KR101532516B1

KR101532516B1 - 흑연 재료의 제조 방법

Info

Publication number: KR101532516B1
Application number: KR1020140088210A
Authority: KR
Inventors: 다케히코 츠네미; 하루오 오타니; 마사타카 가토
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2015-06-29
Also published as: JP2015024943A; JP6097651B2; KR20150014371A

Abstract

본 발명은 내열성, 가공성을 구비하면서 파티클이 발생하기 어려운 흑연 재료를 제공할 수 있다.
흑연 재료는 벌크 밀도가 1.72 내지 1.78g/cm³, 쇼어 경도가 40 내지 65, d002면 간격이 0.3380 내지 0.3387nm, Lc가 20 내지 30nm, 라만 분광법으로 측정되는 피크 강도값의 비, I₁₃₆₀/I₁₅₈₀(R값)이 0.4 내지 0.7이다.

Description

흑연 재료의 제조 방법 {A METHOD OF PRODUCING GRAPHITE MATERIAL}

본 발명은 흑연 재료에 관한 것이다.

흑연 재료는 높은 내열 온도를 갖고, 4가이기 때문에, 이온 주입 장치, 에피택셜 성장 장치, 단결정 취출 장치 등의 반도체 제조 장치의 구조 부재, 부품 등으로서 사용된다. 그러나 흑연은 6방정계의 결정 구조를 갖고 있고, 반데르발스력으로 결합되는 c축 방향은 박리하기 쉬워 흑연 입자의 비산의 원인이 되고 있었다. 흑연 입자가 비산하면, 흑연에 포함된 불순물이 함께 비산하거나, 파티클의 원인이 되어, 고순도이면서 미세한 가공을 필요로 하는 반도체 산업에서는 문제가 되고 있다.

이러한 과제에 대하여, 특허문헌 1에서는, 흑연을 포함하는 기재부와, 이 기재부의 표면에 피복된 코팅막으로 이루어지며, 상기 코팅막은 열 분해 탄소에 의해 형성되어 있는 이온 주입 장치용 카본 재료(흑연 재료)가 제안되어 있다.

일본 특허 공개 (평)8-171883호 공보

그러나 특허문헌 1에 기재된 흑연 재료는, 코팅층으로 흑연 재료의 표면을 덮은 재료이며, 표면이 소모되면 원래의 흑연 입자가 비산하기 쉬운 표면이 노출된다. 또한, 소정의 형상으로 하기 위해 가공을 하면, 새로운 표면이 노출된다. 이 때문에 코팅층의 형성은 가공 후에 행할 필요가 있지만, 코팅 후의 가공은 제약 조건이 많아, 흑연 재료를 이용한 구조 재료 및 부품의 사용 방법이 제한된다.

본 발명은 내열성, 가공성을 구비하면서 용이하게 세정할 수 있으며, 가공하여도 파티클이 발생하기 어려운 흑연 재료를 제공한다.

본 발명의 흑연 재료는 벌크 밀도가 1.72 내지 1.78g/cm³, 쇼어 경도가 40 내지 65, d002면 간격이 0.3380 내지 0.3387nm, Lc가 20 내지 30nm, 라만 분광법으로 측정되는 R값이 0.4 내지 0.7이다.

본 발명의 흑연 재료의 한 양태로서 예를 들면, 고유 저항이 1.2 내지 1.8mΩcm이다.

본 발명의 흑연 재료의 한 양태로서 예를 들면, 열팽창계수가 3.5 내지 4.5×10^-6/℃이다.

본 발명의 흑연 재료의 한 양태로서 예를 들면, 상기 R값이 0.6 내지 0.7이다.

본 발명의 흑연 재료에 따르면, 내열성, 가공성을 구비하면서, 가공하여도 파티클이 발생하기 어려운 흑연 재료를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 의한 흑연 재료의 제조 방법의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 의한 흑연 재료의 제조 방법의 혼련 공정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서의 혼련 장치의 내용물의 온도 그래프이다.

이하, 본 발명의 한 실시 형태에 대해서 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

본 명세서에서 메디안 직경이란 50％ 부피 누적 직경을 나타내고, 경이란 직경을 나타낸다.

본 명세서에서 점결성이란, 특히 석탄 및 탄소계 재료에 사용되는 용어로, 연화 상태를 거쳐 탄화할 수 있는 성질을 나타내며, 연화 상태에서는 점착성을 갖기 때문에 서로 결합할 수 있다.

본 명세서에서 "바인더 피치"란, "피치"에 포함된다. 바인더 피치란, 혼련, 혼합시에 첨가할 목적으로 사용하는 피치를 나타내고 있다. 그 밖에도, 피치에는 함침을 위해 사용되는 함침 피치 등도 있다. 함침 피치이거나 바인더 피치이거나 피치로서는 동일한 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 흑연 재료는, 기본적으로 이하의 (1) 내지 (5)의 요건을 구비한다.

(1) 벌크 밀도: 1.72 내지 1.78g/cm³

(2) 쇼어 경도: 40 내지 65(JIS Z 2246)

(3) d002면 간격: 0.3380 내지 0.3387nm(CuKα선을 이용한 X선 회절법)

(4) Lc: 20 내지 30nm(CuKα선을 이용한 X선 회절법의 d002의 반치폭에 의해 산출되는 c축 방향의 결정자의 크기)

(5) R값(피크 강도값의 비): 0.4 내지 0.7(=I₁₃₆₀/I₁₅₈₀: 라만 분광법에 의한 측정)

(1)의 벌크 밀도는 재료의 부피, 질량을 측정, 산출하여 얻어지는 일반적인 것이다. 또한, (3)의 d002면 간격 및 (4)의 Lc는 표준 실리콘을 기준으로 이용하여 측정되는 것이다(탄소 1963 No36 P25 내지 34, 일본 학술진흥회 117위원회 「인조 흑연의 격자상수 및 결정자 크기의 측정법」 참조).

또한 흑연 재료는, 예를 들면 이하의 (6), (7)의 요건을 구비한다.

(6) 고유 저항: 1.2 내지 1.8mΩcm(전압 강하법)

(7) 열팽창계수: 3.5 내지 4.5×10^-6/℃(측정 범위: 50 내지 400℃; 측정기는 압봉식 열기계 분석 장치)

R값이란, 라만 분광법에 의해 측정되는 피크 강도값의 비이고, I₁₃₆₀/I₁₅₈₀으로 표시된다. I₁₃₆₀은 1360cm^-1의 강도값이고, I₁₅₈₀은 1580cm^-1의 강도값이다.

