JP2918008B2 - Self-fusing carbonaceous powder and high density carbon material - Google Patents

Self-fusing carbonaceous powder and high density carbon material

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JP2918008B2
JP2918008B2 JP4161182A JP16118292A JP2918008B2 JP 2918008 B2 JP2918008 B2 JP 2918008B2 JP 4161182 A JP4161182 A JP 4161182A JP 16118292 A JP16118292 A JP 16118292A JP 2918008 B2 JP2918008 B2 JP 2918008B2
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carbon
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carbon material
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勲 持田
隆次 藤浦
孝 小島
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高密度炭素材料用原料や
炭素複合材料用バインダーに好適な自己融着性炭素質粉
体およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a self-fusing carbonaceous powder suitable for a raw material for a high-density carbon material and a binder for a carbon composite material, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高密度炭素材料に関する多くの製
造方法が知られているが、これらは出発原料面から見て
大きく次の二つ方法に分けられる。一般的に行われてい
一つの方法は、コークス粉末、天然黒鉛、カーボンプ
ラックなどの骨材とコールタールピッチ等の粘結材を混
練したのち、成型、焼成する方法である。この方法は、
粘結材の残炭率が非常に低いために、一回の炭化では成
型体密度は非常に小さく、密度を上げるために含浸・炭
化工程を何度も繰り返しながら緻密化しなければならな
い。また炭化過程においては、粘結材中の揮発分の脱ガ
スが生じ、急激なガスの逸出は成型体内部に不均質気孔
を残存させるのみならず、成型体の膨張を引き起こし組
織破壊を招くので、このような悪影響を阻止するため
に、炭化工程では 2〜10℃/hr というきわめて緩慢な昇
温が行なわれ、 3〜4 週間の製造期間が必要となる。こ
の炭化工程を経た成型体は、用途に応じて2500〜3000℃
で焼成され黒鉛質の炭素材料が製造されるが、この黒鉛
化工程でも一般に 2〜3 週間を要する。このようにコー
クス等の骨材とコールタールピッチ等のバインダーから
複雑な工程を経て黒鉛質炭素材料を製造するには、最終
的に 2〜3 カ月という長い時間を要する。
2. Description of the Related Art Conventionally, many production methods for high-density carbon materials have been known, but these can be roughly divided into the following two methods from the viewpoint of starting materials. Generally done
One method that has were kneaded coke powder, natural graphite, a caking material such as aggregate and coal tar pitch, such as carbon plaques, molded, a method of baking. This method
Since the residual carbon ratio of the binder is very low, the density of the molded body is extremely low in one carbonization, and the density must be increased by repeating the impregnation / carbonization process many times in order to increase the density. In the carbonization process, degassing of volatiles in the binder occurs, and rapid escape of gas not only causes heterogeneous pores to remain inside the molded body, but also causes expansion of the molded body and causes tissue destruction. Therefore, in order to prevent such an adverse effect, the carbonization process involves a very slow temperature rise of 2 to 10 ° C./hr, requiring a production period of 3 to 4 weeks. The molded body after this carbonization step is 2500 ~ 3000 ℃ depending on the application
The carbonization is carried out to produce a graphitic carbon material, and this graphitization step generally requires two to three weeks. As described above, it takes a long time of two to three months to produce a graphitic carbon material from an aggregate such as coke and a binder such as coal tar pitch through a complicated process.

