JPS62162613A - 等方性高密度炭素材の製造方法 - 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１Ｍ子炉用黒鉛材、放電加工用電極材、機械用
軸受材、治具材などに利用される等方性高密度炭素材の
製造方法に関するものである。

本発明の製造法によって得られる等方性高密度炭素材は
、電気抵抗が低く、切削加工が容易で、不純物が少なく
、微細組織であるなどの多くの利点を備えている。

従来の技術 等方性高密度炭素材の製造方法は、従来、石炭系、石油
系のアモルファスコークスあるいは黒鉛粉を粒径１ｏｐ
ｓ程度に粉砕したものを骨材とし。

これにバインダーピッチなどのバインダーを添加し、混
練、再粉砕した後、成型、焼成し、さらに必要に応じて
含浸、再焼成を行ない、その後高温で炭化もしくは黒鉛
化する方法が一般的である（特開昭５１−５０３１４号
、特開昭５２−１０８４１２号）。

この様に製造された炭素材の組織の大きさは、原料とな
る骨材の粒度によって決まる。したがってこの方法を用
いて微細組織の炭素材又は黒鉛材を得るためには、骨材
の粉砕粒度を小さくする必要があり、骨材に微細組織の
コークスを用いる方法が考えられている０石炭系や石油
系のピッチは、そのまま炭化しても微細組織のコークス
とはならない為に、種々の方法により組織の微細化が行
なわれている。

例えば、■ピッチにＮｉ、　Ｃｏ、Ｍｏなどの金属また
はその酸化物を添加して加熱する方法（特開昭５４−９
２５９０号）、■ピッチを空気酸化する方法（特開昭４
９−１９３号）などがあるが、■の方法では。

得られたコークス中に金属が残存し、焼成による炭化も
しくは黒鉛化時に飛散するので、環境上好ましくない、
■の方法では、高温度で長時間空気吹込みを行なうと、
部分的な燃焼が起こり、これを原料として炭素材を製造
した場合、組織にむらが出来るなどの問題点がある。

一方、バインダーを用いないで等方性炭素材を製造する
方法も知られている。その−例がピッチの熱処理時に析
出してくるメンフェース球晶を抽出して用いるメンカー
ボンマイクロビーズ法（４′Ｆ公昭５０−３９ｆｉ３３
号、特公昭８０−２５３８４号）であるが、この方法で
はピッチを加熱し過ぎると球晶が合体成長し、使用不可
能となる。したがって球晶の発生温度以上、合体成長す
る温度以下で熱処理せねばならず、困難な温度制御を必
要とするばかりでなく、一度だけの抽出では球晶は約２
０％の収率しがなく、抽出後の残ピッチを再加熱し球晶
を発生させ、抽出するという操作をくり返し行なう事で
収率を上げるために、工程数が多くなりコストがかかる
。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、簡易かつ安価な方法で、不純物の少ない、均
一な微細組織よりなる等方性高密度炭素材の製造法を提
供するものである。すなわち、本発明の目的は、製品の
製造段階で焼成して炭化もしくは黒鉛化する際に、有毒
な元素を外部に放散することなく、製品中の組織にむら
のない、均質な微細ｍ織よりなる等方性高密度炭素材を
簡易な方法で安価に製造することにある。

本発明の方法によって製造された等方性高密度炭素材は
、黒鉛化性が高く、電気抵抗が低く、切削性が良いこと
から各種用途に用いることができる。

問題点を解決するための手段 本発明は、石炭系、及び／又は石油系のピッチを原料と
して、等方性高密度炭素材を製造するにあたり、キノリ
ン不溶分を実質的に含まないピッチ１００重量部に対し
て、平均粒径が５Ｂｍ以下の易黒鉛化性炭素微粉１０〜
７０重量部を添加した後、炭化してコークスとし、該コ
ークス粉を粉砕後バインダーを用いるか用いることなく
成型し、常法により焼成して、炭化もしくは黒鉛化する
ことを特徴とするものである。