본 발명의 흑연 재료는, 벌크 밀도가 1.72 내지 1.78g/cm³인 것이 바람직하다. 벌크 밀도가 1.72g/cm³ 이상이면, 충분한 강도를 구비하고, 구조 부재, 부품으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 벌크 밀도가 1.78g/cm³ 이하이면, 적절히 기공을 갖고 있기 때문에 가공시에 큰 균열로 이어지기 어려워, 목적으로 하는 형상의 구조 부재, 부품을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 흑연 재료는, 쇼어 경도가 40 내지 65(JIS Z 2246)인 것이 바람직하다. 쇼어 경도가 40 이상이면 충분한 강도를 구비하고, 구조 부재, 부품으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 쇼어 경도가 65 이하이면 절삭성이 양호해져 용이하게 가공할 수 있다.

본 발명의 흑연 재료는, d002면 간격이 0.3380 내지 0.3387nm인 것이 바람직하다. d002면 간격은 흑연화도와의 상관성이 높으며, d002면 간격이 0.3380nm 이상이면 흑연 결정의 6각 망면의 넓이가 작기 때문에, 결정이 박리되기 어려워 파티클의 발생을 적게 할 수 있다. d002면 간격이 0.3387nm 이하이면 충분한 열이력을 받아 흑연화가 진행되고 있기 때문에, 반도체 장치 내에서 흑연화가 진행되지 않으므로, 치수 수축이 없어 바람직하게 이용할 수 있다.

본 발명의 흑연 재료는, c축 방향의 결정자의 크기(Lc)가 20 내지 30nm인 것이 바람직하다. Lc의 크기는 흑연화도와 상관이 있다. Lc가 20nm 이상이면, 충분한 열이력을 받아 흑연화가 진행되고 있기 때문에, 반도체 장치 내에서 흑연화가 진행되지 않으므로, 치수 수축이 없어 바람직하게 이용할 수 있다. Lc가 30nm 이하이면, 흑연 결정의 6각 망면의 적층량이 작기 때문에, 결정이 박리되기 어려워 파티클의 발생을 적게 할 수 있다.

흑연은, 그래파이트 구조에 기인하는 1580cm^-1의 라만 밴드를 갖고 있지만, 구조의 혼란이 커지면 1360cm^-1의 라만 밴드가 인정되게 된다. 이 때문에, 상기 (5)에 있어서의 R값은, 일반적으로 흑연 결정에 구조 상의 흐트러짐이 커지면 엣지면이 많아져 높은 값을 취하게 된다. 본 발명의 흑연 재료에서는, 제조시에 공기 또는 산소를 도입하여, 바인더의 축합을 촉진시키고 있기 때문에 결정의 흐트러짐이 발생하기 쉬워, 라만 분광법으로 측정되는 R값이 0.4 내지 0.7이 되는 결정의 엣지면의 노출이 많은 흑연 재료가 얻어진다. 이 때문에 결정이 박리되기 어렵게 할 수 있어, 파티클이 발생하기 어려운 흑연 재료를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 흑연 재료는 고유 저항이 1.2 내지 1.8mΩcm인 것이 바람직하다. 고유 저항이 1.2mΩcm 이상이면, 특히 유도 가열, 교류의 저항 가열을 이용하는 장치 내에서 유도를 받아 부주의로 인해 발열하기 어렵게 할 수 있다. 고유 저항이 1.8mΩcm 이하이면, 로내에서 대전하기 어렵게 할 수 있기 때문에, 로내의 전계를 안정시킬 수 있어, 안정적으로 조업할 수 있다.

또한 본 발명의 흑연 재료의 열팽창계수는 3.5 내지 4.5×10^-6/℃인 것이 바람직하다. 이 범위에 있으면, 다른 구조 부재 사이에서 열응력의 발생을 작게 할 수 있다.

흑연 재료의 제조 방법은, 기본적으로 이하의 (a) 내지 (e)의 공정을 구비한다.

(a) 코크스 분말에 바인더 피치를 가하고, 폐쇄 공간에서 혼련하여 코크스 분말의 집합체를 형성하는 제1 단계와, 공기 또는 산소를 도입하면서 상기 코크스 분말의 집합체를 혼련하고, 코크스 분말의 집합체를 구성하는 상기 바인더 피치를 축합시켜 혼련체를 얻는 제2 단계를 포함하는 혼련 공정

(b) 상기 혼련체를 분쇄하여 분쇄 원료를 얻는 분쇄 공정

(c) 상기 분쇄 원료를 성형하여 성형체를 얻는 성형 공정

(d) 상기 성형체를 소성하여 소성체를 얻는 소성 공정

(e) 상기 소성체를 흑연화하여 흑연 재료를 얻는 흑연화 공정

도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 의한 흑연 재료의 제조 방법의 제조 공정의 흐름도를 나타내고, 도 2는 본 발명의 한 실시 형태에 의한 흑연 재료의 제조 방법의 혼련 공정을 모식도로 자세히 나타낸다.

도 2에 기재되어 있는 본 실시 형태의 제조 방법에 있어서의 혼련 공정을 이하에 설명한다. 도 2에 기재되어 있는 내용은, 도 1의 S1에 해당한다.

도 2(A)는 코크스(11)를 나타내고 있다. 코크스(11)는 층상의 결정이 발달한 대신에 내부에 주로 코킹 수축에 의해서 생긴 큰 기공(11a)을 갖고 있다. 도 2(B)는, 상기 코크스(11)를 분쇄한 코크스 분말(12)을 나타내고 있다. 도 2(A)에서 보인 코크스 내부의 큰 기공(11a)은, 미세하게 분쇄함으로써 없어졌다. 도 2(C)는, 코크스 분말(12)에 바인더 피치(1)를 첨가하여 만들어진 코크스 분말의 집합체(13)를 나타내고 있다.

도 2(D)는, 코크스 분말의 집합체(13)에 공기 또는 산소를 도입하면서 혼련하여 얻어진 혼련체(14)를 나타내고 있다. 상기 바인더 피치(1)를 축합함으로써, 코크스 분말을 견고하게 결합시켜, 혼련체에 변화를 준다.

