JPH01122976A - 多孔性炭素成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、多孔性炭素成形体に関するものであり、詳し
く述べると、表面の耐酸化性に富み、かつ表面か強固で
１発塵かなく、また表層での不浸透性に優れた多孔性炭
素成形体に関するものである。

（従来の技術） 従来より、熱硬化性樹脂発泡体を原料にして多孔性炭素
成形体を製造する方法は知られている。

これらの多孔性炭素成形体は、その耐熱性を生かして、
高温炉の断熱材に利用されてきた。しかしながら一方に
おいて、多孔性炭素成形体は１表面の機械的強度が低く
また、酸化され易いという欠点を有し、さらに言えば表
面からの廣素粉が粉落ちしやすく、炉内の雰囲気をクリ
ーンな状態に保ちにくいという問題があった。

これに対し、特開昭４８−７２０９２号公報には、炭素
微小中空体を含むグリーンフオームに炭素又は黒鉛質よ
りなる被膜形成物質とバインダーとを被覆し、焼成する
方法が記載されている。

また特開昭６２−１３２７１６号公報には、熱硬化性樹
脂発泡体表面にプレポリマーの溶液を塗布し、硬化した
後、焼成する方法が記載されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの方法において、グリーンフオー
ムに￥＆素又は黒鉛質よりなる被膜形成物質とハ、イン
ターとを被覆し、焼成する方法では、被膜か薄い場合に
は焼成時にグリーンフオームとの収縮の違いによるクラ
ックの発生率は低いが、充分な耐酸化性及び不浸透性を
得られなくなる。

また、被膜が厚い場合にはクラックの発生をおさえるこ
とが困難であり、内部からの発塵なおさえることも不可
を對である。

また、熱硬化性樹脂発泡体表面にプレポリマーの溶液を
塗布し、硬化した後、焼成する方法では、熱硬化性樹脂
発泡体とプレポリマー溶液からできた被膜との収縮の違
いから、クラ・ンクか発生する確率が高くなり、そのク
ラックのために、充分な耐酸化性は得られず、仮に、焼
成によってクラックが発生しながったとしても、炭素化
された発泡体の部分と表面の硬質炭素被膜の熱膨張係数
の差により、熱衝撃によってクラックが入りゃすいこと
か問題であった。

本発明は、以上のような実状に鑑みてなされたものであ
り、表面からの発塵防止と耐酸化性に優れ、なおかつ表
層が強固で不浸透性に優れた多孔性炭素成形体を提供し
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段） すなわち１本発明の多孔性炭素成形体は、熱硬化性樹脂
を出発原料にして、表面に前記熱硬化性樹脂と同質又は
類似の炭素化収縮性を有するｍ！ｉ状物の層を有する発
泡体をつくり、この発泡体を熱処理することにより、内
部に多孔性炭素質層と表面に緻密な炭素質被膜層を形成
させ、さらに炭素質被膜層の表面に熱分解炭素をコーテ
ィングしたものである。これによって１表面に熱分解炭
素表面層を、その内側には緻密な炭素質中間層を。

内部には多孔性炭素質基材層を有する多孔性炭素成形体
か構成される。

本発明の多孔性炭素成形体は、多孔性炭素質基材層とな
る熱硬化性樹脂の発泡体の表面に、前記熱硬化性樹脂と
同質又は類似の炭素化収縮性を有する磁雄状物からなる
熱処理され炭素化された緻密な炭素質中間層と、密度か
高い熱分解炭素表面層とのＨ−ｉｆｒ、の緻密な表層が
形成されているため、多孔性炭素成形体の気体不浸透性
が十分に確保されろ。さらに、前記熱分解炭素表面層に
よって。

