し、#240の砥粒はメジアン径が88〜74μmであり黒鉛の気孔よりも粒子径が大きく、気孔内部に残留しにくいので、この段階での砥石の材質は特に限定しなくても良い。
(Processing process)
As a graphite analysis sample, IBIDEN Co., Ltd. porous graphite material ET-10 was prepared. ET-10 was appropriately cut using a metal tooth metal band saw, and porous graphite was cut out to obtain an unpolished sample. The size of the obtained graphite analysis sample was 40 × 40 × 3 mm. Furthermore, using a grindstone using # 240 abrasive grains, the irregularities of the sawtooth generated by the cutting process were removed in advance. The pore size of the porous graphite was on the order of microns. On the other hand, the abrasive grain of # 240 has a median diameter of 88 to 74 μm and is larger than the pores of graphite and hardly remains inside the pores. Therefore, the material of the grindstone at this stage is not particularly limited. good.

(研磨工程)
次に、メジアン径6.90±0.60μm(カタログ値)のアルミナ研磨剤(株式会社フジミインコーポレーテッド製WA2000)を含有する水系スラリーにて研磨した。研磨はガーゼで覆ったガラス板上で約5分間、手作業で研磨した。
(Polishing process)
Next, it grind | polished with the aqueous slurry containing the alumina abrasive | polishing agent (WA2000 by Fujimi Incorporated Co., Ltd.) with a median diameter of 6.90 ± 0.60 μm (catalog value). Polishing was performed manually for about 5 minutes on a glass plate covered with gauze.

(洗浄工程)
得られた多孔質黒鉛分析試料を蛇口から落ちる水流で表面に残留する研磨剤を洗浄した。この際、気孔内に残留する研磨剤も大部分がスラリーを構成する液体と共に流出すると考えられるが、この後超音波洗浄による気孔内の洗浄を行わなかった。多孔質黒鉛分析試料の表面には、部分的に白い領域があり、気孔内にアルミナ研磨剤が残留していると考えられる。
(Washing process)
The obtained porous graphite analysis sample was cleaned of the abrasive remaining on the surface with a water flow falling from the faucet. At this time, it is considered that most of the abrasive remaining in the pores flows out together with the liquid constituting the slurry, but thereafter the pores were not cleaned by ultrasonic cleaning. There is a partial white area on the surface of the porous graphite analysis sample, and it is considered that the alumina abrasive remains in the pores.

(乾燥工程)
洗浄工程を経た多孔質黒鉛分析試料を乾燥機内で乾燥する。乾燥温度は120℃、60分である。乾燥工程を経ても、白い部分は残留し、依然として気孔内にアルミナ研磨剤が残留していると考えられる。
(Drying process)
The porous graphite analysis sample that has undergone the washing step is dried in a dryer. The drying temperature is 120 ° C. for 60 minutes. Even after the drying process, the white portion remains, and it is considered that the alumina abrasive remains in the pores.

比較例4Comparative Example 4

洗浄工程で、超音波洗浄を行った以外は比較例3と同様に多孔質黒鉛分析試料を製造した。洗浄工程では、日本エマソン製超音波洗浄機を使用し水を洗浄槽に入れ、2分の超音波洗浄を行った。超音波振動子の出力は、500Wであった。   A porous graphite analysis sample was produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that ultrasonic cleaning was performed in the cleaning step. In the washing step, water was put into a washing tank using an ultrasonic washing machine manufactured by Nippon Emerson, and ultrasonic washing was performed for 2 minutes. The output of the ultrasonic transducer was 500W.

超音波洗浄を開始すると、多孔質黒鉛分析試料の周辺にキャビテーション効果による気泡が発生し、多孔質黒鉛分析試料の周囲が黒く濁り始めた。気孔内の黒鉛粒子及び、超音波洗浄により破壊された黒鉛の粒子が漂い始めたと考えられる。   When ultrasonic cleaning was started, bubbles due to the cavitation effect were generated around the porous graphite analysis sample, and the periphery of the porous graphite analysis sample began to become black and turbid. It is thought that graphite particles in the pores and graphite particles destroyed by ultrasonic cleaning began to drift.

超音波洗浄前に、試料の表面には、部分的に白い領域があり、気孔内にアルミナ研磨剤が残留していたと考えられるが、超音波洗浄により部分的にあった白い領域が消失した。超音波洗浄によりアルミナ研磨剤が除去されたと考えられる。   Before the ultrasonic cleaning, there was a partial white area on the surface of the sample, and it was considered that the alumina abrasive remained in the pores, but the partial white area disappeared by the ultrasonic cleaning. It is considered that the alumina abrasive was removed by ultrasonic cleaning.