이하에 본 발명의 흑연 재료의 제조 방법에 있어서의 혼련 공정을, 도면을 참고로 하면서 설명한다.

본 발명에서 혼련 공정의 제1 단계에서는, 우선 코크스 분말에 바인더 피치(1)를 가하고, 폐쇄 공간에서 혼련함으로써 코크스 분말(12)끼리 결합하여, 코크스 분말의 집합체(13)를 형성한다. 코크스 분말이 존재하는 단계에서는, 미분쇄되어 메디안 직경이 작은 코크스 분말(12)은 비표면적이 크기 때문에 착화하기 쉬운데, 일단 코크스 분말의 집합체(13)가 형성되면 비표면적이 작아져, 가열시에 증발 잠열이 필요해지는 바인더 피치(1)를 함유하기 때문에 착화하기 어렵게 할 수 있다(도 2(C)).

혼련 공정의 제2 단계에서는, 다음으로 얻어진 코크스 분말의 집합체(13)에 공기 또는 산소를 도입하면서 혼련하여 혼련체(14)를 얻는다. 이 단계가 종료되면, 코크스 분말(12)에 가해진 바인더 피치(1)는 축합이 진행되고 있다(도 2(D)).

본 발명에서 혼련 공정에서는 공기 또는 산소를 도입하기 때문에, 혼련체에 포함되는 바인더 피치로부터 수소가 방출되기 쉬워져, 바인더 피치의 축합 반응이 촉진된다고 생각된다. 이 때문에, 바인더 피치의 저분자량 성분이 휘발하는 속도보다도 바인더 피치의 축합이 빠르게 진행되고, 코크스끼리 견고하게 연결되어 치밀한 흑연 재료가 얻어진다고 생각된다. 또한, 혼련 공정에서는, 제1 단계에서 코크스 분말(12)은 코크스 분말의 집합체(13)가 되어, 비표면적이 작고 착화하기 어렵게 되어 있을 뿐 아니라, 섬세한 조직을 갖고 있다. 제2 단계에서 바인더 피치(1)의 축합을 더 촉진시킴으로써, 휘발분을 조정하고, 추가로 점착성을 부여함으로써 성형성을 양호하게 하고, 게다가 점결성을 높여 고밀도, 고강도의 흑연 재료가 얻어지게 된다.

또한, 일반적으로 흑연 재료는, 액상을 거쳐 탄소화하는 이(易)흑연화성 탄소를 원재료에 이용하고, 액상 단계에서 메소상을 성장시키면서 흑연의 결정을 성장시킨다. 본 발명의 흑연 재료는, 공기 또는 산소를 도입하면서 혼련하여 바인더 피치를 급속히 축합시키기 때문에 메소상의 성장을 저해하고, 바인더 피치는 흐트러진 결정 구조의 흑연을 형성하기 쉽다. 흑연이 흐트러진 결정 구조를 형성하면, 6각 망면의 넓이가 작아지고, 그래파이트 구조의 흐트러짐에 기인하는 1360cm^-1의 라만 밴드가 인정되어, R값의 값은 0.4 내지 0.7이 된다. 이 R값의 범위에서는 결정의 박리에 의한 파티클의 발생이 일어나기 어려워진다. 또한, 결정의 엣지가 노출되기 때문에 친수성이 높아져, 물에 의한 초음파 세정으로 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.

또한 흑연이 더 흐트러진 결정 구조를 형성하면, 6각 망면의 넓이가 작아지고, 그래파이트 구조의 흐트러짐에 기인하는 1360cm^-1의 라만 밴드가 더 커져, R값의 값은 0.6 내지 0.7이 된다. 이 R값의 범위에서는 결정의 박리에 의한 파티클의 발생이 더 일어나기 어려워진다. 결정의 엣지가 보다 노출되기 때문에 친수성이 높아져, 물에 의한 초음파 세정으로 파티클을 보다 용이하게 제거할 수 있다.

이에 반하여 종래의 흑연 재료의 제조 방법에서는, 공기 또는 산소를 도입하지 않고, 코크스 분말(12)에 바인더 피치(1)를 가하여 혼련체(14)를 형성하고 있다. 이 때문에, 바인더 피치가 충분히 축합되지 않고 저분자량 성분이 휘발하기 쉬워진다고 생각된다. 이 때문에, 코크스끼리를 견고하게 연결할 수 없어, 고밀도, 고강도의 흑연 재료가 얻어지기 어려워진다고 생각된다.

이하에 본 실시 형태의 흑연 재료의 제조 방법에 대해서 단계별로 자세히 설명한다.

<혼련 공정의 설명; 도 1의 스텝 S1>

본 실시 형태에서 폐쇄 공간이란, 주위를 둘러싼 공간을 나타내고 있다. 구체적으로는 예를 들면, 혼련 장치에 뚜껑을 덮은 상태 등, 가스의 확산이 제한되는 환경을 나타내고, 기밀성까지는 요구하지 않는다. 혼련 장치에 뚜껑을 덮은 상태 등 가스의 확산이 제한되는 환경이면, 외부로부터의 공기, 산소의 유입이 제한되기 때문에 산소 농도를 낮게 유지할 수 있어, 후술하는 바와 같이 코크스 분말 또는 생코크스에 착화하기 어렵게 할 수 있다.

본 발명에서 공기 또는 산소를 도입하는 것은 어떠한 방법일 수도 있다. 외부로부터 블로워 공기 또는 산소를 들여보낼 수도 있고, 혼련 장치 내에서 발생하는 바인더 피치의 분해 가스를 흡인함으로써, 외부로부터 공기 또는 산소를 받아들일 수도 있다.

본 발명의 코크스 분말의 원재료는 특별히 한정되지 않는다. 석유계 코크스, 석탄계 코크스 및 이들의 생코크스, 하소 코크스 등 어떠한 것일 수도 있다. 이들 코크스를 미분쇄하여 코크스 분말을 얻을 수 있다. 코크스 분말의 메디안 직경은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 3 내지 15㎛로 분쇄된 코크스 분말을 이용할 수 있다.

미분쇄된 코크스 분말은 비표면적이 크기 때문에, 열을 가하면 분위기 중에 포함된 산소와 반응하여 산화하기 쉬워진다. 코크스 분말은 휘발 성분이 적거나 또는 포함되어 있지 않기 때문에 기화열을 빼앗기지 않고 용이하게 가열할 수 있고, 일단 반응이 진행되기 시작하면 급격히 온도가 상승하여 착화 또는 발화한다.

