KR20140021515A

KR20140021515A - 팽창 흑연 시트 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140021515A
Application number: KR1020137010838A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 유키; 요시아키 히로세
Original assignee: 토요 탄소 가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2014-02-20
Also published as: EP2631214A1; TW201223865A; JP5688264B2; SG189343A1; US9556033B2; CN103153853A; TWI507358B; CN103153853B; US20130202872A1; WO2012053461A1; JP2012087008A

Abstract

어느 정도의 저(低)회분화를 도모하면서 가요성의 저하를 억제함으로써, 원하는 모양으로 성형할 때 표면에 균열이 생기거나 크랙이 생기는 것을 억제함으로써 품질과 수율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 팽창 흑연 시트를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 판상의 팽창 흑연 시트(3)의 일단이 고정된 회전체(2)와, 상기 팽창 흑연 시트(3)의 타단에 고정된 추(7)와, 상기 회전체(2)를 회동했을 경우의 상기 팽창 흑연 시트(3)의 휨 위치를 결정하는 휨 위치 결정 부재(5)를 갖는 가요성 측정 장치를 이용했을 경우에, 상기 팽창 흑연 시트(3)의 절곡 가능한 회수를 가요성으로 하는 가요성 측정 시험에서 가요성이 25회 이상이고, 또한 회분 함유량이 500ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

팽창 흑연 시트 및 그 제조 방법{EXPANDABLE GRAPHITE SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 저(低)회분이고 가요성을 갖는 팽창 흑연 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 팽창 흑연 시트는 천연 흑연, 열분해 흑연, 키쉬 흑연 등을 황산, 질산 등의 혼합 용액으로 처리하고, 수세, 건조 후, 팽창 로(爐)에서 약 1000℃로 팽창화 처리하고, 이것을 롤 등으로 압연에 의해 시트화되고 있다. 팽창 흑연 시트는 내열성이 뛰어나고, 기액(氣液) 불침투성이 우수하므로 패킹, 가스켓, 핫 프레스 이형 시트, 카본 도가니 안창, 전자 기기 등의 방열 부재 등에 사용되고 있다.

여기서, 상기 팽창 흑연 시트에서 회분이 많으면 패킹 및 가스켓 등으로 이용했을 경우, 상대재인 금속 등을 손상시킬 우려가 있으며, 또 핫 프레스 등의 이형용으로 이용하는 경우에는 성형하는 재료에 전사하여 요철이나 모양 등이 발생할 수 있다.

따라서, 팽창 흑연 시트를 800℃ 이상의 할로겐 가스 분위기 하에서 고순도화 처리하여 불순물의 함유량을 저감할 수 있는 고순도 팽창 흑연 시트를 얻을 수 있다는 것이 개시되어 있으며, 이것은 반도체 제조 공정에서도 사용되고 있다(하기 특허문헌 1 참조).

일본 특개 평04-21509호 공보

그러나, 팽창 흑연 시트를 고순도화 했을 경우에는 저회분화할 수 있지만, 가요성이 떨어지기 때문에 상술한 패킹과 가스켓 등으로 사용하기 위해 원하는 모양으로 성형할 때 균열이 생기거나 크랙이 발생할 수 있다. 이 때문에, 성형품의 품질이 저하되거나 수율이 저하되는 문제를 가지고 있었다.

따라서, 본 발명은 어느 정도의 저회분화를 도모하면서 가요성의 저하를 억제함으로써, 원하는 모양으로 성형할 때 균열이 생기거나 크랙이 생기는 것을 억제함으로써, 품질과 수율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 팽창 흑연 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 판상의 팽창 흑연 시트의 일단이 고정된 회전체와, 상기 팽창 흑연 시트의 타단에 고정된 추와, 상기 회전체를 회동했을 경우 상기 팽창 흑연 시트 휨 위치를 결정하는 휨 위치 결정 부재를 갖는 가요성 측정 장치를 이용하여, 상기 팽창 흑연 시트의 폭을 10㎜, 두께를 0.42㎜, 상기 회전체로부터 수하(垂下) 부분의 길이를 90㎜, 상기 추를 50g, 상기 회전체의 좌우 방향의 회동각을 수직 방향으로부터 각각 30°로 하고, 또한 상기 휨 위치 결정 부재의 배치 위치를 상기 팽창 흑연 시트 하단으로부터 20㎜로 했을 경우에, 상기 팽창 흑연 시트의 절곡 가능한 회수를 가요성으로 하는 가요성 측정 시험에서 가요성이 25회 이상이고, 또한 회분 함유량이 500ppm 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 구성이면, 어느 정도의 저회분화를 도모하면서 가요성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 팽창 흑연 시트를 원하는 모양으로 성형할 때 표면에 균열이 생기거나 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있으므로 성형품의 품질과 수율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 명세서에서 회분이란 알루미늄, 철 등의 금속 성분, 혹은 금속 성분 유래 불순물을 말하는 것으로 한다.

