KR100299462B1

KR100299462B1 - 내산화성이우수한흑연성형체

Info

Publication number: KR100299462B1
Application number: KR1019980056603A
Authority: KR
Inventors: 박세민; 홍기곤
Original assignee: 홍상복; 포스코신기술연구조합; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2001-09-12
Also published as: KR20000040861A

Abstract

본 발명은 흑연성형체에 관한 것으로, 그 목적은 흑연골재의 표면을 용매 가용성 의 액상 보론 화합물로 피복하여 흑연성형체의 내산화성을 크게 개선시키고 나아가 성형체내에 원료물질의 균일한 혼합도 유도할 수 있는 흑연성형체를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은, 흑연분말과 결합제로 이루어지는 흑연성형체에 있어서, 상기 흑연분말 100중량%에 대하여 용매가용성 보론화합물:1-20중량%를 포함하여 조성되는 내산화성이 우수한 흑연성형체에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

내산화성이 우수한 흑연성형체{FORMED GRAPHITE WITH excellent OXIDATION RESISTANCE}

본 발명은 흑연성형체에 관한 것으로, 상세하게는 흑연골재의 표면을 용매 가용성 의 액상 보론 화합물로 피복하여 흑연성형체의 내산화성을 크게 개선하고 나아가 성형체내에 원료물질의 균일한 혼합도 유도할 수 있는 흑연성형체의 조성에 관한 것이다.

탄소재료는 다른 세라믹 재료나 금속재료에 비해, 우수한 전기적, 열적, 기계적 성질을 지니고 있는 재료로서, 반도체 및 우주항공산업에서 철강산업에 이르기까지 고온부위의 내열재료로써 폭넓게 사용되고 있는 재료이다. 이러한 탄소재료(흑연성형체)는 흑연분말과 결합제로 조성되는데, 이들의 배합비는 결합제 약 2∼10중량% 나머지 흑연분말로 조성된다. 흑연분말은 천연흑연과 인조흑연으로 분류되며, 천연흑연으로는 크게 토상흑연과 인상흑연으로 나눌 수 있다. 그리고, 인조흑연으로는 하소석유크크스, 하소 무연탄 등이 있다. 결합제로는 콜타르, 콜타르피치, 합성수지(페놀, 퓨란, 에폭시 등) 등이 있다.

탄소재료는 우수한 특성에 비해 산화반응에 대한 저항성은 열등하기 때문에 탄소재료의 내산화성을 개선하는데 연구가 집중되고 있다. 이러한 연구들로는 탄소재료 표면에 CVD 등에 의한 방법으로 SiC 와 같은 탄화물이나 천이금속등의 산화방지층을 형성시키거나, 분말상태의 산화방지제를 첨가하여 혼합하는 내산화성을 개선하는 방법등이 주류를 이루고 있다. 표면에 코팅층을 형성시키는 방법은 고가의 장비를 사용하여야 하므로 일반 내화물이나 단열재와 같은 내열재료로 사용하는데는 가격상의 한계가 있다. 또한, 고상의 분말을 혼합하는 방법에 있어서는 산화방지제 분말의 균일한 혼합을 기대하기 어렵다.

따라서, 최근에는 금속 유기화합물이나 금속염등을 액체상태로 하여 흑연성형체의 표면에 코팅하는 방법(일본 공개특허공보 평10-226573호)이 제안되었지만, 이들은 원료가 매우 고가라는 약점과 더불어 표면에 코팅층의 쉽게 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명자들은 흑연골재와 산화방지제의 균일한 혼합을 위해서는 저렴한 원료를 사용하여 고체간의 상호 혼합이 아닌, 액상의 산화방지제를 성형체내에 개재시켜 흑연골재를 피복시킬 필요성을 인식하고, 본 발명을 제안하게 이르렀다.

본 발명은 기존 탄소재료의 산화방지제의 혼합을 성형체내에서 고체-액체간의 혼합으로 개선하여, 저렴한 가격으로 흑연과 산화방지제의 혼합을 보다 균일하게 행함으로써, 탄소재료의 산화방지효과를 극대화하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흑연성형체는, 약 2∼10중량%의 결합제와 나머지 흑연분말로 조성되는 흑연성형체에 용매가용성 보론화합물을 상기 흑연분말 100중량부에 대해 추가로 1-20중량부 첨가한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 결합재와 함께 액상의 산화방지제를 흑연성형체의 원료로 이용하여 성형체내에서 산화방지제의 균일혼합효과를 극대화함과 동시에 성형체내에 결합재와 흑연분말를 더욱 균일하게 분포시키는데, 그 특징이 있다. 이러한 본 발명의 흑연성형체는 (a)흑연분말골재와 (b)결합제로 이루어지는 흑연성형체에 (c)용매 가용성 보론화합물:흑연분말에 100중량부에 대해 1-20중량부 추가로 함유시켜 조성되는 것으로, 이를 다음이하에 세분하여 설명한다.