【0003】他の方法は、特開昭46−4513号、特
開昭49−23791号、特公昭51−29523号お
よび特公昭60−25364号等に見られるように、バ
インダーを用いることなく、高密度炭素材料用原料とし
て光学的異方性小球体を利用する手法である。コールタ
ールピッチや石油系重質油等を 350〜500 ℃で熱処理す
る過程で生成する光学的異方性小球体(メソフェーズ球
晶)を溶剤分別によってピッチマトリックスから分離、
乾燥し、得られたメソフェーズ球晶を原料として、これ
を加圧成型後、焼成する方法であり、高密度・等方性の
炭素材料が製造可能である。しかしながらこの方法で
は、球晶・分離工程で多量の抽出溶剤を必要とし、何度
も繰り返して溶剤分別を行なわなければならず、更に得
られた球晶から完全に残存溶剤を除くことが困難である
ため、後の炭化工程において、成型体の割れや膨張の原
因になりやすい。しかもこのような球晶溶剤抽出法で
は、分離収率が低いことに加え、生成球晶の性状コント
ロールが容易でなく、一定品質の原料を安定して製造す
るには、工業的に問題が多い。
Another method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho.
No.49-23793, No.51-29523
And Japanese Patent Publication No. 60-25364 , in which optically anisotropic small spheres are used as a raw material for a high-density carbon material without using a binder. Optically anisotropic small spheres (mesophase spherulites) generated during the heat treatment of coal tar pitch and petroleum heavy oil at 350-500 ° C are separated from the pitch matrix by solvent fractionation.
This is a method in which a mesophase spherulite obtained by drying is used as a raw material, which is press-molded and then fired, and a high-density and isotropic carbon material can be produced. However, in this method, a large amount of extraction solvent is required in the spherulite / separation step, and the solvent must be separated many times, and it is difficult to completely remove the residual solvent from the obtained spherulite. Therefore, in the subsequent carbonization step, it tends to cause cracks and expansion of the molded body. Moreover, in such a spherulite solvent extraction method, in addition to a low separation yield, it is not easy to control the properties of the generated spherulite, and there are many industrial problems in stably producing a raw material of a constant quality. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする問題点】上記の如く高密度炭
素材料を製造するプロセスはきわめて煩雑であり、かつ
非常に長い製造期間を要することから、従来の方法によ
って製造される高密度炭素材は高価なものなり、このた
め現状ではその利用分野に大きな制約を受ける。従って
高密度炭素材料の製造工程を大幅に簡略化し、かつ製造
期間を短縮することは、炭素工業における大きな課題の
一つである。本発明の目的は、高密度かつ高強度の炭素
材料を短時間で安価に製造できる自己融着性炭素質粉体
およびその製造方法を提供することにある。
As described above, the process of producing a high-density carbon material is extremely complicated and requires a very long production period. It is expensive and is currently severely restricted in its field of use. Therefore, it is one of the major issues in the carbon industry to greatly simplify the production process of the high-density carbon material and shorten the production period. An object of the present invention is to provide a self-fusing carbonaceous powder capable of producing a high-density and high-strength carbon material in a short time and at low cost, and a method for producing the same.

【0005】[0005]

【問題を解決するための手段】発明者らは上記の目的を
達成すべく鋭意検討した結果、特定のメソフェーズピッ
チを粉末状態で酸化処理することによって一定範囲の炭
素に対する水素の原子比(H/C) および酸素に対する酸素
の原子比(O/C) を有する酸化処理粉体を調製し、高めら
れた炭化収率と優れた自己融着性が付与されたこの酸化
処理粉体を原料として用いることによって、バインダー
を添加することなく短時間かつ安価に高密度炭素材料が
得られることを見い出し、本発明に至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have oxidized a specific mesophase pitch in a powder state to thereby obtain an atomic ratio of hydrogen to carbon (H / Prepare an oxidized powder having an atomic ratio of oxygen to oxygen (C) and oxygen (O / C), and use this oxidized powder with an increased carbonization yield and excellent self-fusion properties as a raw material. As a result, the inventors have found that a high-density carbon material can be obtained in a short time and at low cost without adding a binder, and have reached the present invention.

【0006】すなわち本発明は、炭化収率が70重量% 以
上、軟化点が 170℃以上で、光学的異方性相が70vol%以
上であるメソフェーズピッチを酸化処理することによっ
て得られる、炭素に対する水素の原子比が0.48〜0.59の
範囲であり、且つ炭素に対する酸素の原子比が0.01〜0.
10の範囲である自己融着性炭素質粉体、およびその製造
方法である。
[0006] That is, the present invention relates to a method for producing carbon based on carbon, which is obtained by oxidizing a mesophase pitch having a carbonization yield of 70% by weight or more, a softening point of 170 ° C or more, and an optically anisotropic phase of 70% by volume or more. The atomic ratio of hydrogen is in the range of 0.48 to 0.59, and the atomic ratio of oxygen to carbon is 0.01 to 0.1.
A self-fusing carbonaceous powder having a range of 10 and a method for producing the same.

