JP4772947B2

JP4772947B2 - Low carburized graphite material and sealing jig using the same

Info

Publication number: JP4772947B2
Application number: JP2000176378A
Authority: JP
Inventors: 素章秋山
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: JP2001354477A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属への浸炭が少なく、溶融ガラスに黒鉛粉末を付着しない低浸炭黒鉛材料及びこれを用いた封着用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、コークスを主原料とした黒鉛材料は、その優れた耐熱性、耐食性により、半導体等の製造工程における各種部材として使用されている。
【０００３】
しかしながら、コークスを主原料とした黒鉛材料や、結晶の発達した天然黒鉛を用いたものは使用中に順次消耗し、金属に対する浸炭性や反応性が強い。また、溶融ガラスなどに、黒鉛粉末が多量に付着して絶縁不良を招くなどの欠点がある。
【０００４】
そこで、従来より、黒鉛材料にカーボンブラックを添加して、黒鉛材料の黒鉛化度を下げて金属等への浸炭を低減させることがなされている。例えば、特公昭５４−３４３１２号公報では、黒鉛材料へのカーボンブラックの添加量を増やすことで、金属等への浸炭量を低減させることが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、黒鉛材料にカーボンブラックを多く添加すると、金属等への浸炭を低減させることはできるものの、強度が低下し、加工性が悪くなるという欠点があり、カーボンブラックの添加量にも上限があった。
【０００６】
そこで、本発明は、カーボンブラックを添加することで金属等への浸炭を低減させるとともに、カーボンブラックの添加による強度の低下及び加工性の劣化を防止した低浸炭黒鉛材料及びこれを用いた封着用黒鉛材、ガラス成形用治具及び超硬合金熱処理用治具を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の低浸炭黒鉛材料は、黒鉛化可能な炭素質材料と、カーボンブラックからなる低浸炭黒鉛材料であって、前記カーボンブラックが、焼成された焼粉と焼成されていない生粉とを使用したものであり、前記カーボンブラックの焼粉は原料粉全体の５〜５０質量％であることを特徴とする。また、黒鉛化可能な炭素質材料は、原料粉全体の５〜５０質量％であることが好ましい。
【０００８】
すなわち、本発明に係る低浸炭黒鉛材料は、黒鉛化可能な炭素質材料に、焼成された焼粉と焼成されていない生粉のカーボンブラックを添加したものである。
【０００９】
ここで、使用される黒鉛化可能な炭素質材料には、石油系又は石炭系のコークスを使用することが好ましい。また、使用される黒鉛化可能な炭素質材料は、ピッチコークスであることが好ましい。
【００１０】
カーボンブラックの焼粉は原料粉全体の５〜５０質量％、更に１０〜３０質量％添加することが好ましい。同様に黒鉛化可能な炭素質材料は原料粉全体の５〜５０質量％、更には１０〜４０質量％添加することが好ましい。黒鉛化可能な炭素質材料は５０質量％以上添加すると、浸炭を制御する能力が低下する。
【００１１】
焼成されていない生粉のカーボンブラックとしては、平均粒径６０ｎｍ以上のものを使用することが好ましい。６０ｎｍ未満のカーボンブラックを使用すると、硬度が高くなり、黒鉛材料の本来有する易加工性を損なうため好ましくない。
【００１２】
カーボンブラックの焼粉は以下の方法で作製する。カーボンブラックの生粉に５０〜１００質量部のバインダーを加え混捏したものを任意の方法で成形し、それを約１０００℃で焼成後粉砕したものを焼粉とする。焼粉の粒子径は１〜１００μｍ程度に粉砕可能なため、原料として使用した場合、生粉に比べて添加するバインダーの量を少なくすることができる。
【００１３】
焼成された焼粉と焼成されていない生粉のカーボンブラック及び黒鉛化可能な炭素質材料を混合する時に同時に添加するバインダーは、特に限定されない。
【００１４】
本発明に係る低浸炭黒鉛材料は、黒鉛化可能な炭素質材料とカーボンブラックからなり、カーボンブラックは焼粉と生粉の両方を使用する。カーボンブラックの焼粉は原料粉全体の５質量％以上含まれ、焼粉と生粉を合わせたカーボンブラックの割合は原料粉全体の６０〜９０質量％とする。この原料粉にバインダーを添加し、任意の方法で混合する。混合後、任意の方法で成形し、成形体とした後、約１０００℃で焼成後、更に２５００℃以上で黒鉛化し、低浸炭黒鉛材料とする。
【００１５】
本発明に係る低浸炭黒鉛材料は、このように、カーボンブラックの焼粉を用いるため、カーボンブラックを添加するときに使用するバインダーの量を少なくすることができる。これによって、焼成時の割れ等がなく、また、黒鉛化後の強度の低下が無く、加工性が劣化することもない。したがって、カーボンブラックの配合量を原料粉全体の６０〜９０質量％とすることも可能となり、金属等への浸炭を防止することが可能となる。
【００１６】
このように、金属等への浸炭を防止することが可能となり、半導体等のハーメチックシールの際に使用する封着用治具や、ガラス成形用治具、又は超硬合金熱処理用治具として使用することができる。封着用治具やガラス成形用治具として使用した場合は、溶融ガラスへの黒鉛粉末の付着を抑制することができ、黒鉛材料の消耗により治具として使用ができなくなるまで使用することが可能となる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
（カーボンブラック焼粉の調整）平均粒径７０ｎｍのカーボンブラック１００質量部に、コールタールピッチ８０質量部を加え混捏後、金型成形し、約１０００℃で焼成後、粉砕し焼粉とした。
（試料の作製）前記カーボンブラック焼粉５０質量部と、焼成していないカーボンブラック生粉３０質量部と、ピッチコークスの粉砕粉２０質量部と、バインダー４５質量部を熱を加えながら混合した。更に、この混合物を２００μｍ以下に粉砕した後、この粉砕粉を金型成形し、８０×１５０×２５０ｍｍの成形体とした。この成形体を約１０００℃で焼成後、さらに２５００℃以上で黒鉛化し、試料とした。
【００１８】
（実施例２）
カーボンブラック焼粉を２０質量部、カーボンブラック生粉を６０質量部、ピッチコークスを２０質量部、バインダーを６０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００１９】
（実施例３）
カーボンブラック焼粉を５質量部、カーボンブラック生粉を７５質量部、ピッチコークスを２０質量部、バインダーを７５質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２０】
（比較例１）
カーボンブラック生粉を８０質量部、ピッチコークスを２０質量部、バインダーを１００質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２１】
（比較例２）
カーボンブラック生粉を８０質量部、ピッチコークスを２０質量部、バインダーを１２０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２２】
（比較例３）
カーボンブラック焼粉を８０質量部、ピッチコークスを２０質量部、バインダーを４０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２３】
（比較例４）
カーボンブラック生粉を５０質量部、ピッチコークスを５０質量部、バインダーを６０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２４】
（比較例５）
カーボンブラック生粉を３０質量部、ピッチコークスを７０質量部、バインダーを５０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２５】
（比較例６）
ピッチコークスを１００質量部、バインダーを５０質量部とし、以下、実施例１と同様にして試料を作製した。
【００２６】
（浸炭試験）
実施例１〜３と比較例１〜６の試料を、６×５０×５０ｍｍのＮｉ−Ｆｅ合金を上下から挟み、その上方から荷重をかけた状態で、１０５０℃で３０分間、窒素雰囲気中で熱処理し、Ｎｉ−Ｆｅ合金の表面への浸炭状況を確認した。
【００２７】
以上の浸炭試験の結果及び実施例１〜３及び比較例１〜６の試料の各特性値を表１にまとめて示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１より、実施例１〜３の試料では、Ｎｉ−Ｆｅ合金の表面には、浸炭したと思われる黒い筋も確認できず、また、浸炭の前兆と考えられる白いムラも確認できなかった。一方、一般的な等方性黒鉛材である比較例６及びカーボンブラックの添加量の少ない比較例５の試料では、表面に浸炭したと思われる黒い筋と白いムラが確認できた。また、比較例３〜６の試料では、浸炭の前兆と考えられる白いムラが確認できた。