内層の繊維状物の毛羽立ちや粉落ちを防ぎ、熱分解炭素
表１ｍコーティング後の発塵は防１トされる。

また、熱分解炭素表面層は緻密であるかゆえに、多孔性
炭素成形体の機械的強度も向上し、さらには耐酸化性も
極めて向ヒする。また熱分解炭素表面層の熱伝導率は、
熱分解炭素表面層酸【直な方向においては、非常に低い
ことから、多孔性炭素成形体の本来の熱伝導率は」―昇
せず、高断熱性も十分確保される。さらに社えば、多孔
性炭素質基材層および炭素質中間層の熱膨張係数は約２
．５ｘ　１０−’／　’Ｃてあり、熱分解炭素表面層の
熱膨張係数もＬ記載に、より近く、クラックの発生はほ
とんど起こらない。

以−ド、本発明を第１［′Ａに示す具体的な！ｌＪ造−
ｒ−程をもとに詳廁に説明する。

まず、多孔性炭素成形体の出発原料には、熱硬化性樹脂
を用いることかでき、例えば、フェノールｖＡ脂、フラ
ン樹脂、エポキシ樹脂等が使用される。また、被膜中間
層となる熱硬化性樹脂と同質又は類似の炭素化収縮性を
有する繊維状物には、ベーパー、フェルト、クロス等を
使用することがてきる。

多孔性炭素成形体をつくるにあたっては、まず前記熱硬
化性樹脂の一つに発泡剤、硬化剤を混合し、発泡硬化さ
せる。このとき、予め所定形状の金型内に、その形状に
相応するように上記熱硬化性樹脂と同質又は類似の炭素
化収縮性を有する繊維状物をはり付けておき、次にその
金型内に、熱硬化性樹脂、発泡剤、硬化剤の混合物を流
し込み、発泡硬化させれば、内部発泡体層と外部繊維状
物層とが一体成形された熱硬化性樹脂の発泡体を得るこ
とかできる。外部繊維状物層は発泡体表層の補強を図る
ことかできる。

このようにして得られた熱硬化性樹脂発泡体を非酸化雰
囲気中で焼成し炭素化することにより、緻密な炭素質被
膜層を有する多孔性炭素質基材を得ることができる。得
られた多孔性炭素質基材はクローズボア及びオープンポ
アと呼ばれるミクロな気泡の集合体であり、熱伝導率の
小さい高断熱性を有している。なお、熱処理された炭素
質被膜層は、厚すぎるとクラックが生じ易いことから、
被膜層厚か５ｍｍ以下とするのが望ましい。また、焼成
における昇温速度については、約４００〜６００℃付近
において、熱硬化性樹脂の熱分解ガスか急激に発生し、
かつ発泡体の寸法収縮が大きいために、この温度付近に
おいては昇温を徐々に行なった方がよく、好ましくは、
約５℃／ｈｒが適当である。

次に上記方法によって得られた緻密な炭素質被膜層を有
する多孔性炭素質基材りに熱分解炭素表面層を形成する
。この熱分解炭素表面層を形成するコーティング方法と
しては、通常用いられる各種化学蒸着法（ＣＶＤ）によ
り行なうことかでき１本発明では緻密な炭素質被膜層を
有する多孔性炭素質基材上を８００〜２６００℃に加熱
してＳき、炭化水素あるいはハロゲン化炭化水素を水素
ガス共存下で基材と接触させ、多孔性炭素質基材の炭素
質被膜層上に熱分解炭素の緻密層を形成させる。これら
の反応は常圧もしくは減圧下で行なわれるか、熱分解炭
素被膜の均一性、平滑性を考えると減圧下、特に３００
Ｔｏｒｒ以下で行なうことか望ましい。また熱分解炭素
表面層の厚みは１０ＩＬｍ〜１１００ＩＬが望ましい。

