JPH02271908A - 高密度・高強度炭素材料の製造方法 - 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〉 本発明は放電加工用電極、治具類、るつぼ、あるいは原
子力用などに利用可能な高密度・高強度炭素材料の製造
方法に関する。

〈従来の技術〉 炭素質メソフェーズ小球体とは、コールクールピッチ、
石油ピッチ類を３５０〜５００℃の温度で加熱する際に
光学的等方性ピッチ中に生成するメソフェーズ小球体を
いう、この小球体は溶剤分別法によりピッチマトリック
ス中から分離され、等方性・高密度・高強度黒鉛材料用
の原料となることはよ（知られている０例えば特公昭６
０−２５３６４号公報によれば、小球体を溶剤分別する
際にベンゼン。

タール中油等のピッチに対して若干抽出力の弱い溶剤を
使用することにより、ピッチ中のβ成分の一部をメソフ
ェーズ小球体と共に残存させ、しかる後に不活性雰囲気
中において２００〜４５０℃の温度で仮焼処理すること
により、自己焼結性の優れた原料となることが示されて
いる。

この方法により得られた原料を使用すれば、バインダー
を使用することな（成型、焼成、黒鉛化することにより
、嵩密度が１．８５ｇ／Ｃ艷以上、曲げ強度が８００ｋ
ｇ／ｃ−以上の高密度・高強度・等方性黒鉛材が容易に
製造可能である。

しかしながら、上記炭素質メソフェーズ小球体は本質的
に黒鉛化性の優れた材料でないため、得られる黒鉛材料
は高密度・高強度であるものの−方で硬度、熱膨張係数
、電気抵抗等が市販の一般炭素材料に比較して大きいと
いった面をもっている。そのため、例えば硬度が大きい
ため精密機械加工が困難で加工に時間がかかる、あるい
は、その大きな熱膨張係数のため表面にＳｉＣ被覆が難
しいといった問題も持っている。

こうした対策方法として、黒鉛化性の優れた仮焼コーク
ス、人造黒鉛粉末、天然黒鉛粉末等を添加して、メソフ
ェーズ黒鉛材料の結晶性を改善することが考えられる。

しかもこれらの原料は上記炭素質メソフェーズに比較す
ると一般には安価であるため、黒鉛材料の製造コストが
低下するメリットもある。ところが、これらの原料は炭
素質メソフェーズ小球体とは異なり自己焼結性を有して
いないため、該メソフェーズ小球体に添加すると、添加
量が増加するに従って得られる黒鉛材の強度が低下して
しまうという欠点がある。こうした欠点を克服する手段
として、発明者らは既に特願昭６３−１６３６２６号で
自己焼結性を有する炭素質メソフェーズに対して黒鉛粉
末および／または骨材コークスと粘結剤との混和物を添
加し、次いで成型焼成およびＦＡ鉛鉛部処理ることを提
案した。

この方法に従えば骨材コークス１００ｆｔ量部に対し粘
結剤３０〜１２０重足部を配合した混和物を総量に対し
て４０重量％以下の割合で添加した場合に嵩密度１．８
５ｇ／ｃｊ以上１曲げ強度７００ｋｇ／ｃｄ以上の高密
度・高強度な黒鉛材料を得ている。

しかし、この場合微粉砕した骨材コークスに対し粘結剤
であるピッチを配合し、ニーグーで加熱・混合し、放冷
・粉砕後さらに炭素質メソフェーズ小球体とエチルアル
コール等の溶剤の存在下で回転式ボールミルで混合、そ
の後濾過・乾燥するといった複雑な製造工程を必要とす
ること、及び得られる黒鉛材料の密度・強度共に混和物
を使用せず、炭素質メソフェーズ単独で得られる黒鉛材
料と同等の値を有する程度であり、嵩密度１．８５ｇ／
ｄ以上１曲げ強度７００ｋｇ／ｃ−以上を保持できる混
和物の添加量も４０重景％以下と限界があり、品質のア
レンジも限界があった。

さらに上記欠点を克服する方法として本発明者らは前記
特許出願において、粘結剤として高Ｂｌピッチ（Ｂｌ−
４０〜９５重量部）を微粉砕したものを添加・混合して
、高密度・高強度炭素材を製造する方法も提案した。こ
の方法により広範囲にわたって物理特性（熱膨張係数、
シツア硬度、Ｉ！気比抵抗等）の調整が可能となったが
、ピッチの微粉砕工程が必要なこと、およびピッチを固
体粒子のまま混合するので、カーボン粉末への分散が完
全でなく、カーボン粉末の配合量が３０重量部を超える
と強度が低下するという問題点があった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、
炭素質メソフェーズ小球体、カーボン粉末、粘結剤の混
合をより均一化することにより、より広範囲な物理特性
の範囲にわたり高密度・高強度を有する炭素材料の製造
方法を提案することを目的としている。

〈！ｌ！題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、粘結
剤を均一に混合する方法として、自己焼結性を有する炭
素質メソフェーズ小球体、カーボン粉末および粘結剤の
配合物を混合するに際して、有機溶媒を用いて粘結剤を
有機溶剤中に溶解・分散させた状態でこれらのものを攪
拌・混合し、その後溶媒を蒸留により除去する方法が有
効であることを見出した。