上述した実施例および比較例について、下記の表1に結果をまとめた。   The results are summarized in Table 1 below for the examples and comparative examples described above.

図1、図2は、それぞれ実施例2、比較例2のAFM(原子間力顕微鏡)による分析結果を示す。装置は、キーエンス社製のVN−8000型を使用し、カンチレバーはキーエンス社製のOP75042型を使用した。測定は室温(約25℃)で実施し、走査速度は2.2sec/回であった。測定範囲を0.2mm四方の正方形領域に規定して行った。   1 and 2 show the results of analysis by AFM (Atomic Force Microscope) of Example 2 and Comparative Example 2, respectively. The device used was a VN-8000 model manufactured by Keyence Corporation, and the OP75042 model manufactured by Keyence Corporation was used as the cantilever. The measurement was performed at room temperature (about 25 ° C.), and the scanning speed was 2.2 sec / time. The measurement range was defined as a square area of 0.2 mm square.

図3〜図5は、それぞれ実施例1、実施例2、比較例2のSEM(走査電子顕微鏡)による分析結果を示す。SEMは、SIIナノテクノロジー社製ULTRAplus型を使用した。スケールは図3では20μm、図4、図5では10μmであった。なお、図中黒鉛試料表面には、FIB(収束イオンビーム)によって形成されたマーカーが形成されている。   3 to 5 show the results of analysis by SEM (scanning electron microscope) of Example 1, Example 2, and Comparative Example 2, respectively. SEM used the ULTRAplus type made by SII Nanotechnology. The scale was 20 μm in FIG. 3 and 10 μm in FIGS. 4 and 5. In the figure, a marker formed by FIB (focused ion beam) is formed on the surface of the graphite sample.

AFMの分析結果より、以下の事項が導かれる。   The following matters are derived from the AFM analysis results.

超音波洗浄の行われている比較例2(図2)では、表面の凹凸が大きいため、AFMで測定できない領域がある(中央部横向きの帯状部分)。AFMの結果より、超音波洗浄の行われていない実施例2(図1)は、超音波洗浄の行われている比較例2(図2)に比べ平坦であることが確認できる。超音波洗浄の行われている比較例2(図2)では、表面の凹凸が大きいため、AFMで測定できない領域がある(中央部横向きの帯状部分)。   In Comparative Example 2 (FIG. 2) in which ultrasonic cleaning is performed, there is a region that cannot be measured by AFM because the surface unevenness is large (a band-like portion in the center portion sideways). From the AFM results, it can be confirmed that Example 2 (FIG. 1) where ultrasonic cleaning is not performed is flatter than Comparative Example 2 (FIG. 2) where ultrasonic cleaning is performed. In Comparative Example 2 (FIG. 2) in which ultrasonic cleaning is performed, there is a region that cannot be measured by AFM because the surface unevenness is large (a band-like portion in the center portion sideways).

SEMの分析結果より、以下のことがわかる。超音波洗浄の行われている比較例2では、大きな凹みが形成されている(図5)。SEMの結果より、超音波洗浄の行われていない実施例1、2(図3、図4)は、超音波洗浄の行われている比較例2(図5)に比べ平坦であり、超音波洗浄により、黒鉛分析試料の表面の黒鉛粒子の脱落が起きていることが確認される。   From the SEM analysis results, the following can be understood. In Comparative Example 2 where ultrasonic cleaning is performed, a large dent is formed (FIG. 5). From the results of SEM, Examples 1 and 2 (FIGS. 3 and 4) in which ultrasonic cleaning was not performed are flatter than Comparative Example 2 (FIG. 5) in which ultrasonic cleaning is performed, and ultrasonic waves are not generated. It is confirmed that the graphite particles on the surface of the graphite analysis sample are dropped by the cleaning.

また、多孔質黒鉛試料の面荒さの測定結果より、超音波洗浄により面荒さが大きくなっていることが確認される(表1参照)。   Moreover, it is confirmed from the measurement result of the surface roughness of the porous graphite sample that the surface roughness is increased by ultrasonic cleaning (see Table 1).

