KR20190082905A

KR20190082905A - 탄소 폼 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190082905A
Application number: KR1020197017047A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 스즈키; 준야 야마시타; 쇼조 다카다
Original assignee: 아사히 가세이 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-07-10
Also published as: US11655152B2; KR102367521B1; JPWO2018168741A1; EP3597618A4; TWI671275B; AU2018234004B2; WO2018168741A1; CN110234618A; AU2018234004A1; EP3597618A1; US20200010322A1; TW201838953A; JP6869328B2

Abstract

선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼으로서, 상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고, 면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

탄소 폼 및 그 제조 방법

본 발명은 탄소 폼 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 결함이 없는 대면적의 면을 갖는 탄소 폼 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

탄소 폼은, 예를 들어 멜라민 수지 폼 (발포체) 을 불활성 가스 분위기 중에서 열처리하여 탄소화함으로써 얻어지는 재료이고 (예를 들어, 특허문헌 1 참조), 그 다공성, 유연성 및 전기적 특성에 의해 다양한 용도에 사용되고 있다. 이 탄소 폼은, 섬유경이 가늘기 때문에 비표면적이 넓다는 점과, 섬유 전부가 연결된 일체의 구조를 갖는 점에서 일반적인 탄소 섬유 부직포와 큰 차이를 갖는다.

예를 들어, 특허문헌 2 에는, 고온 또는 약제 사용과 같은 특수한 조건하에서 사용되는 필터로서 탄소 폼을 사용하는 것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 3 에는, 고온하에서도 높은 단열성을 갖는 단열재로서 탄소 폼을 사용하는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4 에는, 전기적 활성 및 도전성이 높은 전극으로서 탄소 폼을 사용하는 것이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평4-349178호 일본 공개특허공보 2002-326871호 일본 공개특허공보 2004-217446호 일본 공개특허공보 평9-167621호

그런데, 탄소 폼을 상기 서술한 바와 같은 전극으로서 사용하는 경우에는, 셀을 100 ㎠ 이상의 면적 (이하, 「대면적」이라고도 한다) 으로 제작하는 경우가 많아, 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼이 필요하게 된다. 또, 탄소 폼을 대구경의 필터로서 사용할 때에도, 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼이 필요하게 된다.

그러나, 종래의 탄소 폼을 복수 나열하여 대면적의 전극이나 필터를 제작해도 충분한 특성을 얻을 수 없다는 과제가 있었다.

그래서 본 발명의 목적은, 양호한 특성을 갖는 탄소 폼 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자들은, 상기 과제에 대해 예의 검토한 결과, 탄소 폼을 복수 나열하여 대면적의 전극을 제작하면, 탄소 폼 내의 관통공이나, 이웃하는 탄소 폼과 탄소 폼의 사이 등, 탄소 폼을 구성하는 탄소 섬유가 접속되어 있지 않은 지점이 다수 존재하기 때문에, 도전성이 악화되어 있는 것을 알아내었다.

또, 탄소 폼을 복수 나열하여 대면적의 필터를 제작하면, 탄소 폼 내의 관통공이나, 이웃하는 탄소 폼과 탄소 폼의 사이 등, 탄소 폼을 구성하는 탄소 섬유가 접속되어 있지 않은 지점으로부터 포집해야 할 물질이 투과되어, 필터로서의 성능이 악화되어 있는 것을 알아내었다.

즉, 탄소 폼 내의 관통공이나 탄소 폼과 탄소 폼의 사이 등, 탄소 폼을 구성하는 탄소 섬유가 접속되어 있지 않은 지점이 특성을 악화시키고 있는 것을 알아내었다.

그러나, 특허문헌 1 의 방법으로 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 제작하면 큰 결함 (관통공) 이 발생하였다. 그래서 본 발명자들은, 결함이 없는 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 단일의 부재로서 제작하는 방법을 확립하기 위해서, 특허문헌 1 의 방법으로 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 제작했을 때에 결함이 발생한 메커니즘에 대해 해석하고, 검토하였다.