また、実施例１〜３の試料は、比較例３〜５の試料よりも真密度が低く、黒鉛化度が低くなっていることがわかる。したがって、カーボンブラックを従来のものよりも多く添加することができるため、黒鉛化の進行を抑制でき、金属等への浸炭を抑制できたものと考えられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る低浸炭黒鉛材料は、以上のように、カーボンブラックの焼粉と焼成されていない生粉とを用いるため、カーボンブラックを添加するときに使用するバインダーの量を少なくすることができる。これによって、焼成時の割れがなく、黒鉛化後の強度低下がない。また、加工性が劣化することもない。したがって、カーボンブラックの添加量を原料粉全体の６０〜９０質量％とすることも可能となり、金属等への浸炭を防止することが可能となる。また、このように、金属等への浸炭を防止することが可能となるため、半導体等のハーメチックシールの際に使用する封着用治具や、ガラス成形用治具、又は超硬合金熱処理用治具として使用することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has less carburization to the metal, sealing jig again and again relates with low carburizing graphite material and which does not adhere to the graphite powder in the molten glass.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, graphite materials mainly made of coke have been used as various members in manufacturing processes of semiconductors and the like due to their excellent heat resistance and corrosion resistance.
[0003]
However, graphite materials using coke as the main raw material and those using natural graphite with developed crystals are gradually consumed during use, and are highly carburizing and reactive to metals. In addition, there is a drawback in that a large amount of graphite powder adheres to molten glass and causes insulation failure.
[0004]
Therefore, conventionally, carbon black is added to a graphite material to reduce the degree of graphitization of the graphite material and reduce carburization to a metal or the like. For example, Japanese Examined Patent Publication No. 54-34312 discloses that the amount of carburizing to metal or the like is reduced by increasing the amount of carbon black added to the graphite material.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a large amount of carbon black is added to the graphite material, carburization of metal or the like can be reduced, but there is a disadvantage that the strength is lowered and the workability is deteriorated, and the amount of carbon black added is also limited. It was.
[0006]
Therefore, the present invention reduces the carburization of metals and the like by adding carbon black, and low-carburized graphite material that prevents deterioration in strength and workability due to the addition of carbon black, and sealing using the same An object is to provide a graphite material, a glass forming jig, and a cemented carbide heat treatment jig.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The low-carburized graphite material of the present invention for solving the above-mentioned problems is a low-carburized graphite material comprising a graphitizable carbonaceous material and carbon black, wherein the carbon black is fired with the fired powder. der those using raw powder not is, baked powder of the carbon black is characterized by 5-50% by mass Rukoto of the total raw material powder. The graphitizable carbonaceous material is preferably 5 to 50% by mass of the entire raw material powder.
[0008]
That is, the low-carburized graphite material according to the present invention is obtained by adding a calcined powder and a carbon powder of unfired raw powder to a graphitizable carbonaceous material.
[0009]
Here, it is preferable to use petroleum-based or coal-based coke as the graphitizable carbonaceous material to be used. The graphitizable carbonaceous material used is preferably pitch coke.
[0010]
Carbon black powder is preferably added in an amount of 5 to 50% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass, based on the total raw material powder. Similarly, the graphitizable carbonaceous material is preferably added in an amount of 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass, based on the total raw material powder. When the graphitizable carbonaceous material is added in an amount of 50% by mass or more, the ability to control carburization is reduced.
[0011]
It is preferable to use carbon black of raw powder that has not been baked having an average particle diameter of 60 nm or more. When carbon black of less than 60 nm is used, the hardness increases, and the easy processability inherent in the graphite material is impaired, which is not preferable.
[0012]
Carbon black powder is prepared by the following method. Carbon black raw powder added with 50 to 100 parts by mass of a binder and kneaded is molded by any method, and then baked at about 1000 ° C. and pulverized to obtain a calcined powder. Since the particle diameter of the calcined powder can be pulverized to about 1 to 100 μm, when used as a raw material, the amount of binder added can be reduced compared to raw powder.
[0013]
The binder to be added at the same time when the calcined calcined powder, the uncalcined raw carbon black and the graphitizable carbonaceous material are mixed is not particularly limited.
[0014]
