JPH0234508A - 高密度等方性炭素材の製造方法 - 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、放電加工用電極などの電気用、シール、リン
グなどの機械用、治具、ルツボ、連続鋳造用などの冶金
用あるいは原子力用、シリコン単結晶引き上げ用ホット
ゾーン材などとして使用される高密度等方性炭素材料の
製造方法に関する。

本発明において、高密度等方性炭素材とはカサ密度１．
８０９／ｃｄ以上の炭素材を目標とする。

〔従来の技術〕

従来、高密度等方性炭素材は、微粉化した鍜焼コークス
にバインダーピッチを適当量添加し、約１５０〜２５０
℃の温度で数時間捏合後、冷却し、この捏合物を再び微
粉砕して原料粉を得て、これを等方成形し、更に１００
０’Ｃ＠ｔｌで焼成し、その上、密度を高めるために、
焼成物にピッチ等を含浸した後、再度焼成を行ない、必
要によっては、この含浸−再焼成を何回か繰り返した後
、２．５００〜２．８００℃の高温下で、黒鉛化処理を
行なうことによって得ている。

特公昭６０−１３．９６２号公報には、平均粒径が１５
μｍ以下の生石油コークスと平均粒径が４４μｍ以下の
鍜焼コークスとを主体とした配合物に粘結剤を添加して
混練し、粉砕したものをラバープレスにより等方成形し
、次いで常法により焼成し、さらに必要に応じて黒鉛化
する等方性特種炭素材の製造方法が開示されている。

特公昭５７−２５４８４号公報には、焼成に際し、融解
することなく、焼結する生コークスの微粉砕物または、
それにバインダーピッチを配合したものを加圧成型し、
該成型体を４５０〜７００℃の低温度で一次焼成し、つ
いで加圧下にピッチ含浸し、さらに高温焼成処理して炭
化ないし黒鉛化させる高密度高強度炭素材料の製造方法
が開示されている。

特公昭５８−１０４２号公報には、骨材コークスを１０
０メツシュ（タイラー）以下に粉砕し、バインダーピッ
チとともに混練してなる混練物を、冷却後、２８メツシ
ュ以下に粉砕し、粉砕物を等方加圧成形し、更に溶融金
属中に浸漬して流体加圧下に焼成する高密度等方性炭素
材の製造法が開示されている。

また特公昭６１−２４３２６号公報には、生Ｕ延コーク
ス微粉砕物に軟化点７５〜１４０℃で、固定炭素１１４
５〜７０重量％のバインダーピッチを５重量％と主遅延
コークスとバインダーピッチの混合物の揮発分量が所定
の値以下の範囲で添加し、混合と同時に平均粒径１００
μ以下に粉砕し、これを常法に従って成型、焼成、黒鉛
化する炭素材の製造方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記の力焼コークスとバインダーピッチを原料とする方
法によって、高密度等方性炭素材を得るためには、焼成
後に含浸−再焼成という処理が必要となり、■程が複雑
な上に、焼成を繰り返すことにより、熱エネルギーの消
費量も多く、全体の製造コストが高くなる等の問題点が
ある。

また特公昭６１−２４３２６号公報では、半成コークス
とバインダーピッチを混合と同時に平均粒径１００μｍ
以下に粉砕し、その後常法にしたがって成型、焼成、黒
鉛化し、炭素材を得ている。

しかしながら本発明者の検討では、この方法によって得
られる炭素材のカサ密度は１．３０〜１．７５ｇ／ｃｊ
程度であり、目標とするカサ密度１．８０９／ｃａ１以
上の高密度材は得られない。また半成コークスとバイン
ダーピッチとをバインダーピッチの軟化点以上の温度で
捏合し、冷ｕｌ後、粉砕した場合においても、特公昭６
１−２４３２６号公報に記載されたバインダーピッチの
添加層の範囲内（≦０．３９Ｘ　（原料主遅延コークス
の揮発分）＋１３．１）では、やはり、カサ密度１．８
０ｇ／ｃｊ以上の高゛密度材は得られない。この方法で
はバインダーピッチが溶融しない状態で摩砕混合される
ため、焼成時に発泡し易く、このため全体の揮発分をあ
る値以下におさえざるを得ない。揮発分が低く押えられ
る結果、焼成時の熱収縮が大きくないため密度が上らな
いものと考えられる。

本発明の目的は、前記の従来技術の課題を解決し、カサ
密度１．８０ｇ／ｃｄ以上の高密度等方性炭素材の製造
方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、粒径２００メツシュ（タイラー）以下で揮発
分量７．０〜１３．０ｆｆｉｌｉ％である半成コークス
に、軟化点５０〜１５０℃で固定炭素量４５〜７０重量
％のバインダーピッチを、捏合後の揮発分量が下記の式
で表わされる範囲内となる様な量を加え、１６０〜３０
０℃の温度範囲で十分に昆合し、室温まで冷却後、２０
０メツシュ（タイラー）以下の粒径となる様に再粉砕し
、この再粉砕物を等方成型し、更に常法に従って焼成し
、黒鉛化することを特徴とする高密度等方性炭素材の製
造方法である。