탄소 폼을 제작할 때에, 원료가 되는 수지 폼을 불활성 가스 분위기하, 혹은 진공 중에 있어서 탄소화하는 이유는, 주로 공기 중에 함유되는 산소와, 탄소화에 의해 얻어진 탄소 섬유가 반응하여, 탄소 섬유가 소실되는 것을 방지하는 것에 있다. 특허문헌 1 의 방법에서는, 이러한 탄소 섬유의 소실이 방지되어 있음에도 불구하고, 결함이 발생한 것이다.

그래서 본 발명자들은, 특허문헌 1 의 방법으로 결함이 형성된 원인을 상세하게 조사하였다. 그 결과, 원료인 수지 폼을 가열했을 때에, 수지 폼으로부터 탈리 가스가 발생하고, 이 탈리 가스가 활성 가스로서 기능하여, 탄소 섬유와 반응하여 분해된 것이, 결함 발생의 원인인 것이 판명되었다.

상기 분해성의 탈리 가스는, 작은 탄소 폼을 제작할 때에도 발생한다. 그러나, 상기 분해성 탈리 가스는, 작은 면적의 탄소 폼을 제작할 때에는, 상기 분해성 탈리 가스가 탄소 섬유와 반응하기 전에 자연 확산에 의해 폼 구조 밖으로 배출된 결과, 결함이 발생하지 않았던 것으로 생각된다.

이에 반해, 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 제작할 때에는, 원료인 수지 폼의 면적이 크기 때문에, 수지 폼의 내부에서 발생한 분해성 탈리 가스가 폼 구조 밖으로 확산될 때까지의 거리가 길어, 폼 구조 밖으로 확산되기 전에 탄소 섬유와 반응하여 분해되어, 결함이 발생한 것으로 생각된다.

그래서 본 발명자들은, 상기 결함을 발생시키지 않고 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 제조하는 조건에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 수지 폼을 가열하여 탄소화할 때에, 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역에 있어서, 열처리로 내를 감압 배기하여, 수지 폼의 내부에서 발생한 분해성 탈리 가스가 폼 구조 밖으로 확산되는 것을 촉진시키는 것이 매우 유효한 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하와 같다.

[1]

선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼으로서,

상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고,

면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼.

[2]

상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고,

면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼.

[3]

면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공을 갖지 않는 영역을 4000 ㎟ 이상 갖는, [1] 또는 [2] 에 기재된 탄소 폼.

[4]

상기 결합부의 수에 대한 상기 선상부의 수의 비율이 1.3 이상 1.6 이하인, [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[5]

면적이 1000 ㎟ 이상인 관통공이 없는, [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[6]

적어도 일부에 있어서, 상기 결합부의 밀도가 15,000 개/㎣ 이상인, [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[7]

부피 밀도가 3.0 ㎏m^-3 이상 400 ㎏m^-3 이하인, [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[8]

상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인, [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[9]

상기 선상부의 직경이 1.0 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인, [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[10]

탄소 폼의 표면적이 60000 ㎠ 이하인, [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[11]

탄소 함유율이 51 질량％ 이상인, [1] ∼ [10] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[12]

적어도 일부에 있어서, 상기 결합부의 밀도가 30,000 개/㎣ 이상인, [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[13]

적어도 일부에 있어서, 상기 탄소 폼의 두께 방향을 x 방향, 상기 x 방향에 수직인 방향을 y 방향, 상기 x 방향 및 상기 y 방향에 수직인 방향을 z 방향으로 하고, 300 ㎛ × 300 ㎛ × 300 ㎛ 의 영역 내에 포함되는 상기 선상부의

상기 x 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avex,

상기 y 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avey,

상기 z 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avez,

라고 정의했을 때에,

상기 θ_avex, 상기 θ_avey, 상기 θ_avez 중의 최대값과 최소값의 차 θ_d 가 3°이상이 되는 것을 특징으로 하는, [1] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼.