すなわち、本発明は、自己焼結性を有する炭素質メソフ
ェーズ小球体、カーボン粉末およびカーボン粉末１００
重量部に対して２０〜ｌＯＯ重量部の粘結剤、さらに有
機溶媒を加えた混合物を撹拌・混合しスラリー状にした
後、該混合物より該有機溶媒を蒸留除去し、次いで該混
合物を成型、焼成。

黒鉛化することを特徴とする高密度・高強度炭素材料の
製造方法である。

く作　川〉 本発明において使用する自己焼結性を有する炭素質メソ
フェーズ小球体は、例えば特公昭６０−２５３６４号公
報に示されるように平均粒径数Ａｌ１１〜１０数−のメ
ソフェーズ小球体表面にピッチ成分を保持させたもので
あり、バインダーを使用することなく成型、焼成、黒鉛
化することにより、高密度・高強度の炭素材が製造可能
な炭素材用原料である。この炭素質メソフェーズ小球体
１００重量部に対し、硬度、熱膨張係数、電気比抵抗等
の調節のために、カーボン粉末を好ましくは３〜ｌＯＯ
重量部添加・配合する。ここで、カーボン粉末とは生コ
ークス、仮焼コークス、人造黒鉛、天然黒鉛。

キッシュグラファイト等を平均粒子径３０ｕ以下に微粉
砕したものである。平均粒子径が３０−を超えると得ら
れる炭素材の強度が低下し好ましくない。

次に、カーボン粉末１００重量部に対しコールタールピ
ッチ、石油系ピッチ等の粘結剤を２０〜１００重量部配
合する。粘結剤の量が２０重量部より少ないと、焼結が
十分行われず、密度・強度の低下を招き、１００重量部
を超えるとブロックの発泡を生じ好ましくない。

炭素質メソフェーズ小球体、カーボン粉末、粘結剤の配
合物１００重量部に対して、有機溶媒を１００〜３００
重量部添加し、オートクレーブのような混合・蒸留が可
能な装置に入れ、混合後溶媒を蒸留除去して混合物を調
製する。

使用する有機溶媒としては、タール中油等の沸点が３５
０℃以下の溶媒が望ましい、沸点が３５０℃を超える有
機溶媒を用いると蒸留温度が３５０℃を趙え、炭素質メ
ソフェーズ小球体の焼結特性を低下させるので好ましく
ない。

この混合物を成型、焼成及び黒鉛化処理することにより
高密度・高強度炭素材料の製造が可能である。

以下具体的実施例により説明する。

〈実施例〉 実施例１ キノリンネ溶分を３％含有する軟化点（Ｒ＆Ｂ法）８０
℃のコールタールピッチを４５０’Ｃで熱処理してメソ
フェーズ小球体を発生させ、該熱処理ピッチに６倍容量
のタール中油（沸点範囲１５０〜２３０℃）を用いて抽
出・濾過処理を２回施した。濾過残留物を引続き３６０
℃で３時間不活性雰囲気下で仮焼処理を行い、自己焼結
性を有するメソフェーズ小球体を得た。このメソフェー
ズ小球体に対し平均粒子径５Ｉ！ｍの仮焼コークスと、
Ｂｌ（ベンゼン不溶分）成分量が６０重量％の高軟化点
ピッチ（軟化点２００℃・・・フローテスター法）を２
Ｏｎに粉砕したもの、およびタール中油（沸点１５０〜
２３０°Ｃを第１表に示す割合で配合した。

これをオートクレーブ（留出管付き）に仕込み、１時間
、回転数２００ｒｐ−で攪拌を行い、均一混合を行った
後、２５０°Ｃまで攪拌を行いながら加熱しタール中油
を蒸留除去した。

このようにして調製した混合物を９００ｋｇ／ｃ−の圧
力で１００−一６０ｈ（閣）サイズに冷間静水圧（ＣＥ
Ｐ）成型し、次いで１０℃／ｈｒの昇温速度で１０００
℃まで焼成した。さらに該焼成体を２５００℃の温度で
黒鉛化処理した。各々の黒鉛材の物理特性値を表１に示
した。

比較例１ 比較として、混合方法としてタール中油を添加せずヘン
シェルミキサーを用いて１時間乾式混合して混合物を調
製後、実施例１と同様にして製造した黒鉛材の物理特性
値を表１に合わせて示す。

比較例２ 実施例１において、硬ピツチの配合量を変えて製造した
黒鉛材の物理特性を表２に示す。

〈発明の効果〉 本発明法により、広い範囲の物理特性値（シリア硬度、
電気比抵抗、熱膨張係数）にわたって、より高密度・高
強度の炭素材料の製造が可能となり、原子炉用材、半導
体用治具、るつぼ、放電加工用電極としての広範囲の利
用が期待される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自己焼結性を有する炭素質メソフェーズ小球体、カーボ
   ン粉末およびカーボン粉末１００重量部に対して２０〜
   １００重量部の粘結剤に有機溶媒を加えた混合物を攪拌
   ・混合しスラリー状にした後、該混合物より該有機溶媒
   を蒸留除去し、次いで該混合物を成型、焼成、黒鉛化す
   ることを特徴とする高密度・高強度炭素材料の製造方法
   。