【0007】本発明の自己融着性炭素質粉体の炭素、水
素および酸素含有量は、燃焼ガスの熱伝導度による検出
などの技術を応用した自動分析装置を用いて分析され
る。本発明において用いられる原料ピッチは、その炭化
収率が70wt%以上、好ましくは 80wt%以上である。この
炭化収率はピッチを不活性雰囲気下で徐々に昇温し、60
0 ℃に到達後 2時間程度保持したときの数値である。炭
化収率の低いピッチを原料とした場合には、炭化成型体
中に揮発ガスによる空隙が生成しやすく、得られる炭素
材料の密度低下を招き、その機械的強度、電気伝導性、
熱伝導性、耐蝕性などに悪い影響を与えるので、高い炭
化収率をもつ原料ピッチを用いることが肝要である。
[0007] The carbon, hydrogen and oxygen contents of the self-fusing carbonaceous powder of the present invention are analyzed using an automatic analyzer to which a technique such as detection by the thermal conductivity of combustion gas is applied. The raw material pitch used in the present invention has a carbonization yield of 70% by weight or more, preferably 80% by weight or more. This carbonization yield is obtained by gradually increasing the temperature of the pitch under an inert atmosphere,
This is the value when the temperature is maintained for about 2 hours after reaching 0 ° C. When a pitch having a low carbonization yield is used as a raw material, voids due to volatile gas are easily generated in the carbonized molded body, resulting in a decrease in the density of the obtained carbon material, its mechanical strength, electric conductivity,
It is important to use a raw material pitch having a high carbonization yield because it has a bad influence on thermal conductivity, corrosion resistance, and the like.

【0008】又この原料ピッチは、フローテスターによ
る軟化点が 170℃以上であり、偏光顕微鏡で観察した光
学的異方性相が少なくとも70vol%以上、好ましくは80vo
l%以上、更に好ましくは実質的に 100vol%であるメソフ
ェーズピッチが用いられる。これらの条件を満足するメ
ソフェーズピッチであれば、石炭系、石油系の何れでも
良いが、特に、特開平 1-13621号、特開平1-254796号、
および特開平3-223391号に記載の芳香族炭化水素を超強
酸 HF-BF3 触媒で重合して製造されるピッチは、高い炭
化収率が得られる点で好適に用いられる。
The raw material pitch has a softening point of 170 ° C. or higher by a flow tester and an optically anisotropic phase observed by a polarizing microscope of at least 70 vol%, preferably 80 vol%.
A mesophase pitch of l% or more, more preferably substantially 100 vol%, is used. As long as the mesophase pitch satisfies these conditions, any of coal-based and petroleum-based may be used.In particular, JP-A-1-13621, JP-A-1-254796,
And pitch produced by polymerizing the aromatic hydrocarbons described superacid HF-BF 3 catalyst in JP-A-3 223 391 is suitably used in terms of high carbonization yield is obtained.