[14]

면적이 100 ㎠ 이상 60000 ㎠ 이하인 표면을 갖는 탄소 폼을 만드는 제조 방법으로서,

탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입하는 원료 폼 도입 공정과,

상기 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 열처리 온도까지 승온시키는 승온 공정을 구비하고,

상기 승온 공정의 200 ℃ 를 초과하는 적어도 일부를, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼의 제조 방법.

[15]

상기 승온 공정은, 적어도 상기 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는, [14] 에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[16]

상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내에 불활성 가스를 공급하면서 실시하는, [14] 또는 [15] 에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[17]

상기 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 열처리 온도까지 승온시키는 승온 공정과,

상기 열처리 온도에서 소정 시간 유지하고 상기 수지 폼을 탄소화하여 상기 탄소 폼으로 하는 탄소화 공정과,

상기 열처리로 내의 온도를 실온까지 강온시키는 강온 공정과,

상기 열처리로로부터 상기 탄소 폼을 반출하는 탄소 폼 반출 공정을 구비하고,

상기 승온 공정은, 적어도 상기 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는, [14] ∼ [16] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[18]

상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 제 1 승온 속도보다 낮은 제 2 승온 속도로 실시하는, [14] ∼ [17] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[19]

상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서의, 상기 수지 폼으로부터의 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 제 2 온도 영역에 있어서, 상기 제 2 승온 속도보다 낮은 제 3 승온 속도로 실시하는, [18] 에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[20]

상기 제 2 온도 영역은, 상기 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 20 ％ 이상 감소하는 온도 영역인, [19] 에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[21]

상기 제 1 온도 영역은, 상기 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 5 ％ 이상 감소하는 온도 영역인, [14] ∼ [20] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[22]

상기 수지 폼은 멜라민 수지 폼인, [14] ∼ [21] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[23]

상기 제 1 온도 영역이 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역인, [14] ∼ [22] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

[24]

상기 승온 공정 및 상기 탄소화 공정은, 상기 수지 폼에 압축 응력을 인가 하면서 실시하는, [14] ∼ [23] 중 어느 하나에 기재된 탄소 폼의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 양호한 특성을 갖는 탄소 폼 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명에 포함되는 탄소 폼의 예, 및 본 발명에 포함되지 않는 탄소 폼의 예를 나타내는 도면이다. (a) 및 (b) 는 본 발명에 포함되는 탄소 폼의 예이고, (c) 및 (d) 는 본 발명에 포함되지 않는 탄소 폼의 예이다.
도 2 는, 본 발명에 의한 탄소 폼의 제조 방법의 플로 차트이다.
도 3 은, 실시예 3 의 탄소 폼의 외관도이다.
도 4 는, 비교예 2 의 탄소 폼의 외관도이다.
도 5 는, 비교예 4 의 탄소 폼의 외관도이다.
도 6 은, 실시예 1 에 의한 탄소 폼의 SEM 이미지이다.
도 7 은, 실시예 3 에 의한 탄소 폼의 SEM 이미지이다. (a) 는 그 단면이고, (b) 는 그 표면의 화상이다.
도 8 은, 실시예 1 의 탄소 폼으로부터 얻어지는 X 선 CT 해석 화상이다.
도 9 는, 도 8 의 화상의 라인 및 노드 검출을 실시한 화상 처리 후의 화상이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태 (이하, 「본 실시형태」라고 한다) 에 대해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 기재에 한정되는 것이 아니고, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

(탄소 폼)

본 발명에 의한 탄소 폼은, 선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼이다. 여기서, 선상부 (탄소 섬유) 의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고, 면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 탄소 폼은, 범용성의 관점에서, 면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는데, 이 표면의 면적은, 225 ㎠ 이상인 것이 바람직하고, 600 ㎠ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 생산성의 관점에서, 탄소 폼의 표면적은, 60000 ㎠ 이하인 것이 바람직하고, 50000 ㎠ 이하인 것이 보다 바람직하고, 30000 ㎠ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 25000 ㎠ 이하인 것이 보다 더 바람직하다.