(イオン照射試験の実施)
図6は、本発明の実施例2の多孔質黒鉛分析試料の表面にイオン照射試験を施した前後の同一箇所のSEM(走査電子顕微鏡)による分析結果を示し、(a)は照射前、(b)は照射後を示す。図6のイオン照射前後(a)、(b)を比較すると、観察される領域で、ほとんど変化が見られないことがわかる。しかしなから、多孔質の黒鉛分析試料の観察面が平坦な面が得られ、炭素以外の元素が存在していないので、研磨剤に含まれる元素の影響を受けることなく、わずかに変化を検出できるほどの多孔体黒鉛分析試料が得られていることがわかる。
(Ion irradiation test)
FIG. 6 shows the analysis result by SEM (scanning electron microscope) of the same part before and after performing the ion irradiation test on the surface of the porous graphite analysis sample of Example 2 of the present invention. b) shows after irradiation. Comparing (a) and (b) before and after ion irradiation in FIG. 6, it can be seen that almost no change is observed in the observed region. However, since the observation surface of the porous graphite analysis sample is flat and no elements other than carbon are present, slight changes can be detected without being affected by the elements contained in the abrasive. It turns out that the porous graphite analysis sample which can be obtained is obtained.

具体的に以下に実施例2で得られた多孔質黒鉛試料に対する具体的なイオン照射試験の内容を説明する。   Specifically, the contents of a specific ion irradiation test for the porous graphite sample obtained in Example 2 will be described below.

黒鉛試料表面にFIB(収束イオンビーム)によって形成されたマーカーを目印とし、イオン照射に伴うマーカー周囲の変化を確認した。イオン照射試験は、真空チャンバー内で、加速電圧5.1MeV、電流4mA、Siイオン源を用いて、8mmの領域にイオン照射を60−400分間実施し評価を行った。 A marker formed by FIB (focused ion beam) on the surface of the graphite sample was used as a marker, and changes around the marker accompanying ion irradiation were confirmed. In the ion irradiation test, evaluation was performed by performing ion irradiation for 60 to 400 minutes in an area of 8 mm 2 using an acceleration voltage of 5.1 MeV, a current of 4 mA, and a Si ion source in a vacuum chamber.

イオン照射前後を比較すると、イオン照射の前後における黒鉛の変化が結晶粒単位で発生し、(1)照射誘起収縮に伴う粒界亀裂の発生または粒界亀裂サイズの増大と、(2)照射誘起膨張に伴う亀裂サイズの減少が確認された。   Comparing before and after ion irradiation, graphite changes before and after ion irradiation occur in crystal units, (1) generation of grain boundary cracks due to irradiation induced shrinkage or increase in grain boundary crack size, and (2) irradiation induction. It was confirmed that the crack size decreased with expansion.

また、イオン照射により、亀裂の発生とサイズ増加が認められ、今回イオン照射した条件下(多孔質黒鉛表面温度400℃、3−10dpa)では、照射部が偏ることなく概ね均等に収縮し、試料全体の寸法変化を見積もることができる可能性があることがわかった。なお、dpa(displacements per atom)とは損傷量の単位で、原子当たりの弾き出された原子数を表す。   In addition, the generation of cracks and an increase in size were observed due to ion irradiation, and under the conditions of ion irradiation this time (porous graphite surface temperature 400 ° C., 3-10 dpa), the irradiated portion contracted almost uniformly without bias, and the sample It was found that there is a possibility that the overall dimensional change can be estimated. Incidentally, dpa (displacements per atom) is a unit of damage amount and represents the number of atoms ejected per atom.

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimension, numerical value, form, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.

本発明によれば、他の元素を含有することなく平坦な観察面を持つ黒鉛分析試料が得られるので、イオン粒子など高エネルギー粒子の照射による黒鉛材料のダメージ評価、SiOなどの反応性ガスによる黒鉛材のダメージ評価など、わずかの変化を検出することできる様々な評価試料として使用することが可能な多孔質黒鉛分析試料の提供が期待される。 このような多孔質の黒鉛分析試料によって、産業上有用な多孔質黒鉛材料の様々な耐性評価が可能になると期待される。   According to the present invention, a graphite analysis sample having a flat observation surface can be obtained without containing other elements. Therefore, damage evaluation of graphite material due to irradiation with high energy particles such as ion particles, and reactive gas such as SiO can be used. It is expected to provide a porous graphite analysis sample that can be used as various evaluation samples that can detect slight changes such as damage evaluation of graphite materials. Such porous graphite analysis samples are expected to enable various resistance evaluations of industrially useful porous graphite materials.

