JPH04149014A - グラファイトブロックおよびその製造方法 - 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、核融合炉の内壁等に使用され、かつ高耐熱性
、高熱伝導性を有し、しかも優れた機械的強度を有する
グラファイトブロックおよびその製造方法に関するもの
である。

従来の技術 一般にグラファイトブロックは抜群の耐熱性や耐薬品性
、高い電気伝導性、高い熱伝導性等を有するため、工業
材料として重要な地位を占め、電極、発熱体、構造材、
熱伝導体等として広く使用されている。このグラファイ
トの高い電気伝導性、高い熱伝導性、耐熱性はグラファ
イトの構造に起因するもめである。このようなグラファ
イトブロックには、単結晶に近い高配向性のグラファイ
トと、等方性グラファイトの二種類があり、それぞれが
その用途により使い分けられている。

発明が解決しようとする課題 グラファイト単結晶の構造は、ベンゼン環が平面状につ
ながったものが層状に積層されている構造となっている
もので、この結晶の平面方向においては、高い熱伝導性
および電気伝導性を有しているが、この平面と垂直方向
においては、面内の伝導性のわずか数百骨の−の伝導性
しか有していない。また、機械的強度に関しても、グラ
ファイトの平面方向には強いが、この平面と垂直方向に
はきわめて弱く、簡単に面間で剥離してしまう。

これに対し、等方性グラファイトと呼ばれる物は、グラ
ファイトブロックの内部でベンゼン環の平面がランダム
に配向しているため、機械的強度は極めて優れているも
のの、その伝導特性は面内と面に垂直な方向との平均値
となってしまう。つまり、単結晶に近い高配向性グラフ
ァイトと等方性グラファイトは、高い伝導性を必要とす
る場合には機械的強度を無視して高配向性グラファイト
を利用し、一方機械的強度も必要とする場合は、伝導性
の劣る等方性グラファイトを利用していた。

単結晶に近い高配向性ブロックは天然には存在しないた
め、人工的に極めてそれに近いものを作成している。そ
の方法としては、気相中で炭化水素ガスを高温分解沈積
させる方法や、特殊な高分子材料を高温でグラファイト
化させる方法が知られている。一方、等方性グラファイ
トは単結晶の粉体をＨＩＰ、ＳＩＰ、押し出し成形等に
より押し固めて製造されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、高
い熱伝導性や高い電気伝導性を有し、かつ優れた機械的
強度もあわせもつグラファイトブロックおよびその製造
方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明のグラファイトブロッ
クは、グラファイト結晶の（００１）面を層状構造を保
ちながら褶曲させ、かつその褶曲を同一面内のみに限る
ことにより、一つの軸方向に直線的な構造をもたせたも
のである。

また上記グラファイトブロックの製造方法としては、し
わ、あるいは折り目を有する複数枚の高分子フィルムを
積層して加圧焼成するか、あるいは長いフィルムを折り
量むようにして加圧焼成するようにしたものである。

そしてまた別のグラファイトブロックの製造方法として
は、短冊状、あるいは繊維状に切断された高分子フィル
ムを一軸方向に配向するように並べ、加圧焼成するよう
にしたものである。

作用 上記本発明のグラファイトブロックは、グラファイト結
晶の（００１）面を層状構造を保ちながら褶曲させ、か
つその褶曲を同一面内のみに限ることにより、一つの軸
方向に直線的な構造をもたせ、またグラファイトブロッ
クの製造方法としては、しわ、あるいは折り目を存する
複数枚の高分子フィルムを積層して加圧焼成するか、あ
るいは長いフィルムを折り畳むようにして加圧焼成し、
さらに他の製造方法として短冊状、あるいは繊維状に切
断された高分子フィルムを一軸方向に配向するように並
べ、加圧焼成するようにしているため、グラファイトが
持つ優れた熱伝導性や電気伝導性を損なうことなく、機
械的強度も優れたものを得ることができるものである。

実施例 以下、本発明の各実施例を添付図面を参照しながら具体
的に説明する。

（実施例１） 第１図（ａ）に示すように、厚さ５０μｍのデュポン社
製のポリイミドフィルム（商品名カプトン上フイルム）
１を、フィルム幅とほぼ同じ長さの長辺を有する長方形
の等方黒鉛製（グラフディト製）のるつぼ２内に褶曲さ
せて押し込み、そしてそのるつぼ２を１０℃／■１ｎの
速度で２８００’Ｃまで加熱した。この加熱はアルゴン
ガス雰囲気中で行い、１０００℃以上において、５０ｋ
ｇ／ｄで加圧した。