본 실시 형태의 흑연 재료의 제조 방법은, 제1 단계에서, 우선 폐쇄 공간 내에서 코크스 분말과 바인더 피치가 혼련됨으로써 코크스 분말끼리 피치로 결합하여 비표면적을 작게 하고, 산소와의 반응성을 작게 함과 동시에, 휘발 성분을 첨가함으로써 가열하기 어렵게 한다.

계속해서, 제2 단계에서 공기 또는 산소를 도입함으로써 열을 빼앗으면서 바인더 피치에 포함되는 휘발분을 서서히 휘산시킬 수 있다. 또한 산소에는, 바인더 피치를 축합시키는 작용이 있으며, 바인더 피치의 코크스화를 촉진시키는 작용이 있다. 공기 또는 산소를 도입하면서 코크스 분말의 집합체를 혼련함으로써, 바인더 피치의 축합을 촉진시킬 수 있다. 바인더 피치에 의한 결합에 의해 코크스 분말의 집합체를 형성하고, 비표면적이 큰 코크스 분말을 산소와 접촉시키지 않고 가열 혼련하는 혼련 공정을 거침으로써, 점결력이 강한 혼련체를 형성할 수 있다.

또한, 제2 단계의 도중에서 바인더 피치를 추가할 수도 있다. 제2 단계의 도중에서 바인더 피치를 추가 투입함으로써 이하의 효과를 기대할 수 있다.

혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치는, 제2 단계에서 공기 또는 산소를 도입하면서 축합이 진행된다. 축합이 진행된 바인더 피치는, 점착력이 있는 저분자량 성분이 적어져 있기 때문에, 후속 성형 공정에서 축합이 진행된 바인더 피치를 포함한 분쇄 원료의 점착력이 저하되어, 성형성이 악화된다고 생각된다. 성형성이 악화되면, 성형체의 강도가 저하되어, 성형체가 깨지기 쉬워진다. 이 때문에, 제2 단계 도중에 바인더 피치를 추가함으로써, 점착력이 있는 저분자량 성분을 첨가하여, 성형체를 깨지기 어렵게 할 수 있다.

또한, 바인더 피치는 공기 또는 산소를 도입하면서 혼련되고, 급속히 축합되기 때문에, 메소상의 성장이 저해되어, 바인더 피치는 흐트러진 결정 구조의 흑연을 형성하기 쉽다. 흑연이 흐트러진 결정 구조를 형성하면, 라만의 R값은 0.4 내지 0.7이 되어 친수성이 높아지고, 물에 의한 초음파 세정으로 파티클을 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 바인더 피치가 흐트러진 결정 구조의 흑연을 더 형성하면, 라만의 R값은 0.6 내지 0.7이 되어 친수성이 더 높아지고, 물에 의한 초음파 세정으로 파티클을 보다 용이하게 제거할 수 있다.

제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치의 양은, 너무 많이 첨가하면 혼련 공정에서 코크스 분말의 집합체가 큰 덩어리를 형성하여, 혼련하기 어려워진다. 또한, 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치를 대량으로 첨가하면, 후속 소성 공정에서 추가한 바인더 피치로부터 대량의 분해 가스가 발생하여, 탄소 재료의 기공이 증가하고, 고밀도, 고강도의 흑연 재료가 얻어지기 어려울 뿐 아니라, 내부 균열 등의 원인이 될 수 있다. 따라서, 혼련 공정의 제2 단계에서 추가하는 바인더 피치의 양은, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치의 양보다도 적은 것이 바람직하다.

제2 단계 도중에 바인더 피치를 추가 투입하는 경우, 바람직하게는 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치의 양은, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치의 양의 15 내지 25％인 것이 바람직하다. 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치의 양이, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치의 양의 25％를 초과하면, 잉여인 바인더 피치가 코크스 분말의 집합체의 표면에 다량으로 잔류함으로써, 혼련 공정에서 코크스 분말의 집합체의 큰 덩어리가 형성되어 혼련하기 어려워진다. 또한, 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치의 양이, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치의 양의 25％를 초과하면, 소성 공정에서 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치로부터 대량의 분해 가스가 발생하여 탄소 재료의 기공이 증가하고, 고밀도, 고강도의 흑연 재료가 얻어지기 어려울 뿐 아니라, 내부 균열이 발생하기 쉬워진다. 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치의 양이, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치의 양의 15％ 이상이면, 혼련 공정에서 형성되는 혼련체에 충분한 점결성을 부여할 수 있기 때문에 고밀도, 고강도의 흑연 재료를 얻을 수 있다.

혼련 공정에서 사용하는 바인더 피치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 석유계 피치, 석탄계 피치 등을 이용할 수 있지만, 그 중에서도 석탄계 피치를 사용하는 것이 바람직하다. 석탄계 피치는 방향환이 많이 포함되어 있기 때문에, 탄화가 진행된 코크스와 잘 융화되어, 빠르게 코크스 분말의 집합체를 형성할 수 있어, 코크스 분말에 대한 착화의 방지 효과가 높다.

혼련 공정에서 사용하는 바인더 피치의 연화점은 특별히 한정되지 않지만, 60 내지 100℃의 피치를 사용하는 것이 바람직하다. 연화점이 60℃ 이상이면, 탄화수율이 높기 때문에, 효율적으로 생코크스를 제조할 수 있다. 연화점이 100℃ 이하이면, 빠르게 용융시킬 수 있기 때문에, 빠르게 코크스 분말의 집합체를 형성할 수 있어, 코크스 분말에 대한 착화의 방지 효과가 높다.

<분쇄 공정의 설명; 도 1의 스텝 S2>

본 발명의 분쇄 공정은 코크스 분말과, 바인더 피치를 포함한 혼련체를 분쇄한다. 후술하는 바와 같이, 분쇄 원료의 메디안 직경은 출발 원료의 코크스 분말의 메디안 직경보다도 큰 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 코크스 분말의 메디안 직경의 150％ 이상인 것이 바람직하다. 분쇄 공정에서는, 혼련체의 부드러운 부분부터 분쇄된다.