半成コークスの揮発分量：　　ＶＭ生重最％捏合後の混
線物の揮発分母：ｖＭ　　　型組％ｏｔａｌ とすると ７．０≦ＶＭ生≦９．０においては １７．０≦ＶＭ　　　　　≦２０．Ｏ ｏｔａ１ ９、０≦ＶＭ生≦１３．０におイテハ １７．０＋０．３ｘ　（ＶＭ生−９，０）≦ｖＭｔｏｔ
ａ１≦２０．０ 本発明における半成コークスとは石炭タール、石油系重
質油、石炭液化油（ＳＲＣ）等の重質油をデイレード・
コーキング法（遅延コークス化法）、フルード・コーキ
ング法（流動コークス化法）等の方法により、コークス
化し、未だ鍜焼（カルサイニング）していないコークス
を指す。

生コークスとも称され揮発分を７〜１５％含有している
。これらの内でデイレード・コーキング法による主遅延
コークスが好ましい。

即ち本発明で使用する半成コークスは揮発分母（以下Ｖ
Ｍ生で示す）が７．０〜１３．Ｏ重量％の範囲内であれ
ば、特に出発原料に制限はない。

一般的には、石炭系ピッチから得た半成コークスが最も
効果的である。

Ｖ　Ｍ　生が７．０重量％未満の場合には、焼成時にク
ラックが発生し易く、逆にＶ生が１３．０１呈％を超え
ると、焼成時に材料が発泡変形し、いずれも好ましくな
い。■生の最も好ましい範囲は８．０〜１２．０重量％
である。

また半成コークスの粘度は２００メツシュ（タイラー）
以下、即ち７４μｍ以下であることが必要である。粒径
が２００メツシュを超えると得られる炭素材中に組織の
不均一な部分が発生し好ましくない。

高密度材を得るための最適粒径は、粒径が２００メツシ
ュ以下で、平均粒径が３〜２０μｍの場合である。

本発明で使用するバインダーピッチは軟化点５０〜１５
０℃で、かつ固定炭素ｆｎ４５〜７０重１％のものであ
る。

軟化点が５０℃未満の場合は、ピッチの固定炭素最が低
（、揮発分量が増加するため、焼成時に材料が発泡して
変形を起こす。

軟化点が１５０℃を超す場合は、半成コークスとバイン
ダーピッチの捏合が難しく、得られる材料は均一性を欠
いたものになる。

バインダーピッチとしては軟化点８０〜１２°Ｏ℃、固
定炭素！１５０〜６５重量％のものが最適である。

本発明では、バインダーピッチの添加量として、捏合後
の混練物の揮発分量をＶＭ　　　　重量％とｏｔａ　１ すると ７．０≦ＶＭ生≦９．０の場合には １７．０≦ＶＭｔｏｔａｌ　≦２０．０９．０≦ＶＭ生
≦１３．０の場合には １７．０＋０．３ｘ　（ＶＭ生−９，０）≦ｖＭｔｏｔ
８１≦２０．０ ｖＭｔｏｔａｌがこの範囲内になるように添加するもの
である。

こ札は第１図のＶＭ　　〜ＶＭ　　　　の図表で斜生　
　　　　ｔｏｔａｌ 線と網目の範囲にＶＭ　　　　が入るようにパインｏｔ
ａｌ ダービッチを添加する必要がある。

この点で特公昭６１−２４３２６号公報と全く異なるこ
とが明らかである。捏合物の揮発分量ＶＭ　　　　が第
１図に表わされる範囲より低い場ｏｔａ１ 合、焼成、黒鉛化過程での体積収縮が小さく、目標とす
る高密度材は得られない。またｖＭｔｏｔａｌが第１図
に表わされる範囲より高い場合は、焼成過程で材料が発
泡変形し、好ましくない。最適範囲のＶＭｔｏｔａｌは
第１図の網目部分の範囲内である。

捏合における温度は、バインダーピッチの軟化点からコ
ーキング温度の範囲であれば特に制限はないが、操作性
等から見て、１６０〜３００℃の範囲が最も適当である
。

本発明において、捏合物の再粉砕後の粒径は２００メツ
シュ（タイラー）以下、即ち７４μｍ以下であることが
必要である。

粒径が２００メツシュを超えると、得られる炭素材中に
不均一部分が発生し易くなり好ましくない。均一な高密
度材を得るための最適粒径は２００メツシュ以下で、平
均粒径が３〜２０μｍの場合である。

