JPS59131576A - 耐酸化性高強度炭素材 - 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】 本発明は、耐酸化性の優れた高強度炭素材に関するもの
である。さらに詳しくいえば、本発明は生コークスを主
体とし、これに炭化ホウ素と炭化ケイ素を配合した均一
混合物を焼結した耐酸化性高強度炭素材に関するもので
ある。

炭素材は高温強度、耐熱衝撃性、高熱伝導性、良導電性
、低熱膨張性等多くの優れた特性を有する材料であるが
、高い温度条件下で酸化されやすいという大きな欠点が
ある。例えば炭素材を大気中で加熱すると、３００℃付
近から酸化され始め、６００℃以上で急速に酸化が進行
する。とのため、炭素材は優れた高温特性を有するにも
かかわらず、高温下での使用は非酸化雰囲気下に限られ
大気中では使用することができなかった。

このような炭素相のもつ欠点を改良１〜、耐酸化性を向
上するために、これ捷でリン酸化合物を含浸させる方法
、ガラス皮膜形成成分を含浸させたりコーティングする
方法、炭素又は黒鉛に炭化ケイ素とケイ素鉄を配合する
か、あるいは炭化ケイ素とケイ酸を主体とするケイ酸質
結合剤を配合する方法などが提案されている。しかし寿
から、リン酸化合物を含浸させる方法は、炭素材の酸化
開始温度をせいぜい１００〜２００℃程度上昇させる方
法であり、抜本的な解決手段とはならない。まだガラス
皮膜形成成分を含浸又はコーティングすれば炭素材の耐
酸化性はかなり改善されるが、これは炭素材の表面に形
成されるガラス皮膜に依存するため、コーティングのむ
ら、皮膜の損傷や炭素材とガラス皮膜との熱膨張係数の
差に起因する剥離などにより酸化が局部的に進行するお
それがあり、安定した効果は期待できない。さらに、炭
素又は黒鉛に炭化ケイ素その他の結合剤を配合する方法
では、かなり＃Ｉ酸化性が改善されるとはいえ、またそ
の効果は不十分であり、例えば空気中９００℃において
５時間加熱すると１０〜３０％の酸化消耗を生じる上に
、結合剤を使用するだめに、焼結体のち密化が妨げられ
、強度の低下を免れない。

このように、これまで耐酸化性を根本的に改善した炭素
相は知られていない。

他方、本発明者らは、先にコークス粉末にセラミックス
粉末を加えたものを加圧成形し焼結することにより炭素
−セラミックス複合材を製造する方法を開発した（ｆｉ
−開昭５６−１４００７５号公報）。

この方法に従えばコークスに対し比較的多量の炭化ホウ
素、炭化ケイ素又はアルミナを配合し、焼結することに
より、高強度の複合拐を得ることができるが、このもの
は高温での耐酸化性が低く、例えば１０００℃で５時間
加熱すると５％又はそれ以上の酸化減量が認められる。

本発明者らは、このような事情に鑑み、耐酸化性の優れ
た炭素材を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、炭化ホウ
素と炭化ケイ素との特定の割合の混合物を生コークスに
配合し焼結すれば意外にも著１〜く耐酸化性が向上する
ことを見出［−１この知。

見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、生コークス粉末を主体とし、これ
に炭化ホウ素粉末と炭化ケイ素粉末とを配合した均一な
粉末混合物の焼結体から異る耐酸化性高強度炭素材を提
供するものである。

本発明で用いる生コークスは、６００１Ｃ以下の比較的
低温で製造された揮発分を有するコークスで、石油系、
石炭系又は樹脂系のいずれでもよいが、特に高強度の製
品を得るには４重量係以上の残留揮発分を含むのが打首
しい。

この生コークスに配合される炭化ホウ素粉末と炭化ケイ
素粉末は、両者の重量比が１１ないし４．１好ましくは
７°３付近になるような割合で用いられる。この炭化ホ
ウ素及び炭化ケイ素の代シに焼結により結果的に炭化ホ
ウ素や炭化ケイ素に変換しうる物質例えば酸化ホウ素や
酸化ケイ素を用いることもできる。

炭化ケイ素の割合がこれよりも少ない場合及びこれより
も多い場合には、十分な耐酸化性を得ることができない
。

また、生コークス粉末と、炭化ホウ素粉末及び炭化ケイ
素粉末の混合物との配合比は、容量比で前者が５０〜９
５％、後者が５０〜５％の範囲重量比で前者が６５〜９
０係、後者が３５〜１０％の範囲内で選ばれる。