The low carburized graphite material according to the present invention comprises a graphitizable carbonaceous material and carbon black, and the carbon black uses both calcined powder and raw powder. The burned powder of carbon black is contained in an amount of 5% by mass or more of the whole raw material powder, and the ratio of the carbon black combined with the burned powder and raw powder is 60 to 90% by mass of the whole raw material powder. A binder is added to the raw material powder and mixed by an arbitrary method. After mixing, it is molded by an arbitrary method to form a molded body, fired at about 1000 ° C., and then graphitized at 2500 ° C. or higher to obtain a low-carburized graphite material.
[0015]
Since the low-carburized graphite material according to the present invention uses carbon black powder as described above, the amount of binder used when adding carbon black can be reduced. As a result, there are no cracks during firing, no decrease in strength after graphitization, and workability does not deteriorate. Therefore, it becomes possible to make the compounding quantity of carbon black 60-90 mass% of the whole raw material powder, and it becomes possible to prevent carburization to a metal etc.
[0016]
In this way, it becomes possible to prevent carburization of metal or the like, and it is used as a sealing jig, a glass forming jig, or a cemented carbide heat treatment jig used for hermetic sealing of semiconductors or the like. be able to. When used as a sealing jig or glass forming jig, it can suppress the adhesion of graphite powder to the molten glass and can be used until it can no longer be used as a jig due to exhaustion of the graphite material. Become.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
Example 1
(Adjustment of carbon black calcined powder) 80 parts by mass of coal tar pitch was added to 100 parts by mass of carbon black having an average particle diameter of 70 nm, kneaded and molded, fired at about 1000 ° C., pulverized to obtain calcined powder.
(Preparation of Sample) 50 parts by mass of the carbon black calcined powder, 30 parts by mass of raw carbon black powder, 20 parts by mass of pulverized powder of pitch coke, and 45 parts by mass of a binder were mixed while heating. Further, this mixture was pulverized to 200 μm or less, and then this pulverized powder was molded into a molded body of 80 × 150 × 250 mm. This molded body was fired at about 1000 ° C. and then graphitized at 2500 ° C. or more to prepare a sample.
[0018]
(Example 2)
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 with 20 parts by mass of carbon black calcined powder, 60 parts by mass of raw carbon black powder, 20 parts by mass of pitch coke, and 60 parts by mass of binder.
[0019]
(Example 3)
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 with 5 parts by mass of carbon black calcined powder, 75 parts by mass of raw carbon black powder, 20 parts by mass of pitch coke, and 75 parts by mass of binder.
[0020]
(Comparative Example 1)
Carbon black raw powder was 80 parts by mass, pitch coke was 20 parts by mass, and binder was 100 parts by mass.
[0021]
(Comparative Example 2)
Carbon black raw powder was 80 parts by mass, pitch coke was 20 parts by mass, and binder was 120 parts by mass.
[0022]
(Comparative Example 3)
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that carbon black powder was 80 parts by mass, pitch coke was 20 parts by mass, and binder was 40 parts by mass.
[0023]
(Comparative Example 4)
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that carbon black raw powder was 50 parts by mass, pitch coke was 50 parts by mass, and binder was 60 parts by mass.
[0024]
(Comparative Example 5)
30 parts by mass of carbon black raw powder, 70 parts by mass of pitch coke, and 50 parts by mass of binder were used.
[0025]
(Comparative Example 6)
Samples were prepared in the same manner as in Example 1 except that 100 parts by mass of pitch coke and 50 parts by mass of binder were used.
[0026]
(Carburization test)
Samples of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were sandwiched between 6 × 50 × 50 mm Ni—Fe alloys from above and below, and a load was applied from above, in a nitrogen atmosphere at 1050 ° C. for 30 minutes. It heat-processed and the carburizing condition to the surface of a Ni-Fe alloy was confirmed.
[0027]
Table 1 summarizes the results of the above carburization test and the characteristic values of the samples of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6.
[0028]
[Table 1]