Claims (9)

多孔質黒鉛材の表面に少なくとも一つの平面を得る加工工程と、
前記加工工程の後に炭素系粉末または有機系粉末からなる研磨剤を用いて前記平面を研磨し、研磨面を得る研磨工程と、
前記研磨面を、液体を用いて洗浄する洗浄工程と、
前記液体を揮発させる乾燥工程と、
を備える黒鉛分析試料の製造方法。
A processing step of obtaining at least one plane on the surface of the porous graphite material;
Polishing the flat surface using an abrasive made of carbon-based powder or organic powder after the processing step to obtain a polished surface;
A cleaning step of cleaning the polishing surface with a liquid;
A drying step for volatilizing the liquid;
A method for producing a graphite analysis sample.
請求項1に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記研磨工程は、液体を用いた湿式で行われる、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to claim 1,
The method for producing a graphite analysis sample, wherein the polishing step is performed by a wet process using a liquid.
請求項2に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記研磨工程は、水を用いた湿式で行われる、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to claim 2,
The said grinding | polishing process is a manufacturing method of the graphite analysis sample performed by the wet process using water.
請求項1から3のいずれか1項に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記洗浄工程は、前記多孔質黒鉛材の気孔内部に前記研磨剤を残留させる、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to any one of claims 1 to 3,
The cleaning step is a method for producing a graphite analysis sample, wherein the abrasive is left inside pores of the porous graphite material.
請求項1から4のいずれか1項に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記洗浄工程は、水を使用する、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to any one of claims 1 to 4,
The washing step is a method for producing a graphite analysis sample using water.
請求項1から5のいずれか1項に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記洗浄工程は、超音波洗浄を行わないか、超音波洗浄によるキャビテーション効果による気泡を生じさせない弱い出力で超音波洗浄を行う、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to any one of claims 1 to 5,
The method for producing a graphite analysis sample, wherein the cleaning step performs ultrasonic cleaning with a weak output that does not cause ultrasonic cleaning or generates bubbles due to a cavitation effect by ultrasonic cleaning.
請求項1から6のいずれか1項に記載の黒鉛分析試料の製造方法であって、
前記炭素系粉末は、ダイヤモンド粉末、コークス粉末、黒鉛粉末、無煙炭、熱分解炭素粉末、ガラス状炭素からなる群より選択される少なくとも一つである、黒鉛分析試料の製造方法。
A method for producing a graphite analysis sample according to any one of claims 1 to 6,
The method for producing a graphite analysis sample, wherein the carbon-based powder is at least one selected from the group consisting of diamond powder, coke powder, graphite powder, anthracite, pyrolytic carbon powder, and glassy carbon.
請求項1から7のいずれか1項に記載の黒鉛分析試料の製造方法によって得られる黒鉛分析試料。   The graphite analysis sample obtained by the manufacturing method of the graphite analysis sample of any one of Claim 1 to 7. 少なくとも1つの平面を有し、前記平面で測定される算術平均荒さRaが0.2μm以下であり、
前記平面に露出する気孔の内部に少なくとも炭素系粉末を含有し、
さらに前記気孔の内部に、炭素系粉末からなる研磨剤、有機系粉末からなる研磨剤または有機系粉末からなる研磨剤の炭化物を含有する、黒鉛分析試料。
Having at least one plane, the arithmetic average roughness Ra measured in the plane is 0.2 μm or less,
Containing at least a carbon-based powder inside the pores exposed in the plane,
Furthermore, the graphite analysis sample which contains the carbide | carbonized_material of the abrasive | polishing agent consisting of the abrasive | polishing agent which consists of carbon type powder, the abrasive | polishing agent which consists of organic type powder, or the organic type | system | group powder in the said pore.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016039064A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 アルプス電気株式会社 Apparatus for concentrating radioactive fluorine anions
RU2807677C1 (en) * 2023-09-14 2023-11-21 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for preparing glassy samples for electron probe microanalysis of chemical composition

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016039064A1 (en) * 2014-09-12 2016-03-17 アルプス電気株式会社 Apparatus for concentrating radioactive fluorine anions
JPWO2016039064A1 (en) * 2014-09-12 2017-08-24 アルプス電気株式会社 Concentrator for radioactive fluorine anion
RU2807677C1 (en) * 2023-09-14 2023-11-21 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method for preparing glassy samples for electron probe microanalysis of chemical composition

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