〔作用〕

本発明における方法によって、高密度材が得られるのは
、焼成過程における体積収縮率が３０〜５０％と非常に
大きくなり、その結果、密度が大巾に増加するためであ
る。焼成過程における体積収縮率が大きくなる理由につ
いては、現在のところ明確ではないが半成コークスの焼
成過程での自己収縮性とバインダーピッチの収縮性とが
一種の相乗効果を表わすためではないかと推定される。

〔実施例〕

次に実施例によって、本発明を更に詳細に説明するが、
本発明はこの実施例によって何等限定されるものではな
い。

（実施例１） 石炭系ピッチを出発原料として得た揮発分量ＶＭ生＝１
１．０重罎％の半成コークスをハンマーミルによって粉
砕し、２００メツシュ（タイラー）のフルイによって、
２００メツシュ以上の粒を除去し、平均粒径１８μｍの
半成］−クス粉を得た。

これに軟化点９０℃、固定炭素分１５５ｉｆｍ％のバイ
ンダーピッチを半成コークス１００１吊部に対して、２
５〜５０重量部添加し、２５０℃でニーダ−によって十
分に捏合し、室温まで冷却後再びハンマーミルによって
粉砕し、２００メツシュのフルイによって２００メツシ
ュ以上の粒を除去し、最終的に揮発分子ｌｌＶＭ　　　
　の異なる７種ｏｔａｌ 類の平均粒径１８μｍの捏合物の粉を得た。これをラバ
ープレスにより、成型圧力１．０ｉ／Ｃｍで等方成型し
、１．０００℃で焼成し、更に２．６００℃で黒鉛化し
て等方性炭素材を得た。

捏合物の揮発分ｊｌＶＭ　　　　と得られた材料のｔｏ
ｔａｌ 物性値を併せて第１表に示す。

第１表 り、Ｖ　Ｍ　ｔｏｔａｌの異なる６種類の捏合物粉を得
た。

これらを、やはり実施例１と同様方法にて、成型、焼成
、黒鉛化を行い、等方性炭素材を得た。捏合物の揮発分
”　Ｍｔｏｔａｌと得られた材料の物性値を併せて第２
表に示す。

第２表 （実施例２） 石炭系ビッヂを出発原料として得た揮発分量ＶＭ生＝８
．２重量％の半成コークスと軟化点９０℃、固定炭素分
ｔＪｉ５５重■％のバインダーピッチとを用いて、実施
例１と全く同様の方法によ（比較例３） 石炭系ピッチを出発原料として得た揮発分量ｅ、ｉｉａ
％の半成コークスについて、実施例１゜２と全く同様の
方法によって、等方性炭素材の製造を試みた。しかしな
がら、この場合は、焼成時にクラックが発生し易く、均
一な材料を得るのは困難であった。

（比較例４） 石炭系ピッチを出発原料として得た揮発分量１４．０重
量％の半成コークスについても、比較例１と同様のこと
を試みた。しかしながらこの場合は、焼成時の発泡変形
を生じ、均一な材料は得られなかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、含浸−再焼成の様な複雑な工程を必要
とせず、極めて容易に且つ低コストで、カサ密度１．８
０ｇ／ｃａ１以上の高密度等方性炭素材料が１９られる
。

実用上の効果の極めて大きい発明である。

が本発明の特許請求範囲であり、網目部は最も好ましい
範囲である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　粒径２００メッシュ（タイラー）以下で揮発分量７．
   ０〜１３．０重量％である半成コークスに、軟化点５０
   〜１５０℃で固定炭素量４５〜７０重量％のバインダー
   ピッチを、捏合後の揮発分量が下記の式で表わされる範
   囲内となる様な量を加え、１６０〜３００℃の温度範囲
   で十分に捏合し、室温まで冷却後、２００メッシュ（タ
   イラー）以下の粒径となる様に再粉砕し、この再粉砕物
   を等方成型し、更に常法に従つて焼成し、黒鉛化するこ
   とを特徴とする高密度等方性炭素材の製造方法。 半成コークスの揮発分量：ＶＭ＿生重量％ 捏合後の混練物の揮発分量：ＶＭ＿ｔ＿ｏ＿ｔ＿ａ＿ｌ
   重量％とすると ７．０≦ＶＭ＿生≦９．０においては １７．０≦ＶＭ＿ｔ＿ｏ＿ｔ＿ａ＿ｌ≦２０．０ ９．０≦ＶＭ＿生≦１３．０においては １７．０＋０．３×（ＶＭ＿生−９．０）≦ＶＭ＿ｔ＿
   ｏ＿ｔ＿ａ＿ｌ≦２０．０