여기서, 황의 함유량이 500ppm 이상인 것이 바람직하며, 특히 회분 함유량이 300ppm 이하이고, 황의 함유량이 1000ppm 이상인 것이 바람직하다.

이와 같은 구성이면 상기 작용 효과가 한층 발휘된다.

회분이 0.1 중량% 이하인 흑연 재료를, 황산을 포함하는 산 처리액에 침지하여 교반함으로써 산 처리 흑연을 제작하는 단계와, 상기 산 처리 흑연을 중화 처리하는 단계와, 상기 중화 처리가 이루어진 산 처리 흑연을 가열함으로써 팽창화 처리를 실시하여 팽창 흑연을 제작하는 단계와, 상기 팽창 흑연을 가압하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 방법과 같이, 할로겐 가스에 의한 고순도화 처리를 거치지 않고 팽창 흑연 시트를 제작하면, 황산 중의 황 성분이 팽창 흑연 시트 내에 잔존하게 되기 때문에 팽창 흑연 시트 가요성이 향상된다. 또한, 회분이 0.1 중량% 이하인 흑연 재료를 사용하고 있으므로, 고순도화 처리를 거치지 않아도 회분량이 어느 정도 저감된 팽창 흑연 시트를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 어느 정도의 저회분화를 도모하면서 가요성의 저하를 억제할 수 있으므로 원하는 모양으로 성형할 때 표면에 균열이 생기거나 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 팽창 흑연 시트를 이용한 제품의 품질과 수율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 등 뛰어난 효과를 발휘한다.

도 1은 팽창 흑연 시트 가요성을 측정하는 가요성 측정 장치의 정면도이다.
도 2은 가요성 측정 장치의 측면도이다.

먼저, 농도 98%의 진한 황산 100 중량부에 산화제로서 과산화수소를 5 중량부 첨가한 산 처리액에 회분이 0.01 중량% 이하인 천연 흑연을 30분 침지해 교반하여 반응시킴으로써, 산 처리 흑연을 얻었다. 그런 다음, 이 산 처리 흑연을 상기 산 처리액으로부터 꺼낸 후 충분히 수세함으로써 pH를 7로 가깝게 하고, 추가로 건조를 실시했다.

이어서, 상기 수세 후의 산 처리 흑연을 온도 800℃의 전기 로에 투입하여 과열 팽창화 처리를 실시하여 팽창 흑연을 제작했다. 이 후, 롤러 사이에 상기 팽창 흑연을 통과시킴으로써 팽창 흑연을 가압하여 부피 밀도 0.9g/㎤의 팽창 흑연 시트를 제작했다. 또한, 이 팽창 흑연 시트의 길이는 100㎜, 폭은 10㎜, 두께는 0.42㎜이다.

(그 밖의 사항)

(1) 원료인 흑연으로는 상기 천연 흑연으로 한정하는 것은 아니고, 열분해 흑연, 키쉬 흑연 등이어도 되지만, 공업적으로 입수가 용이한 천연 비늘 조각 모양 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 단, 어떠한 흑연을 이용했을 경우라도 회분량은 0.1% 이하로 규제할 필요가 있다. 또한, 흑연의 입도는 30 ~ 100 메쉬인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 상기 산 처리시에 사용하는 황산으로는 진한 황산으로 한정하는 것은 아니고, 무수 황산, 발연 황산 등, 황 성분을 포함하고 있으면 되지만, 공업적으로는 농도 90% 이상, 바람직하게는 농도 95~98%의 황산을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 흑연의 침지, 교반 시간은 30분으로 한정하는 것은 아니지만, 일반적으로 15~60분 정도인 것이 바람직하다.

(3) 산화제로는 상기 과산화수소로 한정하는 것은 아니고, 과산화암모늄, 과산화칼륨 등이어도 되고, 또 그 첨가량은 황산 100 중량부에 대하여 1~10 중량부이면 된다.