또, 본 발명에 의한 탄소 폼의 다른 양태는, 선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼으로서, 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고, 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 탄소 폼은, 결함이 없는 단일의 부재로 구성된 탄소 폼이다. 본 발명에 있어서, 「결함」이란, 상기 면적이 100 ㎠ 이상인 표면 (S) 을 통과하고, 탄소 폼을 관통하는 관통공 (H) 으로서, 상기 표면 (S) 에 있어서의 면적이 2000 ㎟ 이상인 것을 의미하고 있다. 요컨대, 본 발명에 의한 탄소 폼은, 상기 표면 (S) 에 있어서의 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공 (H) 을 포함하지 않는 탄소 폼이다. 또한, 상기 표면 (S) 은, 단일의 면으로 구성된 표면을 의미하고 있고, 예를 들어 다면체 표면의 인접하는 복수의 면으로 구성된 표면은 포함하지 않는다.

본 발명에 있어서, 상기 관통공 (H) 의 유무는, 육안 검사, 그리고 광원 및 광 검출기를 구비하는 검사 장치 (예를 들어, 핀홀 검사기) 를 사용한 검사에 의해 평가한다. 구체적으로는, 먼저 상기 표면 (S) 을 육안으로 관찰하여, 관통공 (H) 의 유무를 평가한다. 육안에 의해 관통공 (H) 의 존재를 확인할 수 없었던 경우에는, 검사 장치를 사용한 검사를 실시한다. 구체적으로는, 탄소 폼의 표면 (S) 측에 광원을, 표면 (S) 의 반대측의 표면에 광 검출기를 각각 배치한다. 그리고, 광원으로부터 광을 탄소 폼의 표면 (S) 을 향하여 조사한다. 그러면, 탄소 폼에 관통공 (H) 이 존재하는 경우에는, 조사된 광이 관통공 (H) 을 통과하여 광 검출기에 도달한다. 이렇게 하여, 관통공 (H) 을 검출할 수 있다. 또한, 광원 및 광 검출기의 배치는, 반대로 해도 된다. 현재 시판되고 있는 핀홀 검사기 등의 검사 장치를 사용함으로써, 수 ㎛ 직경의 핀홀을 검출하는 것이 가능하고, 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이면, 만일 상기 육안 검사에서 간과하고 있었다고 해도 확실하게 검출할 수 있다.

상기 검사에 의해 관통공 (H) 이 검출된 경우에는, 표면 (S) 에서의 관통공 (H) 의 면적을 측정한다. 이 면적의 측정은, 마이크로 스코프 또는 전자 현미경을 사용하여 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 상기 광원 및 광 검출기를 사용한 검사에 의해 관통공 (H) 이 검출되지 않았던 탄소 폼, 및 관통공 (H) 이 검출되었지만, 그 면적이 2000 ㎟ 미만인 경우에는, 결함이 없는 탄소 폼으로 간주하여 본 발명에 포함시킨다. 이에 반해, 관통공의 면적이 2000 ㎟ 이상인 경우에는, 결함이 있는 탄소 폼으로서 본 발명에 포함시키지 않는다.

또한, 관통공 (H) 의 형상은 한정되지 않고, 균열상이나 선상인 것도 관통공 (H) 에 포함된다. 또, 탄소 폼을 제조 후, 셀에 장착하기 위해 가공에 의해 뚫은 구멍과 같이, 사용시에 나중에 가공에 의해 뚫은 구멍은 결함은 아니기 때문에, 본원 발명의 관통공에는 포함되지 않는다.

또, 상기 표면 (S) 에 복수의 관통공 (H) 이 존재하는 경우에는, 그것들 각각의 면적이 2000 ㎟ 미만인 경우에는 본 발명에 포함시키고, 1 개라도 면적이 2000 ㎟ 이상인 경우에는 본 발명에 포함시키지 않는다.

본 실시형태의 탄소 폼은, 전극의 강도의 관점에서, 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것이고, 면적이 1000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것이 바람직하고, 면적이 500 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것이 보다 바람직하고, 면적이 100 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것이 더욱 바람직하고, 면적이 10 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것이 보다 더 바람직하다.