原料ピッチと易黒鉛化性炭素微粉の混合物をコークス化
する際の条件と、バインダーの使用の有無により、最終
の炭素材製品を得るためには以下のいずれかの方法を採
用することができる。

（’ｌ）ピッチと易黒鉛化性炭素微粉の混合物を、７８
０ｍｍＨｇ程度の常圧以下の圧力、５５０℃未満の温度
で熱処理を行ない、ピッチ成分を含むコークスを製造し
、次いで該コークスを粉砕し、バインダーを用いること
なく成型した後、常法により焼成して炭化もしくは黒鉛
化する。

■ピッチと易黒鉛化性炭素微粉の混合物を、常圧下に５
５０°Ｃ以上で炭化してピッチ成分をほとんど含まない
コークスを製造し、次いで該コークスを粉砕し、バイン
ダーを添加して混捏し、この混捏物を再粉砕後成型し、
常法により焼成して炭化もしくは黒鉛化する。

本発明は前述のような方法により、均質な微細組織より
なる等方性高密度炭素材を製造することができる。

作用 以下に本発明について詳細に説明する。

石油系あるいは石炭系のピッチは、普通数パーセントの
キノリン不溶分を含んでいる。このキノリン不溶分はピ
ッチ中の′Ｍ＃炭素や灰分よりなるため、ピッチからキ
ノリン不溶分を除去したちのは、灰分を殆んど含まない
ものとなる。

そのため、本発明ではキノリン不溶分を実質的に含まな
いピッチを原料とすることにより不純物の少ない炭素材
を得ることが出来る。

しかしながら、キノリン不溶分を含まないピッチであっ
ても、これをそのまま炭化すると、異方性の強いコーク
スが得られ、等方性の炭素材用の原料としては不適当で
ある。ところが、このキノリン不溶分を含まない原料ピ
ッチ１００重量部に対して、平均粒径が５終謹以下の易
黒鉛化性炭素微粉を１０〜７０重量部添加し、炭化する
ことで、組織の構造単位が数ミクロン以下の微細組織の
コークスを得ることが出来ることを見い出して本発明を
完成したものである。

本発明で用いる易黒鉛化性炭素粉とは、還元雰囲気中で
２６００℃まで加熱した時に、黒鉛結晶構造を有する炭
素のことであり、天然黒鉛や人造黒鉛の様にすでに黒鉛
結晶構造を有しているものの他に、ニードルコークスや
ニードルコークスのグリーンコークスがあり、これらは
熱処理によって黒鉛化が行なわれるものである。

微細組織を有する骨材となるコークスを得るためには、
原料ピッチに、アモルファス炭素やガラス状炭素の微粉
、さらに、カーボンブラックといった難黒鉛化性炭素微
粉を添加した後、炭化することによっても得ることがで
きるが、これらを原料として炭素材を製造した場合、硬
質で電気抵抗の高い炭素材が得られる為に、本発明で目
的とする黒鉛化性が高く、電気抵抗が低く、切削性の良
い炭素材の製造には不適当である。

原料ピッチ１００重量部に対して易黒鉛化性炭素微粉の
添加量が１０重量部未満では、微細組織が得られないか
、もしくは、微細組織と異方性組織とが混在する組織と
なる。また７０重層部をこえると、混合物の粘度が高く
なり混練が困難となる。

易黒鉛化性炭素微粉の平均粒径が５勝層をこえるものを
用いると、７０重量部加えても微細組織は得られない、
したがって上述の様な粒子サイズの易黒鉛化性炭素微粉
を、上述の様な配合比で混合する場合に、望ましい微細
組織が得られる。

原料ピッチと易黒鉛化性炭素微粉とを混合する際には、
用いたピッチの軟化点以上の温度で、ニーグーを用いて
混練し、ピッチ中に微粉を均一に分散させることがよい
、しかしながら、この混線物をそのまま粉砕し成型する
と、揮発分が多すぎる為に、焼成段階で発泡変形して所
定の形状が保てない、そこで、以下のいずれかの方法に
より炭素材製品を製造する。