これにより、第１図（ｂ）に示すようにグラファイトブ
ロツ多３が得られ、かつこのグラファイトブロック３は
密度が２．２０あり、そしてこのグラファイトブロック
３の熱伝導度、引っ張り強度について、第１図（ｂ）の
Ａ、Ｂ、Ｃ方向をそれぞれ測定した。表１はその熱伝導
度を示し、また表２はその引っ張り強度を示す。

表１ （以下余白） 表１７表２から明らかであるように、このグラファイト
ブロック３はＡ方向のみに高い熱伝導性と大きな引っ張
り強度を有しており、Ａ軸に対して垂直方向のＢ、Ｃは
熱伝導性および引っ張り強度とも、均質な特性を有して
いるものである。

（実施例２） 第２図（司に示すように、厚さ５０μｍのポリフェニレ
ンオキサジアゾールフィルム４を幅２０諷に切断し、そ
してこの切断した多数のフィルム４をフィルム幅とほぼ
同じ長さの長辺を有する長方形の等方黒鉛製（グラファ
イト製）のるつぼ５内に褶曲させて押し込み、その後、
このるつぼ５を１０℃／■ｉｎの速度で２８００℃まで
加熱した。この加熱はアルゴンガス雰囲気中で行い、１
０００℃以上において、５０ｋｇ／ｄで加圧した。

これにより、第２図［有］）に示すようなグラファイト
ブロック６が得られ、かつこのグラファイトブロック６
は密度が２．１９あり、そしてこのグラファイトブロッ
ク６の熱伝導度、引っ張り強度について、第２図（ハ）
のＡ、Ｂ、Ｃ方向をそれぞれ測定した０表３はその熱伝
導度を示し、また表４はその引っ張り強度を示す。

表３ （以下余白） 表４ 表３９表４から明らかなように、このグラファイトブロ
ック６はＡ方向のみに高い熱伝導間と大きな引っ張り強
度を有しており、Ａ軸に対して垂直方向のＢ、Ｃは熱伝
導性および引っ張り強度とも、均質な特性を有している
ものである。

（実施例３） 第２図（萄に示すように、厚さ２５μｍのポリピロメリ
ットイミドフィルム４を輻２〜５■の短冊状、あるいは
繊維状に切断し、そしてこの切断したフィルムを長方形
の等力無鉛製（グラファイト製）のるつぼ５内に一軸方
向に配向するように並べ、その後、このるつぼ５を１０
℃／ｓｉｎの速度で２０００“Ｃまで加熱した。この加
熱はアルゴンガス雰囲気中で行い、かつ２０ｋｇ／ｃｄ
で加圧した。

これにより、第２図（ｂ）に示すようなグラファイトブ
ロック６が得られ、かつこのグラファイトブロックの電
気伝導度について、第２図俤）のＡ、Ｂ。

Ｃ方向をそれぞれ測定した。またこのグラファイトブロ
ック６の密度は２．２０であった。そしてまた測定方法
は４端子法を用いた。表５はその電気伝導度を示す。

表３ 表５から明らかなように、このグラファイトブロックは
へ方向のみに高い電気伝導性を有しており、Ａ軸に対し
て垂直方向のＢ、Ｃは均質でへ方向より低い電気伝導性
を有している。

なお、上記各実施例においては、グラファイト層間の剥
離を避けるため、原料フィルム、あるいは高分子フィル
ムを熱処理することにより得られる炭素質フィルムがわ
ざと互いにきれいに平行に重ならないようにする方法と
して、第】図（ａ）に示すように、るつぼ２内に長いフ
ィルム１を褶曲させて押し込む、すなわち折り畳むよう
に入れて加圧焼成する方法や、短冊状、あるいは繊維状
に切断したフィルムをるつぼ内に一軸方向に配向するよ
うに並べ、加圧焼成する方法について述べたが、これ以
外に、例えば人工的にしわ、あるいは折り目を有する複
数枚の高分子フィルムを積層して加圧焼成する方法もあ
り、この方法においても上記実施例と同様の効果が得ら
れるものである。