(a)흑연분말 골재는 통상의 흑연성형체에 이용되는 것이면 가능하다. 흑연은 천연흑연(인상흑연, 토상흑연)과 인조흑연으로 구분할 수 있다.

(b)결합제는 흑연분말을 결합시키는 역할을 하는 것으로, 고상 또는 액상의 결합제가 이용되는데, 통상의 흑연성형체에 이용되는 것이면 가능하다. 결합제로는 콜타르, 콜타르피치, 합성수지(페놀, 퓨란, 에폭시 등) 등이 있다. 결합제의 혼합량은 통상의 범위로 관리하면 되는데, 보통 결합제 2∼10중량% 나머지 흑연분말로 조성된다.

(c)본 발명의 산화방지제는 일반적으로 탄소재료의 산화방지제로 많이 사용하는 보론산화물(B₂O₃)의 형태가 아니라, 물 혹은 알코올등의 용매에 용해시킨 액체상태의 보론화합물을 이용한다. 이러한 보론화합물로는, 보론산(H₃BO₃, 붕산) 또는 염화보론(B₂Cl₄)을 예로 들 수 있다. 본 발명에 따라 혼합되는 보론화합물의 양은 1-20중량부로 하는 것이 바람직한데, 이는 1중량부미만의 극소량으로 할 경우에는 산화방지의 효과가 충분히 발휘될 수 없으며, 20중량부 이상의 양을 첨가하게 되면 소성시 보론화합물의 분해(예 보론산의 경우 2H₃BO₃→ B₂O₃+ 3H₂O)에 의해 형성되는 기공에 기인한 소성체 표면의 유효 반응면적이 크게 증가하여 산화방지 효과가 크게 떨어질 수가 있다.

상기와 같이 원료을 혼합하고 통상의 방법대로 성형한 다음, 소성하면 흑연 성형체가 제공되는데, 이 흑연성형체내에는 산화방지제가 균일하게 분포함과 동시에, 혼합물의 점도를 낮추어 결합재와 흑연골재 분말이 균일혼합되어 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해서 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

인상흑연(순도: 99%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 상기 인상흑연 100중량부에 대해 5중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 10%의 산화에 의한 중량감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 18%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 2]

인상 흑연(순도: 99%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 3중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 12%의 산화에 의해 중량 감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 18%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 3]

인상 흑연(순도 : 99%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 1중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 11%의 산화에 의한 중량 감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 18%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 4]

인상흑연(순도: 98%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 5중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 15%의 산화에 의한 중량 감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 20%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 5]

인상흑연(순도: 98%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 3중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 13%의 산화에 의한 중량감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 20%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 6]

인상흑연(순도 : 98%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 1중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃ 를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 12%의 산화에 의한 중량감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 20%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 7]

인상흑연(순도: 85%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 3중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 18%의 산화에 의한 중량감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 26%의 중량감소를 나타내었다.

[실시예 8]

인상흑연(순도: 85%) 분말에 페놀계 수지를 결합재로 5중량% 첨가하고, 혼합시 에틸 알코올에 용해시킨 보론산을 인상흑연 100중량부에 대해 1중량부 첨가하여, 180℃에서 열처리한 성형체를, 대기분위기, 1000℃를 유지하고 있는 로에서 1시간 동안 산화시킨 결과 15%의 산화에 의한 중량 감소를 나타내었다. 산화방지제를 첨가하지 않은 동일한 공정으로 제조한 흑연성형체의 경우에는 26%의 중량감소를 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 산화방지제를 성형체내에 개재시켜 액상으로서 흑연골재를 피복함으로써 흑연성형체의 산화방지 효과를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

2∼10중량%의 결합제와 나머지 흑연분말로 이루어지는 흑연성형체에 있어서,

상기 흑연분말 100중량부에 대하여 용매가용성 보론화합물:1-20중량부를 추가로 포함하여 조성됨을 특징으로 하는 내산화성이 우수한 흑연성형체.
제 1항에 있어서, 상기 보론화합물은 보론산 또는 염화보론의 그룹에서 선택된 1종임을 특징으로 하는 흑연성형체.