[0029]
From Table 1, in the samples of Examples 1 to 3, black streaks that seem to have carburized could not be confirmed on the surface of the Ni—Fe alloy, and white unevenness considered to be a precursor of carburization could not be confirmed. On the other hand, in the samples of Comparative Example 6 that is a general isotropic graphite material and Comparative Example 5 with a small amount of carbon black added, black streaks and white unevenness that seem to have carburized on the surface could be confirmed. Moreover, in the samples of Comparative Examples 3 to 6, white unevenness considered to be a precursor of carburization could be confirmed.
Moreover, it turns out that the sample of Examples 1-3 has a true density lower than the sample of Comparative Examples 3-5, and its graphitization degree is low. Therefore, it can be considered that carbon black can be added more than the conventional one, so that the progress of graphitization can be suppressed and carburization to a metal or the like can be suppressed.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, since the low-carburized graphite material according to the present invention uses the carbon black powder and the unfired raw powder, the amount of the binder used when adding the carbon black can be reduced. . Thereby, there is no crack at the time of baking, and there is no strength reduction after graphitization. Moreover, workability is not deteriorated. Therefore, the amount of carbon black added can be 60 to 90% by mass of the entire raw material powder, and carburization of metal or the like can be prevented. In addition, since it becomes possible to prevent carburization of metal or the like in this way, a sealing jig used for hermetic sealing of semiconductors, a glass forming jig, or a cemented carbide heat treatment jig. Can be used as a tool.

Claims

A graphitizable carbonaceous material, a low carburizing graphite material consisting of carbon black, said carbon black state, and are not using the raw powder which is not sintered and fired baked flour,
Low carburizing graphite material baked flour Ru 5-50% by mass of the total raw material powder of the carbon black.

The low-carburized graphite material according to claim 1, wherein the graphitizable carbonaceous material is 5 to 50% by mass of the entire raw material powder.

The low-carburized graphite material according to claim 1 or 2, wherein the graphitizable carbonaceous material is petroleum-based or coal-based coke.

The low-carburized graphite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphitizable carbonaceous material is pitch coke.

A jig for cemented carbide heat treatment comprising the low-carburized graphite material according to any one of claims 1 to 4 .