また上記高分子フィルムを構成する高分子材料は、−Ｃ
的には難グラファイト材料に属し、たとえ３０００℃の
高温に加熱しても良質のグラフ１イトに転化されること
はないと考えられてきた。しかしながら、最近の研究の
結果、高分子材料のいくつかは適当な熱処理をすること
によって良質のグラファイトに転化されることがわかっ
てきた。それらの高分子材料としては、ポリオキサジア
ゾール、芳香族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリベ
ンゾイミダゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリベン
ゾオキサゾール、ポリチアゾール、ポリパラフェニレン
ビニレン等があげられ、そしてこれらの高分子材料によ
り構成された高分子フィルムは本発明に有効に使用する
ことができるものである。

ここで各種ポリオキサジアゾールとはポリバラフェニレ
ン−１，３，４−オキサジアゾールおよびそれらの異性
体を言う。

また各種芳香族ポリイミドとは下記の一般式で表される
ポリイミドである。

（以下余白２ １１］ｌ ＣＣ である。

そしてまた芳香族ポリアミドとは下記の一般的で表され
るボリミアドである。

−ｎＲ，−Ｃ Ｎ−Ｒ，−Ｎ−Ｃ）−− である。

しかし、本発明はこれらのポリイミド、ポリアミドに限
定されるものではなく、また、本発明の製造方法は高温
での熱処理によって良質のグラファイトを生じるような
高分子フィルムに対しても同様に適用することが可能で
ある。

また本発明の製造方法では出発原料として４００μｍ以
下の厚さを有するフィルムが用いられる事が望ましい。

それは４００μｍ以上の厚さを存する原料を用いた場合
には、本発明の製造方法によってもフィルム内部から発
生するガスのためにフィルムの内部構造が破壊されて配
向性のグラファイトブロックを得る事が困難となるため
である。

発明の効果 上記実施例の説明から明らかなように、本発明のグラフ
ァイトブロックは、グラファイト結晶の（００１）面を
層状を保ちながら褶曲させ、かつその褶曲を同一面内の
みに限ることにより、一つの軸方向に直線的な構造をも
たせ、またグラファイトブロックの製造方法としては、
しわ、あるいは折り目を有する複数枚の高分子フィルム
を積層して加圧焼成するか、あるいは長いフィルムを折
り畳むようにして加圧焼成し、さらに他の製造方法とし
て短冊状、あるいは繊維状に切断された高分子フィルム
を一軸方向に配向するように並べ、加圧焼成するように
しているため、グラファイトが持つ優れた熱伝導性や電
気伝導性を損なうことなく、機械的強度も優れたものを
得ることができ、その結果、このグラファイトブロック
は、高い熱伝導性、高い電気伝導性を必要とする構造材
料用ブロックとじｔ広く使用することができ、特に核融
合炉等の内壁材として最適となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した物で、（ａ）は等力
無鉛製のるつぼに長いフィルムを折り畳むように入れて
いる状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の製造方法によ
り得られたグラファイトブロックの斜視図、第２図は本
発明の他の実施例を示したもので、（ａ）は等力無鉛製
のるつぼに短冊状、あるいは繊維状に切断したフィルム
を入れている状態を示す斜視図、［有］）は（（転）の
製造方法により得られたグラファイトブロックの斜視図
である。 １．４・・・・・・フィルム、２．５・・・・・・るつ
ぼ、３６・・・・・・グラファイトブロック。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名フィルム ３フ１１ グラフアイドブΩ９り

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）グラファイト結晶の（００１）面を層状構造を保
   ちながら褶曲させ、かつその褶曲を同一面内のみに限る
   ことにより、一つの軸方向に直線的な構造をもたせたグ
   ラファイトブロック。
2. （２）しわ、あるいは折り目を有する複数枚の高分子フ
   ィルムを積層して加圧焼成するか、あるいは長いフィル
   ムを折り畳むようにして加圧焼成することを特徴とする
   グラファイトブロックの製造方法。
3. （３）短冊状、あるいは繊維状に切断された高分子フィ
   ルムを一軸方向に配向するように並べ、加圧焼成するこ
   とを特徴とするグラファイトブロックの製造方法。
4. （４）高分子フィルムが、ポリオキサジアゾール、芳香
   族ポリイミド、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾ
   ール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾ
   ール、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンの
   中から選択された少なくとも１種類である請求項２また
   は３記載のグラファイトブロックの製造方法。
5. （５）加圧焼成処理を２０００℃以上の過熱領域で２０
   ｋｇ／ｃｍ＾２以上の圧力下で行った請求項２または３
   記載のグラファイトブロックの製造方法。