【0009】本発明の自己融着性炭素質粉体の製造で
は、まず上記のメゾフェーズピッチを粉末化する。粉末
化方法ならびに粉体形状は特に限定されない。粒度分布
についても特に限定されないが、成型の際の充填密度を
できるだけ大きくするような粒度分布が好ましい。一般
に 200〜5 μmの粉末状態で酸化処理される。次にこの
メソフェーズ粉体を空気流通下、或いは酸素流通下にお
いて酸化処理する。酸化条件は原料メソフェーズピッチ
の性状と酸化反応性に依存するので、この点を充分考慮
に入れて、 H/Cが0.48〜0.59、 O/Cが0.01〜0.10の範囲
となるように酸化処理条件を選択することが必要であ
る。即ち H/Cおよび O/Cがこの範囲の炭素質粉体を調製
することによってはじめて良好な成型性が得られ、且つ
後の炭化工程において割れや膨張を誘発することなく高
密度が達成される。このための酸化条件は特に限定され
ないが、工業的に実施する上で一般に 170〜350 ℃の範
囲が好ましい。350 ℃以上では酸化反応が極めて速く進
行するため、酸素吸収量の制御が困難である。また原料
ピッチの熱分解反応も誘発する恐れがある。 170℃以下
では酸化反応が極めて遅く実際的でない。
In the production of the self-fusing carbonaceous powder of the present invention, the above-mentioned mesophase pitch is first powdered. The powdering method and powder shape are not particularly limited. Although there is no particular limitation on the particle size distribution, a particle size distribution that maximizes the packing density during molding is preferable. Generally, it is oxidized in a powder state of 200 to 5 μm. Next, this mesophase powder is oxidized under a flow of air or a flow of oxygen. Since the oxidation conditions depend on the properties of the raw material mesophase pitch and the oxidation reactivity, the oxidation treatment conditions should be set so that H / C is in the range of 0.48 to 0.59 and O / C is in the range of 0.01 to 0.10. It is necessary to choose. That is, good moldability can be obtained only by preparing a carbonaceous powder having H / C and O / C within this range , and high density can be achieved without inducing cracking or expansion in the subsequent carbonization step. . The oxidation conditions for this purpose are not particularly limited, but generally 170 to 350 ° C. is preferable for industrial implementation. At 350 ° C or higher, the oxidation reaction proceeds extremely quickly, and it is difficult to control the amount of oxygen absorbed. In addition, there is a possibility that a thermal decomposition reaction of the raw material pitch may be induced. Below 170 ° C., the oxidation reaction is extremely slow and is not practical.

【0010】酸素に対する反応性の違いの一例として、
ナフタレンから HF-BF3 を触媒として製造された 2種類
のメソフェーズピッチ AR-I および AR-IIについて、粉
末状態(200mesh pass)での 220℃における重量変化を図
1に示す。また表1にピッチ性状をまとめた。高軟化点
の AR-I は、おだやかな重量増加を示し、20時間後には
4.5wt%の重量増加となった。一方、低軟化点 AR-IIは初
期段階では急激な酸素吸収量を示し、20時間後では11wt
% まで上昇した。このように酸化反応性は異なるものの
ピッチ性状に応じた適度の酸化処理を施し、上記範囲の
H/CおよびO/Cに調節することによって、高密度炭素材
料用原料として優れた性能を発揮するメソフェーズ粉体
に改質できる(実施例1、2)。
As an example of the difference in reactivity to oxygen,
FIG. 1 shows the weight change at 220 ° C. in the powder state (200 mesh pass) of two types of mesophase pitches AR-I and AR-II produced from naphthalene using HF-BF 3 as a catalyst. Table 1 summarizes the pitch properties. AR- I with a high softening point shows a gradual weight increase and after 20 hours
The weight increased by 4.5 wt%. On the other hand, the low softening point AR-II shows a rapid oxygen absorption at the initial stage, and 11wt after 20 hours.
%. Although the oxidation reactivity differs in this way, an appropriate oxidation treatment is performed according to the pitch properties, and
By adjusting to H / C and O / C, a mesophase powder that exhibits excellent performance as a raw material for a high-density carbon material can be modified (Examples 1 and 2).