또, 본 실시형태의 탄소 폼은, 전극으로서 사용했을 때의 강도나 핸들링의 관점에서, 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 영역이 4000 ㎟ 이상 있는 것이 바람직하고, 6000 ㎟ 이상 있는 것이 보다 바람직하고, 8000 ㎟ 이상 있는 것이 더욱 바람직하고, 10000 ㎟ 이상 있는 것이 보다 더 바람직하다.

또, 본 실시형태의 탄소 폼은, 면적이 1000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 영역이 2000 ㎟ 이상 있는 것이 바람직하고, 4000 ㎟ 이상 있는 것이 보다 바람직하고, 6000 ㎟ 이상 있는 것이 더욱 바람직하고, 8000 ㎟ 이상 있는 것이 보다 더 바람직하고, 10000 ㎟ 이상 있는 것이 특히 바람직하다.

또, 본 실시형태의 탄소 폼은, 면적이 500 ㎟ 이상인 관통공이 없는 영역이 1000 ㎟ 이상 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2000 ㎟ 이상, 4000 ㎟ 이상, 6000 ㎟ 이상, 8000 ㎟ 이상, 10000 ㎟ 이상이다.

또, 본 실시형태의 탄소 폼은, 면적이 100 ㎟ 이상인 관통공이 없는 영역이 200 ㎟ 이상 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500 ㎟ 이상, 1000 ㎟ 이상, 2000 ㎟ 이상, 4000 ㎟ 이상, 6000 ㎟ 이상, 8000 ㎟ 이상, 10000 ㎟ 이상이다.

또, 본 실시형태의 탄소 폼은, 면적이 10 ㎟ 이상인 관통공이 없는 영역이 20 ㎟ 이상 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100 ㎟ 이상, 500 ㎟ 이상, 1000 ㎟ 이상, 2000 ㎟ 이상, 4000 ㎟ 이상, 6000 ㎟ 이상, 8000 ㎟ 이상, 10000 ㎟ 이상이다.

도 1 은, 본 발명에 포함되는 탄소 폼의 예, 및 본 발명에 포함되지 않는 탄소 폼의 예를 나타내고 있다. 여기서, (a) 및 (b) 는 본 발명에 포함되는 탄소 폼의 예, (c) 및 (d) 는 본 발명에 포함되지 않는 탄소 폼의 예를 각각 나타내고 있다. 도 1(a) 에 나타낸 탄소 폼은, 관통공 (H) 이 없어, 결함이 없는 탄소 폼이다. 또, 도 1(b) 에 나타낸 탄소 폼에는, 복수의 관통공 (H) 이 존재하는데, 그것들의 면적이 모두 500 ㎟ 미만이다. 이러한 작은 면적의 관통공이면, 탄소 폼을 전지의 전극으로서 사용했을 때에, 탄소 폼 내를 흐르는 전류가 관통공을 조금 우회하는 것만이어도 되므로, 도전성에 대한 영향은 작다. 그래서, 도 1(a) 및 도 1(b) 에 나타낸 탄소 폼은 본 발명에 포함시킨다.

이에 반하여, 도 1(c) 에 나타낸 탄소 폼에는, 1 개의 관통공 (H) 이 존재하는데, 그 면적이 2000 ㎟ 이상이다. 이 경우, 탄소 폼을 전지의 전극으로서 사용했을 때에, 탄소 폼 내를 흐르는 전류가 관통공을 크게 우회하게 되기 때문에, 저항값이 상승하여 도전성이 악화된다. 또, 도 1(d) 에 나타낸 탄소 폼에는, 탄소 폼을 분단하는 선상의 관통공이 존재하고 있다. 이 경우, 탄소 폼이 접촉하는 부분의 면적이 작기 때문에, 탄소 폼을 전지의 전극으로서 사용한 경우에는, 탄소 폼을 흐르는 전류의 저항값이 상승하여 도전성이 악화된다. 그래서, 도 1(c) 및 도 1(d) 에 나타낸 탄소 폼은 본 발명에 포함시키지 않는다.