その理由は、１０４ｍ以下では十分な不浸透性か得られ
ないからてあり、１００ｇｍ以上では、表面にクラック
を生じる回部性が大きいからである。

（実施例） 以下、実施例について説明する。

実施例１ 表面温度的５０°Ｃに加熱した所定形状の金型内に、そ
の形状に適合するように予めカイノールファイバー（日
本カイノール（株）製　商品名）のフェルト形状のもの
を内張すした。次に、熱硬化性樹脂の−っであるレゾー
ル型フェノール樹脂（不揮発分８０％、粘度４００　ｃ
　ｐ　ｓ　／　２５℃）１００重ψ部と発泡剤９重量部
とを容器に入れ、約２５秒間攪拌し、つづいて硬化剤と
してパラトルエンスルホン酸水溶液１５重湯部を添加し
て再び約２５秒間撹拌した後、この混合液体を約５０°
Ｃの上記金型内に流し込み、約３０分間発泡硬化させた
。発泡硬化後、内部発泡体層と外部繊維状物（フェルト
）層か一体成形された発泡体を金型から取り出し、この
発泡体を非酸化性雰囲気中にて昇温速度的２０℃／　ｈ
　ｒにより約１０００℃の加熱処理をして炭素化した後
、ざらに昇温速度的３００℃／　ｈ　ｒにより２０００
℃まで昇温して表層である炭素質被膜層（炭素質中間層
）の厚さか約５　ｍ　ｍの被膜層を有する炭素化された
未処理成形体（多孔性炭素質基材）を得た。またこの未
処理成形体の比重はＯ，ｌＯｇ／ｃｃてあった。

次に前記未処理成形体の表面に熱分解炭素表面層を設け
るために、前記未処理成形体を１８００℃に加熱してお
き、２５０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの減圧下にて炭化水素を水
素ガス共存下にて成形体と接触させ、反応を行ない、熱
分解炭素表面層の厚みが２０ＩＬｍの多孔性炭素成形体
を得た。

実施例２ 実施例１において得られた未処理成形体の表面に熱分解
炭素表面層を設けるために、実施例１と同様な方法を使
用し反応を行ない、熱分解炭素表面層の厚みが１０μｍ
の多孔性炭素成形体を得た。

比較例１ 実施例１において得られた未処理成形体の表面に熱分解
炭素表面層を設けることを行なわず、未処理のままの多
孔性炭素成形体を得た。

上記３つの方法によって得られた多孔性炭素成形体を高
温加熱炉中にて１０回加熱試験を実施した結果、比較例
１の熱分解炭素表面層のないものは、表層の脱落が起こ
り、振動やガス流による消耗を生じたが、実施例１．２
で得られた多孔性炭よ成形体は、いずれも表層の剥離、
脱落、クラックの発生かほとんど起こらず、また、振動
やガス流による消耗もほとんど起こらなかった。さらに
表面からの発塵もなく、表面が強固であり、耐酸化性及
び不侵透性にも富んだ多孔体であった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の多孔性炭素成形体は、多
孔性炭素質基材層よりも緻密な、炭素質中間層と熱分解
炭素表面層との二重の緻密な層か形成されているため、
多孔性炭素成形体の不浸透性、耐酸化性を十分確保する
ことかできる。また、本発明の多孔性炭素成形体は、熱
分解炭素表面層を有していることから、表面からの炭素
粉等の粉落ちがなく、発塵が防止され、炉内１ての雰囲
気をクリーンな状態に保つことかできる。

本発明の多孔性炭素成形体は、ａ械的強度、耐酸化性、
不浸透性、断熱性に優れ、軽量であることから、半導体
単結晶引きＬげ用炉、高温焼結炉、真空炉、ホットプレ
ス炉等の高温炉の分野において、また原子力、航空機、
ロッケトＴ業の分野において利用することができ、産業
上に寄与することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第ｔ　ｒ：ａは本発明に係る多孔性炭素成形体の具体的
な製造工程を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、多孔性炭素質基材層の片面又は両面上に少なくと
   も該基材層よりも緻密な炭素質中間層を形成し、さらに
   その表面上に熱分解炭素表面層を設けたことを特徴とす
   る多孔性炭素成形体。 ２）、前記多孔性炭素質基材層が熱硬化性樹脂を出発原
   料に形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の多孔性炭素成形体。 ３）、前記炭素質中間層が多孔性炭素質基材層を形成す
   る出発原料と同質又は類似の炭素化収縮性を有する繊維
   状物を出発原料に形成されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項〜第２項いずれかに記載の多孔性炭素成形
   体。