■混練物を常圧以下の圧力で、５５０″Ｃ未満の温度で
加熱し、揮発分を適当に調整した後、振動ミル、振動ボ
ールミルなどの摩砕が起こる粉砕機で、１００メツシユ
以下の適当な粒度に粉砕し、加圧成型後、コークス粉中
に埋め込み、窒素雰囲気中で１１００°Ｃまで昇温させ
焼成した後、タンマン炉に入れ２６００℃まで加熱して
黒鉛化させることにより製品を得る。

■常圧で５５０°Ｃ以上の温度に加熱して炭化物を得た
後、ｌＯルｍ程度に粉砕し、粉砕物１００重量部に対し
、８０〜１２０重量部のバインダーピッチを加えて成型
後、■と同じ条件で焼成して、炭化もしくは黒鉛化を行
なうことにより製品を得る。熱処理温度が５５０℃をこ
えた場合に、バインダーピッチを加えて成型、焼成を行
なう理由は、この温度をこえて加熱することにより得ら
れた炭化物の組成がキノリン不溶分９８重量パーセント
以上で、コークス化が進みすぎており、バインダーとな
るキノリン可溶分（ピッチ成分）が殆んど残っていない
ため、粒子同志が強固に結合し得ないからである。

上述の製造法により得られた炭素材は、均質な微細構造
より成るもので、高密度を有し、切削加工性に優れた、
等方性黒鉛材であるとともに、製造段階における焼成、
黒鉛化時に有害な元素を外部に放散しないなどの環境上
の利点も具えている。

実施例１ 軟化点が８５℃のキノリン不溶分を含まないコールター
ル系ピッチを粉砕したもの１ｏｏｉ量部に対して、平均
粒径がｌｐ＋ｗの天然黒鉛微粉を２５重量部加え、　１
００℃で１時間、高トルク密閉型二軸混線ニーグーにて
混練した。この際のニーグーの回転速度は３０回転／分
であった。

得られた試料５０ｇを３０鵬ｌφ、３００ｍｍ　Ｌのパ
イレックス酸の管に入れ、常圧下０．５ｔ／ｗｉｎの割
合でＮ２ガスを流しつつ、　１５０°Ｏ／ｈｒの昇温速
度で４９０°Ｃまで加熱した後、３０分間保持し、保持
後すぐに空気中で放冷した。得られた生成物を振動ミル
にて１００メツシユ以下に粉砕したものを、３０ｍｍφ
の円筒形の金型に入れ、５０ｋｇｆ　７ｃｍ２の圧力で
仮成型した後、ラバープレスにて２　ｔｏｎ　／　ｃ＋
ｓ２の圧力で成型した。

これをコークス粉中に入れ窒素雰囲気中で０．０５”Ｏ
／ｌｌ１ｎで８００℃まで、その後１１００℃まで０．
１５℃／ｗｉｎで昇温し、焼成した。その後タンマン炉
にて１０℃／ｗｉｎで２６００℃まで昇温させ１時間保
持して黒鉛化を行なった。黒鉛化品の嵩密度は１．８８
ｇ／ｃｍ３で、曲げ強度は８２０ｋｇｆ　／　ｃ脂２．
ショアー硬度８５、電気比抵抗２４００　ＪＪ−ΩＣｍ
であった。

実施例２ 軟化点が８５℃のキノリン不溶分を含まないコールター
ル系ピッチを粉砕したもの１００重量部に対して、平均
粒径がｌｐｍの天然黒鉛微粉を２５重量部加え、　１０
０°Ｃで１時間、高トルク密閉型二軸混線ニーグーにて
混練した。

得られた試料５０ｇを３０ｍｍφ、　３００ｍｍ　Ｌの
パイレックス酸の管に入・れ、常圧下０．５１／ｒｓｉ
ｎの割合でＮ２ガスを流しつつ、　１５０°０／ｈｒの
昇温速度で５８０℃まで加熱した後１時間保持し、保持
後すぐに空気中で放冷した。