또한, 도 1 에 예시한 탄소 폼의 형상은 모두 판상이지만, 탄소 폼의 형상은 판상에 한정되지 않고, 예를 들어 원통상이어도 된다. 탄소 폼이 원통상인 경우, 면적이 100 ㎠ 이상인 표면 (S) 은 곡면이어도 된다. 또, 표면 (S) 에 엠보스 가공 등의 처리가 실시되어 있어도 된다. 이 경우, 표면 (S) 의 면적은, 엠보스 가공에 의해 증가된 표면적을 가미하지 않고, 면의 수직 방향에서 본 면적으로 규정한다.

＜결합부의 수 N_n 에 대한 선상부의 수 N_l 의 비율 R＞

본 실시형태에 있어서의 탄소 폼에 있어서, 결합부의 수 N_n 에 대한 선상부의 수 N_l 의 비율 R 은, 1.3 이상 1.6 이하인 것이 바람직하다. 비율 R 은, 바꾸어 말하면, 결합부에서 분기되는 분지의 평균수이다. R 을 1.3 이상으로 하는 것은, R 이 1.3 미만인 경우에는, 선상부가 결합부에서 결합한 삼차원 망목상 구조를 갖지 않아, 부직포와 같이 결합되어 있지 않은 선상부가 접촉하고 있는 구조를 생각할 수 있기 때문이다. 또, R 을 1.6 이하로 하는 것은, R 이 1.6 을 초과하면 선상부가 띠상과 같이 된, 예를 들어 벌집과 같은 벽면으로 덮인 다공성 구조를 생각할 수 있기 때문이다. 결합부의 수 N_n 에 대한 선상부의 수 N_l 의 비율 R 은, 보다 바람직하게는 1.35 이상이고, 1.4 이상이 더욱 바람직하다. 또, 보다 바람직하게는 1.55 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.5 이하이다.

＜선상부 (탄소 섬유) 의 직경＞

또한, 본 실시형태의 탄소 폼에 있어서, 탄소 폼을 구성하는 선상부 (탄소 섬유) 의 직경 d 는 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이다. 본 발명에 있어서, 「탄소 섬유의 직경」은, 결합부를 연결하는 선상부의 직경을 가리킨다. 탄소 섬유의 직경은, 물리적인 강도와 도전성을 확보하는 관점에서 0.1 ㎛ 이상이고, 바람직하게는 1.0 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ 이상이다. 또, 탄소 섬유의 직경은, 압축 거동시의 변형성이나 복원성의 관점에서 10.0 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 5.0 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 4 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3.5 ㎛ 이하이다.

[선상부 (탄소 섬유) 직경의 측정 방법]

탄소 폼을 구성하는 선상부 (탄소 섬유) 의 직경 d 는, 주사형 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 이미지를 화상 해석함으로써 구한다. 구체적으로는, 주사형 전자 현미경을 사용하여 10,000 배의 배율로 탄소 폼을 관찰한다. 얻어진 관찰 이미지로부터, 탄소 섬유의 굵기를 무작위로 20 개 지점 측정한다. 단면 형상이 원형인 것으로 가정하여, 이 평균 굵기를 상기 직경 d 로 한다.

＜선상부의 배향 각도＞

탄소 폼은, 열처리로에 있어서, 예를 들어 멜라민 수지 폼을 열처리하여 탄소화하면, 탄소 폼의 골격을 구성하는 탄소 섬유가 모든 방향으로 균등하게 확장된 등방적인 구조를 갖는 것이 된다. 이와 같은 탄소 폼의 경우, 300 ㎛ × 300 ㎛ × 300 ㎛ 의 영역 내에 포함되는 선상부의 x 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avex, y 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avey, z 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avez 라고 정의했을 때에, θ_avex, θ_avey, θ_avez 중의 최대값과 최소값의 차 θ_d 는 통상적으로는 1°이하이다.