【0011】過度の酸化処理は、メソフェーズ粉体の融
着性を低下させると同時に、炭化収率も減少させ、嵩密
度低下の方向へ影響するので好ましくない(比較例
1)。一方、酸化処理が不充分であると、後の炭化工程
において揮発ガスによる成型体の膨張や発泡が起こり易
くなり、所望の炭素材は得られない(比較例2)。また
メソフェーズピッチの性状によっては、酸化温度が高す
ぎると、全体的あるいは部分的にメソフェーズ粒子同士
の融着が起こり、操作性を著しく低下させる恐れがある
(比較例3)。すなわちメソフェーズピッチの性状と酸
素に対する反応性を考慮した適度の酸化処理を行なうこ
とによって、優れた自己融着性を付与でき、しかも炭化
収率を一層高めることができるので、一回の焼成のみ
で、高密度かつ高強度の炭素材料の製造が可能となる。
[0011] Excessive oxidation treatment is not preferable because it lowers the fusibility of the mesophase powder and at the same time reduces the carbonization yield and affects the bulk density reduction (Comparative Example 1). On the other hand, if the oxidation treatment is insufficient, the molded product tends to expand or foam due to the volatile gas in the subsequent carbonization step, and a desired carbon material cannot be obtained (Comparative Example 2). Further, depending on the properties of the mesophase pitch, if the oxidation temperature is too high, fusion of the mesophase particles may occur entirely or partially, and the operability may be significantly reduced (Comparative Example 3). In other words, by performing an appropriate oxidation treatment in consideration of the properties of the mesophase pitch and the reactivity to oxygen, excellent self-fusion properties can be imparted, and the carbonization yield can be further increased. Thus, a high-density and high-strength carbon material can be manufactured.

【0012】次にこのようにして酸化処理されたメソフ
ェーズ粉体を成型する。この際バインダーは不要であ
る。成型体の形状については目的、用途等に応じて自由
に選択できる。成型は常温で行なう場合と、酸化処理粉
体が軟化あるいは溶融する温度域で行なう場合があり、
要求される形状、性能及びコストに応じて決定される。
本発明によれば成型圧力ばかりでなく、酸化条件によっ
ても成型体の焼成密度が制御できる。従来法では成型体
の嵩密度は主に成型圧力のみで調節されていたが、本手
法を用いれば成型圧力と酸化条件の組み合せにより任意
の嵩密度制御も可能である。
Next, the mesophase powder thus oxidized is molded. In this case, no binder is required. The shape of the molded body can be freely selected depending on the purpose, application, and the like. Molding may be performed at room temperature or in a temperature range where the oxidized powder softens or melts.
It is determined according to the required shape, performance and cost.
According to the present invention, the firing density of the molded body can be controlled not only by the molding pressure but also by the oxidation conditions. In the conventional method, the bulk density of the molded body is mainly adjusted only by the molding pressure. However, if this method is used, any desired bulk density can be controlled by a combination of the molding pressure and the oxidation conditions.

【0013】メソフェーズ成型体は引き続き焼成される
ことによって、所望の炭素材料が製造される。焼成工程
は非酸化性雰囲気下、成型体を 600〜1500℃の温度に加
熱し炭素化することによって行なわれる。更に必要に応
じて、この炭化物を2000〜3000℃の温度で黒鉛化する工
程を含めることもできる。
[0013] The mesophase molded body is subsequently fired to produce a desired carbon material. The firing step is performed by heating the molded body to a temperature of 600 to 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the molded body. If necessary, a step of graphitizing the carbide at a temperature of 2000 to 3000 ° C. may be included.

【0014】[0014]

【実施例】次に実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。但し本発明はこれらの実施例により制限される
ものではない。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by these examples.