혼련체는, 혼련 공정에서 첨가된 바인더 피치와 코크스 분말을 포함한다. 바인더 피치에 비하여 코크스 분말은 딱딱하여, 분쇄되기 어렵다. 또한, 점결성은 바인더 피치보다도 코크스 분말쪽이 작다. 분쇄 원료의 메디안 직경이 코크스 분말의 메디안 직경보다도 작아지도록 분쇄하면, 코크스 분말을 더 미세하게 하도록 작용하기 때문에, 점결성이 없는 코크스 분말의 파단면이 노출된다. 점결성이 없는 코크스 분말의 파단면이 노출되지 않도록, 분쇄 원료의 메디안 직경은 코크스 분말의 메디안 직경보다도 크게 하는 것이 바람직하며, 나아가 점결성이 없는 코크스 분말의 파단면이 노출되지 않도록, 분쇄 원료의 메디안 직경은 코크스 분말의 메디안 직경의 150％ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 분쇄 공정은, 어떠한 분쇄기를 이용할 수도 있고 특별히 한정되지 않는다. 핀밀, 햄머밀 등 시판되고 있는 분쇄기에 의해서 분쇄할 수 있다.

<성형 공정의 설명; 도 1의 스텝 S3>

본 발명의 성형 공정은 어떠한 방법을 이용할 수도 있고 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 엠보싱 성형, CIP 성형(Cold Isostatic Press; 냉간 등방압 성형) 등 어떠한 방법으로도 이용할 수 있다. 또한 성형 압력은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 20 내지 5000MPa의 성형 압력으로 성형할 수 있다. 엠보싱 성형에서는, 일축 방향의 가압이 되어, 편평한 분쇄 원료의 입자가 가압 방향으로 직교하는 평면에 배열하는 경향이 높아 방향성이 생기기 쉬운 데에 반해, CIP 성형에서는 전체 방향으로부터 균등하게 가압되기 때문에 방향성이 생기기 어려운(이방비가 작은) 흑연 재료를 얻을 수 있다. 이 때문에, CIP 성형에 의해서 성형하는 것이 바람직하다.

<소성 공정의 설명; 도 1의 스텝 S4>

본 발명의 소성 공정은 어떠한 방법을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 전기로, 연소로 등 어떠한 방법으로도 이용할 수 있다. 소성 공정은, 후속 흑연화 공정과 마찬가지로 성형체 또는 소성체를 가열하기 위한 공정이다. 소성 공정에서는, 후속 흑연화 공정에서 깨지지 않도록 성형체의 휘발분을 충분히 제거하는 것이 목적이고, 휘발분의 대부분이 제거되어 있는 것, 승온 속도가 성형체의 균열을 유발하지 않을 정도로 느린 것이 바람직하다. 바람직한 처리 온도는 800 내지 1500℃이다. 처리 온도가 800℃ 이상이면, 성형체의 탄소화가 충분히 행해지고 있기 때문에, 후속 흑연화 공정에서 급격히 가열하여도 성형체에 가해지는 열충격을 작게 할 수 있어, 깨지기 어렵게 할 수 있다. 성형체로부터 발생하는 분해 가스는 1500℃까지 거의 수속(收束)되기 때문에, 1500℃를 초과하는 온도에서 소성하여도, 흑연화 공정의 깨지기 쉬움에 거의 영향을 미치지 않는다. 1500℃를 초과하는 온도에서 처리하여도 열에너지는 낭비되므로, 1500℃ 이하의 처리 온도에서 소성되는 것이 바람직하다.

성형체를 소성할 때의 승온 속도는, 성형체 내부에 발생하는 온도차에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 200×100×30mm 크기의 성형체이면 20℃/hr 이하의 승온 속도로 소성할 수 있고, 예를 들면 1000×500×300mm의 성형체이면 1℃/hr 이하의 승온 속도로 소성할 수 있다.

<흑연화 공정의 설명; 도 1의 스텝 S5>

본 발명의 흑연화 공정은, 어떠한 방법을 사용할 수도 있다. 애치슨로, 유도로 등을 이용할 수 있다. 흑연화는, 용도에 따라 적절하게 처리 온도를 설정할 수 있고, 특히 반도체 용도에서는 결정의 혼란을 남겨 극성을 형성함으로써, 흑연 재료에 친수성을 부여할 수 있도록 흑연화도를 작게 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 2000 내지 2800℃의 처리 온도에서 흑연화하는 것이 바람직하다.

<기타>

혼련 공정의 제1 단계는, 바인더 피치의 연화점 이상의 온도 환경하에서 행해지는 것이 바람직하다. 혼련 공정의 제1 단계에서는, 공기 또는 산소가 공급되지 않는 폐쇄 공간 내에서 코크스 분말을 피치에 의해서 결합하여 코크스 분말의 비표면적을 작게 할 뿐만 아니라, 증발 잠열을 갖는 피치를 혼합(혼련)함으로써, 급속한 산화 반응이 일어나기 어려운 원재료를 제조하는 것을 목적으로 한다. 코크스 분말의 집합체를 형성하는 단계가 빠르게 행해지기 위해서는 바인더 피치의 연화점 이상의 온도 환경하에서 행해지는 것이 바람직하다. 바인더 피치의 연화점 이상의 온도 환경하이면, 바인더 피치가 액상으로 존재하기 때문에, 기계적인 마찰력을 특별히 필요로 하지 않고 혼합까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 혼합까지의 시간을 짧게 함으로써, 혼련 장치 내에 잔류하는 공기 또는 산소와의 접촉 시간을 짧게 할 수 있기 때문에, 코크스 분말이 착화하기 어렵게 할 수 있다. 바람직한 혼련 공정의 제1 단계에서의 혼련 장치의 내벽 온도는 150℃ 내지 300℃이면서 사용하는 바인더 피치의 연화점 이상의 온도이다. 150℃이면 바인더 피치를 충분히 연화시킬 수 있어 혼합 시간을 단축할 수 있다. 300℃ 이하이면 바인더 피치를 천천히 가열할 수 있기 때문에 후술하는 바와 같이 혼련 장치의 마찰력과 열과의 상호 작용에 의해서 입상의 생코크스를 형성할 수 있다. 혼련 장치의 내벽 온도란, 혼련 장치의 내벽 중 내용물의 접하는 부분의 온도를 나타낸다.