これらの成分は、体積平均粒径２５１１ｍ以下、打首し
くは５μｍ以下の粉末として用いられる。

本発明の耐酸化性高強度炭素材は、例えば生コークス粉
末に、炭化ホウ素粉末と炭化ケイ素粉末の所定量を加え
、十分に摩砕処理することにより、粘結性、焼結性を発
生させたのち、成形し、不活性雰囲気中、１０００℃以
上の温度で焼結することによシ製造することができる。

本発明は、気孔発生の原因となる結合剤などの添加物を
用いずに、摩砕により生じるメカノケミカル効果を利用
して焼結性を発生させるだめ、焼結後の気孔率がきわめ
て低く、しかも高い強度のものとなる。

本発明の炭素材は、従来の人造黒鉛に近い電気比抵抗を
有し、かつ数倍ないし１０倍大きい強度。

を有している。また、一般の炭素材がｓｏｏ　℃、１時
間で約６５〜８５重量％、２時間で１．００重゛′Ａ−
係の酸化消耗を示すのに対し、本発明の炭素相は８００
℃、５時間で１重量係以下の酸化消耗を示すにすぎない
。

このように、本発明の炭素ｆＡは、高強度、優れた耐酸
化性に加えて、炭素材本来の特徴である高温強度、耐熱
衝撃性、高熱伝導性、良導電性、低熱膨張性等の好まし
い特性を有するので、各種機械部品材料、窯業用材料、
化学工業用耐食材料、電気電子部品材料として有用であ
る。

次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例 約５００℃で製造した生石油コークス（揮発公約１０重
量係）を振動ボールミルで１時間粉砕し、見掛は比重］
、　、　３５　ｆ　／ｃｎｆ　　の粉末としだ。

このコークス粉末に、炭化ホウ素粉末（平均粒径１μｍ
）と炭化ケイ素粉末（平均粒径１μｍ）とを次表に示す
割合で加え、らいかい機で５時間摩砕混合した。このよ
うにして得られた平均粒径３μｍの混合粉末を、２　ｔ
　／　ｃｒＡの圧力で成形したのち、不活性雰囲気中、
２０００℃において１時間焼成した。このようにして得
られた焼結体の物性を次表に示す。

なお、従来知られている人造黒鉛の物性はかさ密度１　
、５〜１．８　ｆ　／　７、曲げ強度１５０〜３００　
ｈ／ｃｒｌ、電気比抵抗０．８〜１．２Ｘ１０”Ω・口
であるから、本発明の焼結体が優れた性質を有すること
が分る。

参考例 実施例で得だ焼結体を７　Ｘ　７　Ｘ　５　ｍｍの大き
さに切り出し、あらかじめ８００℃又は１０００℃に加
熱した内径３５ｍｍの電気炉に入れ、空気を２ｔ／分の
割合で導入しながら加熱した。所定時間経過後試別を取
り出し酸化減量を測定した。その結果を第１図（８００
℃）及び第２図（１０００℃）に示す。

なお比較のために、第１図には人造黒鉛（破線）及びカ
ラス含浸炭素材鏝柳についての結果も併記した。

これらの図から明らかなように、本発明の炭素Ａ詞はい
ずれも８００℃、５時間での酸化減量は１重量％以下で
あり、捷た扁２及び扁３は１０００℃、５時間において
も２重量％以下であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の炭素利及び公知の炭素材の８００℃
における酸化減量を示すグラフ、第２図は本発明の炭素
材の１０００℃における酸化減量を示すグラフである。 特許出願人　　工業技術院長　石板誠−（ほか１名ン 復代理人　阿　形　　　明 第１図 第２図 手続補正書 昭和５８年１０月２υ日 特許庁長官　若　杉　和　夫　　殿 １事件の表示 昭和５８年特許願第６８６３号 ２発明の名称 耐酸化性高強度炭素材 ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 （１］、　４．　）工業技術院長　用田裕部（ほか１名
）４指定代理人 佐賀県鳥栖市宿町字野々下８０７番地１工業技術院九州
工業技術試験所長　林　煩−５復代理人 東京都港区新橋２丁目２番２号川志満・邦信ヒル８階６
、補正命令の日付 Ｉ４Ｊ」卸１１：の発明の詳細な説明の欄９補正の内容 （１）明細書第５ページ第１４行〜１６行目の「重量比
で前者が６５〜９０％、後者が３５〜１０％の範囲」を
削除し捷す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】　生コークス粉末を主体とし、これに炭化ホウ素粉末
   と炭化ケイ素粉末とを配合した均一な粉末混合物の焼結
   体から成る耐酸化性高強度炭素材。 ２　炭化ホウ素粉末と炭化ケイ素粉末との重量比が１１
   ないし４゛１の範囲内である％許請求の範囲第１項記載
   の面１酸化性高強度炭素材。 ３　粉末混合物中の生コークス粉末の割合が５０〜９５
   容量％である特許請求の範囲第１項記載の耐酸化性高強
   度炭素材３゜