【0015】実施例1 超強酸 HF-BF3 の存在下ナフタレンを重合させて得られ
たメソフェーズピッチAR-I (軟化点 >300℃、炭化収
率 91wt%、光学的異方性含有率 100vol%、H/C0.51)を
粉砕機で粉末化し、74μm以下とした。つぎにこのメソ
フェーズ粉末を空気流通下 300℃/hr で 220℃まで昇温
し 1時間処理した。この処理粉体の H/Cは 0.49 、 O/C
は 0.021であった。次にこうして得られた酸化処理粉体
を常温にて成型圧 1200kg/cm2 でプレート状に成型した
のち、窒素流通下 600℃まで60℃/hr で昇温し 2時間保
持した。炭化収率は 96wt%であった。その後アルゴン流
通下1300℃で 2時間焼成することにより、50mm×50mm×
10mmの炭化品を得た。更にこうして得られた炭化物を19
00℃で 2時間焼成した。得られた製品の物理物性(嵩密
度、圧縮強度、曲げ強度)を表2に示す。
Example 1 Mesophase pitch AR- I obtained by polymerizing naphthalene in the presence of superacid HF-BF 3 (softening point> 300 ° C., carbonization yield 91 wt%, optical anisotropy content 100 vol% , H / C 0.51) was pulverized with a crusher to a size of 74 μm or less. Next, the mesophase powder was heated at a rate of 300 ° C./hr to 220 ° C. in an air stream and treated for 1 hour. H / C of this processed powder is 0.49, O / C
Was 0.021. Next, the oxidized powder thus obtained was molded into a plate at a normal temperature at a molding pressure of 1200 kg / cm 2 , and then heated to 600 ° C. at a rate of 60 ° C./hr under a nitrogen flow and held for 2 hours. The carbonization yield was 96 wt%. Then, by baking at 1300 ° C for 2 hours under flowing argon, 50mm x 50mm x
A 10 mm carbonized product was obtained. Further, the obtained carbide is
It was baked at 00 ° C for 2 hours. Table 2 shows the physical properties (bulk density, compressive strength, bending strength) of the obtained product.

【0016】実施例2 超強酸 HF/BF3 の存在下ナフタレンを重合させて得られ
たメソフェーズピッチAR-II(軟化点 207℃、炭化収率
80wt%、光学的異方性含有率 100vol%、H/C 0.65)を粉
砕機で粉末化し、74μm以下とした。つぎにこのメソフ
ェーズ粉末を空気流通下 300℃/hr で 220℃まで 昇温
し 2時間処理した。この酸化処理粉体のH/C は 0.51 、
O/Cは 0.076であった。この粉体を実施例1と同様条件
で 600℃焼成した。炭化収率は 91wt%であった。その後
1300℃および1900℃で焼成した。得られた製品の物理物
性を表2に示す。
Example 2 Mesophase pitch AR- II obtained by polymerizing naphthalene in the presence of superacid HF / BF 3 (softening point: 207 ° C., carbonization yield)
80 wt%, optical anisotropy content 100 vol%, H / C 0.65) were pulverized with a pulverizer to a size of 74 μm or less. Next, the mesophase powder was heated at a rate of 300 ° C / hr to 220 ° C in an air stream and treated for 2 hours. The H / C of this oxidized powder is 0.51,
O / C was 0.076. This powder was fired at 600 ° C. under the same conditions as in Example 1. The carbonization yield was 91 wt%. afterwards
It was fired at 1300 ° C and 1900 ° C. Table 2 shows the physical properties of the obtained product.

【0017】比較例1 実施例2と同じメソフェーズピッチ粉末を用い、これを
空気流通下 300℃/hrで 220℃まで昇温し22時間処理し
た。この処理粉体の H/Cは0.41、 O/Cは0.154であっ
た。次にこうして得られた酸化処理粉体を実施例1と同
様条件で成型、焼成した。 600℃焼成における炭化収率
は 79.9wt%であった。その後、実施例1と同様条件で、
1300℃焼成品および1900℃焼成品を得た。酸化処理粉体
のH/C とO/C が共に請求範囲を逸脱した本例では、表2
に示すように高性能の炭素材料は得られなかった。
Comparative Example 1 The same mesophase pitch powder as in Example 2 was used, and the temperature was raised to 220 ° C. at a rate of 300 ° C./hr in an air flow and treated for 22 hours. The H / C of this treated powder was 0.41, and the O / C was 0.154. Next, the oxidized powder thus obtained was molded and fired under the same conditions as in Example 1. The carbonization yield after firing at 600 ° C was 79.9 wt%. Then, under the same conditions as in Example 1,
A 1300 ° C fired product and a 1900 ° C fired product were obtained. In this example where both the H / C and O / C of the oxidized powder deviated from the claims, Table 2
As shown in the figure, no high-performance carbon material was obtained.