혼련 장치의 내벽 온도보다도 코크스 분말의 집합체의 최고 온도가 높은 것이 바람직하다. 코크스 분말의 집합체에 포함되는 바인더 피치가 산소와 반응하여 축합하고, 또한 혼련 장치의 임펠러(날개)의 회전으로 마찰열을 발생시켜, 혼련 장치의 내벽 온도보다도 높아지도록 발열함으로써, 축합을 진행시킬 수 있다.

코크스 분말의 집합체의 최고 온도란, 혼련 장치에 의해서 혼련되고, 코크스 분말의 집합체의 온도가 시간적으로 변해가는 도중에 도달하는 최고 온도를 말한다. 또한, 바인더 피치의 연화점은 JIS K2425-2006의 환구법에 의해서 측정할 수 있다.

제1 단계와 제2 단계의 경계에서, 코크스 분말의 집합체의 승온 속도는 비연속적으로 상승하고 있는 것이 바람직하다. 제1 단계에서는 임펠러로부터 부여되는 마찰열로 코크스 분말의 집합체의 온도가 상승하고, 제2 단계는 임펠러로부터 부여되는 마찰열 및 바인더 피치와 산소와의 반응열에 의해서 코크스 분말의 집합체의 온도가 상승한다. 이 때문에, 공기 또는 산소를 도입함으로써, 코크스 분말의 집합체의 승온 속도가 비연속적으로 커진다.

비연속적으로 커진다는 것은, 전후에 상승 속도가 단계적인 변화를 갖고 있는 것을 나타내고 있다. 제1 단계와 제2 단계의 경계에서, 코크스 분말의 집합체의 승온 속도는, 비연속적으로 상승하도록 충분한 공기 또는 산소를 공급하여 혼련함으로써, 바인더 피치의 축합을 촉진시킬 수 있다.

혼련 공정의 제2 단계에서, 바인더 피치를 추가 투입하는 경우의 제조 방법을 이하에 설명한다.

혼련 공정의 제2 단계에서, 코크스 분말의 집합체가 입상이 된 단계에서 바인더 피치를 가하는 것이 바람직하다. 혼련 공정에서는, 우선 혼련 장치(혼련기)의 기계적 마찰력이 작용하여, 코크스 분말과 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치가 혼련된다. 제2 단계로 이동하여, 공기 또는 산소가 도입되면, 바인더 피치는 시간의 경과에 따라 열과 분위기의 산소의 작용으로 열 분해하여, 중합도를 높여 간다. 바인더 피치의 열 분해와 함께, 코크스 분말과 바인더 피치의 혼합물은, 습한 분말상(습분상; 濕粉狀)으로부터 1 내지 30mm 정도의 입상으로 변화되어 간다. 습분상의 코크스 분말과 바인더 피치의 혼합물은, 혼련 장치의 임펠러와 벽면 사이에서 마찰력과 열을 받아 바인더 피치의 축합이 촉진된다. 피치의 축합이 진행됨에 따라, 1 내지 30mm 정도의 입상으로 변화되기 때문에, 혼련 장치의 임펠러와 벽면 사이에 끼어 굴러가도록 작용하여, 마찰력, 열을 받기 어려워진다. 또한, 큰 입자는 혼련 장치의 임펠러와 벽면 사이에 끼이지 않아, 마찰력, 열도 받기 어렵다. 이 때문에, 코크스 분말과 바인더 피치의 혼합물이 입상이 된 단계에서 바인더 피치의 축합의 진행이 둔화된다. 또한 계속하여 혼련을 계속하면, 바인더 피치의 축합이 조금씩 진행되어 입자가 딱딱해지고, 입자의 표면이 조금씩 연마되어 가루가 발생하게 된다. 늦어도 가루가 발생하기 시작하는 단계까지 바인더 피치를 추가 투입하는 것이 바람직하다. 가루가 형성되기 시작하면, 코크스 분말의 집합체의 비표면적이 크게 변화하기 때문에 필요로 하는 추가 투입되는 바인더 피치의 양이 불안정해지고, 얻어지는 흑연 재료의 강도 및 밀도가 불안정해져, 고강도, 고밀도의 흑연 재료가 얻어지기 어려워진다.

제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치는, 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치와 동일하거나 상이할 수도 있고, 예를 들면 석유계 피치, 석탄계 피치 등을 이용할 수 있다. 또한 제2 단계 도중에 추가하는 바인더 피치와 혼련 공정의 최초로 가해진 바인더 피치가 동일하면, 피치가 탄화하여 형성된 흑연 재료 조직은 불순물, 결정화도가 유사하기 때문에, 균질한 흑연 재료가 얻어져, 결함이 적은 고강도의 흑연 재료가 얻어진다고 생각된다. 혼련 형성 공정에 사용하는 바인더 피치의 연화점은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 연화점이 60 내지 100℃인 피치를 이용할 수 있다.

이하에 본 발명의 실시예 및 비교예를 순서대로 설명한다. 또한, 실시예에서의 혼련 장치의 내용물의 온도를 도시한 도 3을 참조하면서 설명한다.

[실시예]

<혼련 공정>

혼련 장치는 이축형 혼련기를 사용하였다. 이축형 혼련기의 벽면 및 저면에는 쟈켓을 갖고, 쟈켓 내에 열매체유가 충전되어, 내부의 히터에 의해서 온도가 제어되고 있다. 이축형 혼련기의 혼련부는 상부에 개구를 갖고 있지만, 개구를 덮개로 덮음으로써 혼련부를 폐쇄할 수 있다. 개구를 덮개로 덮음으로써 혼련부와 외부와의 기체의 이동을 제한할 수 있다. 또한, 이축형 혼련기의 상부에는, 블로워에 연결된 배기관과, 외기에 연결된 흡입관을 갖고 있다. 흡입관에는 차단 밸브를 가지며, 차단 밸브가 열릴 때에 블로워로 혼련 장치 내의 가스를 흡인함으로써, 흡입관으로부터 공기를 도입할 수 있다. 혼련 장치의 내벽 온도는, 내용물이 접하는 바닥부에 설치된 열전대에서 측정된다.

메디안 직경 14㎛가 되도록 분쇄된 하소 코크스의 코크스 분말과, 연화점 85℃의 고형 석탄계의 바인더 피치를 원재료로 하여 혼련 공정을 행하였다.