得られた生成物をボールミルにて平均粒径１１７１ｍに
粉砕し、粉砕物１００重量部に対してバインダーピッチ
を６０重量部加え、２４０℃でニーグーを用いて混捏し
、混捏物をボールミルにて再粉砕し、平均粒径が１０Ｊ
ＬＩＩの粉砕物を得た。その後実施例１と同じ条件で成
型、焼成、黒鉛化を行った。黒鉛化品の密度は、１．８
３　ｇ　／　ｃｍ３．曲げ強度８１０ｋｇｆ／　ａｍ２
．ショアー硬度８０、電気比抵抗２２００痔ΩＣａ＋で
あった。

比較例１ 軟化点が８５℃のキノリン不溶分を含まないコールター
ル系ピッチを粉砕したちの１００重量部に対して、カー
ボンブラック（ＦＥＦ）を２５重量部加え、１００°Ｃ
で１時間、高トルク密閉型二軸混練ニーグーにて混練し
た。ニーグーの回転速度は３０回転／分であった。

得られた試料５０ｇを、３０ｍｍφ、３００ｍｍ　Ｌの
パイレックス酸の管に入れ、２１１１ＩＩＨｇの減圧下
で、１５０”Ｏ／ｈｒの昇温速度で、室温から４８０’
０まで加熱した後、すぐに空気中で放冷した。

実施例１と同じ条件で粉砕、成型、焼成、黒鉛化を行っ
た。黒鉛化品の密度は１．８２ｇ／ｃｍ３で、曲げ強度
９００ｋｇｆ／　ｃｍ２、ショアー硬度９８、電気比抵
抗は４６００　ｇΩＣｍであった。実施例と比較例を比
べればわかる様に、原料ピッチに天然黒鉛の様な黒鉛質
の微粉を入れて製造した黒鉛材はカーボンブラックの様
な難黒鉛化質の物質を入れて製造した黒鉛材よりも、電
気比抵抗が約半分も低い。

製品の硬度が低い程、切削加工性が良いが、ショアー硬
度の値かられかる様に、天然黒鉛を加えて製造した製品
の硬度は、カーボンブラックを加えて製造した製品の硬
度より低く、切削加工性に優れていることがわかる。

発明の効果 本発明によると、原料ピッチに易黒鉛化性炭素微粉を加
えるといった簡単な操作で黒鉛材製造工程における焼成
、黒鉛化時に、有害な元素を外部に放散することなく製
品を得ることが出来る。更に得られた製品は均一な微細
組織より成り、電気抵抗が低く、切削加工しやすく、不
純物が少ない等の多くの優れた点を具えた等方性高密度
黒鉛材である為に、各種用途の黒鉛材に適用できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）キノリン不溶分を実質的に含まないピッチ１００
   重量部に対して、平均粒径が５μｍ以下の易黒鉛化性炭
   素微粉を１０〜７０重量部添加した後、炭化してコーク
   スとし、該コークスを粉砕後バインダーを用いるか用い
   ることなく成型し、常法により焼成して炭化もしくは黒
   鉛化することを特徴とする等方性高密度炭素材の製造方
   法。
2. （２）ピッチと易黒鉛化性炭素微粉の混合物を、常圧以
   下の圧力、５５０℃未満の温度で炭化してコークスとし
   、該コークスを粉砕後バインダーを用いることなく成型
   し、焼成して炭化もしくは黒鉛化する特許請求の範囲第
   （１）項記載の製造方法。
3. （３）ピッチと易黒鉛化性炭素微粉の混合物を、常圧、
   ５５０℃以上の温度で炭化してコークスとし、該コーク
   スを粉砕後バインダーを用いて成型し、焼成して炭化も
   しくは黒鉛化する特許請求の範囲第（１）項記載の製造
   方法。