【0018】比較例2 実施例2と同じメソフェーズピッチ粉末を用い、これを
空気流通下 300℃/hrで 200℃まで昇温し 1時間処理し
た。この処理粉体の H/Cは0.60、 O/Cは0.043であっ
た。 H/Cが請求範囲を逸脱したこの酸化処理粉体を実施
例1と同様条件で600℃焼成を試みた結果、成型体の膨
張が起こった。
Comparative Example 2 The same mesophase pitch powder as used in Example 2 was heated at a rate of 300 ° C./hr to 200 ° C. in an air stream and treated for 1 hour. The H / C of this treated powder was 0.60, and the O / C was 0.043. The oxidized powder whose H / C deviated from the claimed range was fired at 600 ° C. under the same conditions as in Example 1, and as a result, the molded product expanded.

【0019】比較例3 実施例2と同じメソフェーズピッチ粉末を用い、これを
空気流通下 300℃/hrで 270℃まで昇温し 1時間処理し
たところ、この酸化温度では、操作上好ましくない粒子
間の融着が認められた。この処理粉体の H/Cは0.48、 O
/Cは0.12であった。この粉体を実施例1と同様の手順で
焼成した。酸化処理粉体の O/Cが請求の範囲を逸脱した
本例では表2に示すように高性能の炭素材料は得られな
かった。
Comparative Example 3 The same mesophase pitch powder as used in Example 2 was heated at 300 ° C./hr to 270 ° C. in an air stream and treated for 1 hour. Was observed. H / C of this treated powder is 0.48, O
/ C was 0.12. This powder was fired in the same procedure as in Example 1. In this example, in which the O / C of the oxidized powder was outside the scope of the claims, no high-performance carbon material was obtained as shown in Table 2.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明においては高密度炭素材料用原料
として炭化・黒鉛化が容易で、且つ炭化収率が極めて高
いメソフェーズピッチを利用するので、短時間で焼成が
達成されると共に一回の焼成のみで充分な高密度と高強
度が得られる。更にメソフェースピッチに由来する焼成
体組織は、光学的異方性を示し、高緻密質かつ高純度で
あるために形成されるカーボンボンドは非常に強固であ
る。このカーボンボンドは高温での焼成により黒鉛化度
が向上し、且つ収縮により緻密化がより一層促進される
のでカーボンボンドはさらに強くなる。また本発明にお
いて用いられるメソフェーズピッチは、適度の酸化処理
により優れた粘着性が付与されるので、バインダーは特
に不要である。
According to the present invention, a mesophase pitch which is easy to carbonize and graphitize and has a very high carbonization yield is used as a raw material for a high-density carbon material. Sufficient high density and high strength can be obtained only by firing. Furthermore, the fired body structure derived from the mesoface pitch exhibits optical anisotropy, and the carbon bond formed is very strong because of its high density and high purity. The degree of graphitization of this carbon bond is improved by firing at a high temperature, and densification is further promoted by shrinkage, so that the carbon bond is further strengthened. Further, the mesophase pitch used in the present invention is provided with excellent tackiness by moderate oxidation treatment, so that a binder is not particularly required.

【0023】従来のメソフェーズ球晶を利用する手法で
は、メソフェーズ球晶それ自身のバインダー能だけで
は、高密度高強度化の達成は不充分であるため、たとえ
ば、ピッチマトリックス中のβ成分(BI-QS成分) をメソ
フェーズ球晶の表層に残存付着させることによって、そ
の自己融着性を制御していた(特公昭60-25364)。こう
した処理は 400〜600 ℃領域における粘結成分、即ちβ
成分の溶融性をコントロールし、粉体粒子間の接着を促
進させ、高密度高強度化の発現を可能する。更に600℃
以上の炭化により、一層高密度高強度化を促進する。し
かしながら、このようなメソフェーズ球晶を原料とする
系もまた、実質的に二成分系であり、粘結力をもつ球晶
表層部のβ成分と球晶自身は、異なる炭化挙動(特にに
熱処理過程における収縮特性)を示すと考えられること
から、高密度高強度化には限界があると言わざるを得な
い。
In the conventional method using the mesophase spherulite, it is not enough to achieve high density and high strength only by the binder ability of the mesophase spherulite itself. For example, the β component (BI- QS component) was adhered to the surface layer of the mesophase spherulite to control its self-fusing property (JP-B-60-25364). Such a treatment involves the binding component in the 400-600 ° C region, namely β
Controls the meltability of components, promotes adhesion between powder particles, and enables high density and high strength. 600 ° C
The above carbonization promotes higher density and higher strength. However, such a system using mesophase spherulites as a raw material is also substantially a two-component system, and the β component of the spherulite surface layer having a cohesive force and the spherulites themselves have different carbonization behaviors (particularly heat treatment). (Shrinkage characteristics in the process), it must be said that there is a limit to high density and high strength.