(4) 산 처리 흑연을 중화하는 방법으로는 충분한 수세를 실시하는 것으로 한정하는 것은 아니고, 알칼리 토류 금속의 산화물, 수산화물, 탄산염 등으로부터 선택되는 고체 중화제를 사용하여 실시해도 된다.

(5) 팽창 흑연 시트의 부피 밀도는 0.9g/㎤으로 한정하는 것은 아니지만, 0.5~1.3g/㎤ (특히 0.7~1.3g/㎤)인 것이 바람직하다. 또한, 팽창 흑연 시트의 두께는 0.42㎜로 한정하는 것은 아니지만, 0.2~1.0㎜인 것이 바람직하다. 이 범위는 팽창 흑연 시트가 실제로 사용되는 주체가 되는 두께이며, 시트 실용상과 가요성의 밸런스를 양호하게 할 수 있는 범위이다.

실시예

(실시예)

상기 발명을 실시하기 위한 형태와 동일하게 하여 팽창 흑연 시트를 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 팽창 흑연 시트를 이하 본 발명 시트 A라고 칭한다.

(비교예 1)

원료인 천연 흑연으로서 회분량이 0.5 중량%인 것을 이용한 것 이외에는 상기 실시예와 동일하게 하여 팽창 흑연 시트를 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 팽창 흑연 시트를 이하 비교 시트 Z1이라고 칭한다.

(비교예 2)

원료인 천연 흑연으로서 회분량이 0.5 중량%인 것을 사용함과 함께, 시트 제작 후에 염소 가스를 공급하면서 2000℃에서 10시간 유지하는 고순도화 처리를 실시한 것 이외에는 상기 실시예와 동일하게 하여 팽창 흑연 시트를 제작했다.

이와 같이 하여 제작한 팽창 흑연 시트를 이하 비교 시트 Z2라고 칭한다.

(실험)

상기 본 발명 시트 A 및 비교 시트 Z1, Z2의 회분량, 황량, 가요성(팽창 흑연 시트의 절곡 가능한 회수) 외관 (통상의 외관, 휘감은 후의 외관)을 측정하였으므로, 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 회분량, 황량, 가요성 측정 방법은 하기와 같으며, 외관은 눈으로 봐서 실시했다.

[회분량의 측정 방법]

팽창 흑연 시트 회분량의 측정은 자기 도가니에 고순도 팽창 흑연 시트 15g 이상을 칭량하여 이것을 전기 로에 넣고, 850℃에서 48시간 가열하여 가열 전의 질량과 가열 후의 질량으로부터 회분을 측정했다.

[황량의 측정 방법]

산소 기류 중에서 연소-적외선 흡수법(측정 장치: LECO사제 황 분석 장치)로 측정했다.

[가요성 측정 방법]

팽창 흑연 시트 가요성 측정에는 도 1과 도 2에 나타내는 가요성 측정 장치를 사용하였다. 이 가요성 측정 장치는 기대(基臺)(1)를 가지고 있으며, 기대(1)의 상단 부근에는 기대(1)에 대하여 회전 자재인 회전체(2)가 배치되어 있다. 이 회전체(2)는 원주상의 본체부(2a)와 이 본체부(2a)의 하부에 고정되어 팽창 흑연 시트(3)를 지지하는 협지부(2b)로 구성되어 있다. 또, 상기 회전체(2)에는 회전체(2)에 고정되어 회전체(2)와 함께 회동하는 회동판(8)이 고정되어 있고, 이 회동판(8)에는 회동판(8)을 도 1의 화살 부호 방향으로 회동시키기 위한 핸들(4)이 고정되어 있다. 또, 회동판(8)의 하단부 근방에는 상기 회전체(2)(회동판(8))를 회동했을 경우에 상기 팽창 흑연 시트(3)의 휨 위치를 결정하는 휨 위치 결정 부재(5)(직경: 6㎜)가 고정되어 있다.