우선 코크스 분말 400kg과 바인더 피치 188kg을 열매체유에 의해서 내벽 온도가 220℃로 온도 제어된 혼련 장치(이축형 혼련기)에 투입하고, 뚜껑을 덮어 혼련부를 폐쇄한 채로 20분간 유지하여, 코크스 분말과 바인더 피치를 가열하였다. 가열 후, 이축형 혼련기의 임펠러(날개)를 회전하여, 코크스와 바인더 피치를 혼합하면서 임펠러와 혼련 장치의 벽면 사이에서 압축, 전단 작용을 부여하였다. 임펠러의 회전 개시 후 32분만에(도 3의 A점) 내용물(코크스 분말과 바인더 피치의 혼합물)의 온도가 바인더 피치의 융점을 초과한 185℃에 도달하여 블로워에서 내부의 가스의 흡인을 개시하였다. 이 시점에서는 내용물은 습분상(습한 분말상)이었다. 블로워에서 혼련 장치 내부의 가스의 흡인을 개시하는 제1 단계와 제2 단계의 경계(즉 A점)에서, 내용물인 코크스 분말의 집합체의 승온 속도가 비연속적으로 상승하고 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는, 블로워로 내부의 가스 흡인을 개시하기 직전의 승온 속도는 43℃/hr이던 것에 반해, 블로워로 내부의 가스 흡인을 개시한 직후의 승온 속도는 60℃/hr로, 17℃/hr의 비연속적인 상승이 보였다.

이는 흡입관으로부터 실온의 외기를 도입하여, 배기관으로부터 따뜻해진 가스가 배출되기 때문에, 혼련 장치 내의 열을 빼앗고 있는 데에 반해, 실제로는 블로워로 흡인함으로써 내용물의 온도 상승의 속도가 커지기 때문에, 외기를 도입함으로써 내용물이 발열하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 바인더 피치와 산소와의 반응으로, 산소가 바인더 피치의 축합 반응에 관여하고 있는 것을 알 수 있다.

블로워로 흡인을 개시한 뒤 100분 후, 즉 임펠러의 회전 개시 후 132분만에 임펠러를 회전하는 모터의 부하가 감소로 전환됨과 함께(도 3의 B점), 내용물(코크스 분말의 집합체)의 온도가 하강으로 전환되기 시작하였다. 이 때의 온도는 253℃였다. 이 때의 온도는, 혼련 장치의 내벽 온도보다도 높기 때문에, 임펠러로부터 부여되는 마찰열 및 바인더 피치와 산소가 반응하여, 축합 반응이 촉진되어 발열하고 있는 것을 알 수 있다. 혼련 장치의 내벽 온도보다도 코크스 분말의 집합체의 온도가 높아져 있다. 이것 이후의 내용물의 온도는, 온도를 측정하는 열전대에 내용물이 부착되어 연속적으로 측정할 수 없었기 때문에 생략한다.

혼련을 더 계속하면 점차 내용물이 입상으로 성장했다. 임펠러의 회전 개시로부터 189분 경과한 시점에서는 내용물(코크스 분말의 집합체)이 1 내지 20mm 정도로 표면에 광택을 갖는 입상으로 성장하고 있었다. 이 때문에, 임펠러로부터 입상이 된 코크스 분말의 집합체에 충분히 마찰력을 전할 수 없어, 내용물(코크스 분말의 집합체)의 온도가 하강하고 있다고 추정된다.

이 시점에서(임펠러의 회전 개시로부터 189분 후에), 바인더 피치를 46kg 더 추가 투입하였다. 바인더 피치를 추가 투입하면, 입상이 된 코크스 분말의 집합체가 부착되어 있어 큰 덩어리를 형성하기 시작하였다. 이와 동시에 임펠러에는 큰 회전 토오크가 필요해졌다. 그 후, 취출한 내용물은 혼련체로서 다음 분쇄 공정에서 분쇄한다.

또한, 바인더 피치를 투입한 뒤 40분 후에 취출한 것을 실시예 1, 50분 후에 취출한 것을 실시예 2, 60분 후에 취출한 것을 실시예 3으로 한다.

혼련 공정에서 내용물에는 착화하는 것은 없었다.

<분쇄 공정>

상기 공정에서 얻어진 혼련체를, 분쇄기(핀밀)를 이용하여 분쇄하였다. 분쇄기로 반복하여 분쇄함으로써, 메디안 직경 21.2㎛의 분쇄 원료를 얻었다.

<성형 공정>

상기 공정에서 얻어진 분쇄 원료를 고무백에 충전하고, 덮개를 씌워 밀봉하고 CIP 성형기로 성형하였다. CIP 성형기의 압력은 100MPa였다. 성형 공정에 의해서 70×150×200mm의 성형체가 얻어졌다.

<소성 공정>

상기 공정에서 얻어진 성형체를 소성캔에 채우고, 900℃의 처리 온도에서 소성하여 소성체를 얻었다. 소성 공정의 승온 속도는 1.3℃/hr였다.

<흑연화 공정>

상기 공정에서 얻어진 소성체를 흑연의 용기에 채우고, 유도로를 이용하여 2500℃까지 가열하여 흑연 재료를 얻었다. 얻어진 흑연 재료를 절단하면, 내부 균열 등이 없는 치밀하고 미세한 조직의 단면이 얻어지고 있었다.

또한, 얻어진 흑연 재료로부터 테스트피스를 샘플링하고, 벌크 밀도 등의 물성을 측정하였다(표 1 참조).

[비교예]

<혼련 공정>

혼련 장치는, 실시예와 동일한 이축형 혼련기를 사용하였다. 실시예와 마찬가지로, 메디안 직경 14㎛가 되도록 분쇄된 하소 코크스의 코크스 분말과, 연화점 85℃의 고형의 석탄계의 바인더 피치를 원재료로 하여 혼련 공정을 행하였다.

실시예와 동일한 조건으로 재료를 이축형 혼련기에 투입하고, 동일한 조건으로 가열을 하면서 임펠러를 회전시키고, 회전 개시 후 32분 후에 블로워로 내부의 가스 흡인을 개시하였다. 그리고, 실시예와는 달리 블로워로 흡인을 개시한 뒤 100분 후에(도 3의 B점) 내용물을 취출하였다. 이 때의 온도는 253℃였다.

혼련 공정에서, 내용물에는 착화하는 것은 없었다.