【0024】従ってこのようなバインダー成分をメソフ
ェーズ球晶に付着させる方法ではなく、実質的に均一な
成分のみからなる一元系の自己融着性粉体が開発できれ
ば理想的な高密度高強度化が図れる。本発明における自
己融着性炭素質粉体は、このような均質成分から構成さ
れる実質的な一成分系であることを特徴とするので、40
0〜600 ℃の炭化初期過程において形状安定性を維持し
ながら、適度の溶融流動性を有し、粒子自体の優れたバ
インダー能を示し、粒子間の高度の結合力を発現する。
さらに炭化後期では、均一な収縮が達成され、高密度高
強度化が一層促進される。
Therefore, if a monolithic self-bonding powder consisting of substantially uniform components can be developed instead of a method of attaching such a binder component to the mesophase spherulites, ideal high density and high strength can be attained. I can do it. Since the self-fusing carbonaceous powder in the present invention is characterized by being a substantially one-component system composed of such a homogeneous component,
While maintaining shape stability in the initial stage of carbonization at 0 to 600 ° C., it has appropriate melt fluidity, exhibits excellent binder ability of the particles themselves, and expresses a high bonding force between the particles.
Furthermore, in the latter stage of carbonization, uniform shrinkage is achieved, and high density and high strength are further promoted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】はメソフェーズピッチ粉体の酸化反応性を示す
図面である。
FIG. 1 is a drawing showing the oxidation reactivity of mesophase pitch powder.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−17393(JP,A) 特開 平1−254796(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10C 3/02 - 3/04 C01B 31/02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-49-17393 (JP, A) JP-A-1-254796 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C10C 3/02-3/04 C01B 31/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】炭化収率が70重量% 以上、軟化点が 170℃
以上で、光学的異方性相が70vol%以上であるメソフェー
ズピッチを酸化処理することによって得られる、炭素に
対する水素の原子比が0.48〜0.59の範囲であり、且つ炭
素に対する酸素の原子比が0.01〜0.10の範囲である自己
融着性炭素質粉体。
1. A carbonization yield of 70% by weight or more and a softening point of 170 ° C.
Above, the optically anisotropic phase obtained by oxidizing a mesophase pitch of 70 vol% or more, the atomic ratio of hydrogen to carbon is in the range of 0.48 to 0.59, and the atomic ratio of oxygen to carbon is 0.01. Self-fusing carbonaceous powder in the range of ~ 0.10.
【請求項2】炭化収率が70重量% 以上、軟化点が 170℃
以上で、光学的異方性相が 70vol% 以上であるメソフェ
ーズピッチを酸化処理することによって得られる、炭素
に対する水素の原子比が0.48〜0.59の範囲であり、且つ
炭素に対する酸素の原子比が0.01〜0.10の範囲である自
己融着性炭素質粉体を成形した後、非酸化性雰囲気下 6
00〜1600℃の温度で炭素化、または更に高温で黒鉛化し
て得られる高密度炭素材料
2. A carbonization yield of 70% by weight or more and a softening point of 170 ° C.
As described above, the atomic ratio of hydrogen to carbon is obtained by oxidizing a mesophase pitch having an optically anisotropic phase of 70 vol% or more, and the atomic ratio of oxygen to carbon is 0.01 to 0.59. After molding a self-fusing carbonaceous powder in the range of
High density carbon material obtained by carbonization at a temperature of 00 to 1600 ° C or graphitization at a higher temperature
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