또, 상기 팽창 흑연 시트(3)의 하단에는 연결구(6)에 의해 추(7)가 고정되어 있고, 이것에 의해 상기 회전체(2)(회동판(8))를 회동했을 경우에 상기 팽창 흑연 시트(3)에 부하가 걸려 휨 위치 결정 부재(5)에서 팽창 흑연 시트(3)가 휘는 구성이다(도 1의 2점 쇄선 참조). 여기서, 상기 팽창 흑연 시트(3)의 폭 L5는 10㎜, 길이 L1은 100㎜이고, 상기 회전체(2)의 하단과 상기 휨 위치 결정 부재(5)의 거리 L2는 70㎜, 휨 위치 결정 부재(5)와 팽창 흑연 시트(3)의 하단부의 거리 L3은 20㎜, 휨 위치 결정 부재(5) 사이의 거리 L4는 2.5㎜이다. 또, 상기 추의 중량은 50g, 상기 회전체의 좌우 방향의 회동각 θ는 30°로 했다. 또한, 상기 팽창 흑연 시트(3)의 두께는 0.42㎜로 하고, 또 팽창 흑연 시트(3)의 요동 사이클(팽창 흑연 시트(3)가 수하 위치 → 왼쪽 끝 위치 → 오른쪽 끝 위치 → 수하 위치에 도달할 때까지의 시간)은 2초로 했다. 또한, 실험시의 온도는 상온(25℃)이다. 또, 가요성을 측정할 때의 시료 수는 각 10매이다. 또, 표 중의 가요성 회수란 팽창 흑연 시트(3)가 절단될 때까지의 요동 사이클의 회수이다.

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 통상의 외관에서 본 발명 시트 A와 비교 시트 Z2는 회분의 응집은 확인되지 않은 반면, 비교 시트 Z1은 직경 0.5㎜ 정도의 회분의 응집이 확인되었다. 이것은 본 발명 시트 A와 비교 시트 Z2는 회분량이 각각 300ppm, 30ppm인 반면, 비교 시트 Z1에서는 회분량이 5000ppm으로 매우 많아져 있다는 것에 기인하는 것이라고 생각된다.

또, 휘감은 후의 외관에서 본 발명 시트 A와 비교 시트 Z1에서는 표면에 균열이나 요철 등의 변화는 확인되지 않는 반면, 비교 시트 Z2에서는 표면에 균열이 확인되고, 또한 본 발명 시트 A와 비교 시트 Z1에서는 가요성이 30~35회인데 반해, 비교 시트 Z2에서는 가요성이 5~10회임이 확인되었다. 이것은 본 발명 시트 A와 비교 시트 Z1에서는 황량이 각각 1000ppm, 1200ppm인 반면, 비교 시트 Z2에서는 황량이 0ppm인 것에 기인하는 것이라고 생각된다.

이상의 점으로부터, 본 발명 시트 A는 통상의 외관 및 휘감은 후의 외관이 양호하고, 게다가 가요성이 뛰어난 것을 알 수 있다.

산업상 이용 가능성

본 발명은 패킹, 가스켓, 핫 프레스 이형 시트, 카본 도가니 안창, 전자 기기 등의 방열 부재 등에 사용할 수 있다.

2 : 회전체
3 : 팽창 흑연 시트
5 : 휨 위치 결정 부재
7 : 추

Claims

판상의 팽창 흑연 시트의 일단이 고정된 회전체와, 상기 팽창 흑연 시트의 타단이 고정된 추와, 상기 회전체를 회동했을 경우 상기 팽창 흑연 시트의 휨 위치를 결정하는 휨 위치 결정 부재를 갖는 가요성 측정 장치를 이용하여, 상기 팽창 흑연 시트의 폭을 10㎜, 두께를 0.42㎜, 상기 회전체로부터 수하(垂下) 부분의 길이를 90㎜, 상기 추를 50g, 상기 회전체의 좌우 방향의 회동각을 수직 방향으로부터 각각 30°로 하고, 또한 상기 휨 위치 결정 부재의 배치 위치를 상기 팽창 흑연 시트 하단으로부터 20㎜로 했을 경우에, 상기 팽창 흑연 시트의 절곡 가능한 회수를 가요성으로 하는 가요성 측정 시험에서 가요성이 25회 이상이고, 또한 회분 함유량이 500ppm 이하인 것을 특징으로 하는 팽창 흑연 시트.
청구항 1에 있어서,
황의 함유량이 500ppm 이상인 팽창 흑연 시트.
청구항 2에 있어서,
회분 함유량이 300ppm 이하이고, 황의 함유량이 1000ppm 이상인 팽창 흑연 시트.
회분이 0.1 중량% 이하인 흑연 재료를, 황산을 포함하는 산 처리액에 침지하여 교반함으로써 산 처리 흑연을 제작하는 단계와,
상기 산 처리 흑연을 중화 처리하는 단계와,
상기 중화 처리가 이루어진 산 처리 흑연을 가열함으로써 팽창화 처리를 실시하여 팽창 흑연을 제작하는 단계와,
상기 팽창 흑연을 가압하는 단계
를 갖는 것을 특징으로 하는 팽창 흑연 시트의 제조 방법.