<분쇄 공정>

상기 공정에서 얻어진 혼련체를, 분쇄기(핀밀)을 이용하여 분쇄하였다. 분쇄기로 반복하여 분쇄함으로써, 메디안 직경 21.2㎛의 분쇄 원료를 얻었다.

<성형 공정>

상기 공정에서 얻어진 분쇄 원료를 고무백에 충전하고, 덮개를 씌워 밀봉하고 CIP 성형기로 성형하였다. CIP 성형기의 압력은 100MPa였다. 성형 공정에 의해 70×150×200mm의 성형체가 얻어졌다.

<소성 공정>

<흑연화 공정>

상기 공정에서 얻어진 소성체를 흑연의 용기에 채우고, 유도로를 이용하여 2400℃까지 가열하여 흑연 재료를 얻었다. 얻어진 흑연 재료를 절단하면, 내부 균열 등이 없는 치밀하고 미세한 조직의 단면이 얻어져 있었다.

또한, 얻어진 흑연 재료로부터 테스트피스를 샘플링하여, 벌크 밀도 등의 물성을 측정하였다(표 1 참조).

<파티클 시험>

실시예 및 비교예의 발진성을 비교하기 위해 파티클 시험을 행하였다. 실시예 및 비교예의 흑연 재료를 3×40×40mm의 샘플에 지석을 이용하여 가공하였다. 얻어진 샘플을 초음파 세정기(35W, 41KHz)의 조의 중앙에 넣고, 물을 매체로 하여 세정을 행하였다. 세정 개시 후, 발진이 없어질 때까지의 시간을 비교하였다.

테스트피스에 대해서 측정된 각종 물성값과 파티클 시험의 결과를 이하의 표 1에 나타내었다.

벌크 밀도는 잘라낸 샘플의 부피와, 질량을 계측하여 산출함으로써 얻었다.

쇼어 경도는 JIS Z 2246에 준하여 쇼어 경도계로 계측한다. 열팽창계수는 압봉식 열기계 분석 장치, 리가꾸(Rigaku) 제조 TMA8310으로 측정하였다. 측정은 1℃/min에서 행하고, 50 내지 400℃의 범위에서 측정하였다.

고유 저항은 φ 9mm 정도의 원주상 테스트피스의 길이 방향으로 1A의 전류를 흘리고, 1cm 구간의 전압 강하로부터 고유 저항을 산출하였다.

굽힘 강도는 시마즈 세이사꾸쇼 제조 오토그래프, AG-IS5kN을 이용하여 3점 굽힘 시험법에 의해 측정하였다.

X선 회절 측정은 리가꾸 제조 린트-울티마(Rint-Ultima) IV, 샘플링 간격 1초, 측정각(2θ) 10 내지 90°, 가속 전압 40kV, 가속 전류 30mA, d002 측정시의 베이스 라인은 2θ=29°의 조건에서 행하였다.

라만 분광기는 호리바(HORIBA) 제조 HR800형, 레이저 파장 784.74nm, 레이저 출력 조정 필터 없음, 대물 렌즈 100배, 측정 시간 5초, 측정 횟수 5회 스펙트럼(spectrum) RTD 1초의 각 값으로 설정하였다. 또한 측정은 표준 시료(실리콘 단결정)의 파장 520cm^-1로 교정한 후 측정하였다.

상기한 바와 같이 실시예에서는 비교예에 비하여 d002면 간격이 크고, Lc는 작으며, R값은 크다. 특히 R값이 높을수록 흑연 결정의 엣지면이 많아지고, 결정의 흐트러짐이 발생하기 쉬워, 결정이 박리되기 어렵게 할 수 있어, 파티클이 발생하기 어려운 흑연 재료가 되었다.

또한, 결정에 흐트러짐을 갖고 있음으로써, 극성이 있는 물이 흑연 재료의 내부에 침투하기 쉬워져, 기공 내부에 포함된 파티클을 용이하게 제거할 수 있고, 발생하는 파티클을 장치의 구조 부재, 부품으로부터 미리 용이하게 제거할 수 있다고 생각된다. 이러한 R값이 높은 결정은, 제조 공정(혼련 공정)에 있어서의 공기 또는 산소의 도입에 기인한다.

흑연 재료는 고유 저항이 1.2 내지 1.8mΩcm, 열팽창계수가 3.5 내지 4.5×10^-6/℃인 것이 바람직한데, 열팽창계수는 3.5 내지 4.0×10^-6/℃인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 흑연 재료의 R값은 0.4 내지 0.7인 것이 바람직하고, 0.6 내지 0.7인 것이 더욱 바람직하다. R값이 0.4 이상이면, 흑연 결정의 엣지면이 노출되어, 세정에 사용하는 물을 쉽게 침투시킬 수 있어, 흑연 재료의 세정성을 높일 수 있다. R값이 0.7 이하이면, 흑연 재료의 결정 구조가 발달되어 있기 때문에, 열적으로 안정적이고 용이하게 가공할 수 있기 때문에 반도체 제조 장치 등의 구조 부재, 부품으로서 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, R값은 0.6 이상인 것이 더 바람직하다. R값이 0.6 이상이면, 흑연 결정의 엣지면이 더 노출되어, 세정에 사용하는 물을 더 쉽게 침투시킬 수 있어, 흑연 재료의 세정성을 더 높일 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에서 나타내어진 사항으로 한정되지 않으며, 특허청구범위 및 명세서의 기재, 및 주지된 기술에 기초하여 당업자가 그의 변경 또는 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 바이고, 보호를 원하는 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, 미세한 조직을 갖는 고밀도, 고강도의 흑연 재료를 안전하면서 효율적으로 형성할 수 있게 된다.

1 바인더 피치
2 바인더 피치의 탄화물
11 코크스
11a 기공
12 코크스 분말
13 코크스 분말의 집합체
14 혼련체

Claims

벌크 밀도가 1.72 내지 1.78g/cm³, 쇼어 경도가 40 내지 65, d002면 간격이 0.3380 내지 0.3387nm, Lc가 20 내지 30nm, 라만 분광법으로 측정되는 피크 강도값의 비, I₁₃₆₀/I₁₅₈₀(R값)이 0.4 내지 0.7인 흑연 재료.
제1항에 있어서, 고유 저항이 1.2 내지 1.8mΩcm인 흑연 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 열팽창계수가 3.5 내지 4.5×10^-6/℃인 흑연 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 R값이 0.6 내지 0.7인 흑연 재료.