또한, 상기 세 방향은, 탄소 폼의 두께 방향을 x 방향, 상기 x 방향에 수직인 방향을 y 방향, 상기 x 방향 및 상기 y 방향에 수직인 방향을 z 방향으로 한다.

단, 멜라민 수지 폼을 열처리하여 탄소화할 때에, 탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼에 압축 응력을 인가하면, 탄소 섬유의 확장에 이방성을 갖는 골격 구조의 탄소 폼이 얻어진다. 이와 같은 탄소 폼의 경우, 압축 하중이 인가되었을 때에도, 탄소 섬유 (선상부) 의 파단을 억제하여 가루 떨어짐을 저감시키거나, 높은 복원성을 실현하거나 할 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서, 상기 차 θ_d 가 3°이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 5°이상이고, 보다 바람직하게는 8°이상이다.

본 실시형태의 탄소 폼 중의 적어도 일부에 상기 θ_avex, θ_avey, θ_avez 의 규정을 만족시키는 세로 300 ㎛ × 가로 300 ㎛ × 높이 300 ㎛ 의 영역 부분이 포함되어 있으면 바람직하고, 50 체적％ 에서 상기 각도 규정을 만족시키고 있으면 보다 바람직하고, 75 체적％ 에서 상기 밀도 범위를 만족시키고 있으면 더욱 바람직하고, 탄소 폼의 임의의 지점에서 상기 각도 규정을 만족시키고 있는 것이 특히 바람직하다.

＜결합부의 밀도＞

본 실시형태의 탄소 폼의 결합부의 밀도는, 압축 하중이 인가되었을 때의 복원성의 관점에서, 15,000 개/㎣ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20,000 개/㎣ 이상이고, 더욱 바람직하게는 30,000 개/㎣ 이상이다. 또, 탄소 폼의 유연성의 관점에서 5,000,000 개/㎣ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3,000,000 개/㎣ 이하이고, 더욱 바람직하게는 2,000,000 개/㎣ 이하이다.

본 실시형태의 탄소 폼 중의 적어도 일부에 이 결합부의 밀도를 만족시키는 지점이 있으면 바람직하고, 50 체적％ 에서 상기 밀도 범위를 만족시키고 있으면 보다 바람직하고, 75 체적％ 에서 상기 밀도 범위를 만족시키고 있으면 더욱 바람직하고, 탄소 폼의 임의의 지점에서 상기 밀도 범위를 만족시키고 있는 것이 특히 바람직하다.

또, 본 명세서에 있어서, 상기 결합부의 수 N_n, 선상부의 수 N_l, 결합부의 밀도 및 배향 각도 θ 는, X 선 CT (Computerized Tomography) 장치를 사용하여 탄소 폼을 촬영하고, 얻어진 단층 이미지 데이터로부터, 전처리로서 Median filter 를 사용한 후에, 오츠의 2 치화 알고리즘 (오오츠 노부유키 저술, 「판별 및 최소 2 승 규준에 기초하는 자동 임계값 선정법」, 전자 정보 통신 학회 논문지 D, Vol.J63-D, No.4, pp.346-356 (1980) 참조) 을 이용하여 구조와 공간으로 영역 분할하고, 탄소 폼의 내부를 포함시킨 구조의 삼차원 화상을 제작하여, 얻어진 삼차원 화상으로부터 구조 해석 소프트웨어를 사용하여 구한 값이다.

구체적으로는, 결합부의 수 N_n 및 선상부의 수 N_l 은, 상기 서술한 바와 같이 얻어진 삼차원 화상에 포함되는 결합부 및 선상부를 검출하고, 그 수를 카운트함으로써 구한다. 이렇게 하여 얻어진 N_n 및 N_l 로부터, N_n 에 대한 N_l 의 비율 R 을 구할 수 있다.

또한, 선상부의 배향 각도 θ 는, 선상부의 양단의 결합부를 연결하는 직선과 각 방향 사이의 각도로, 상기 삼차원 화상에 있어서 서로 직교하는 세 방향의 각각에 대해 구하고, 각 방향에 대해, 선상부의 배향 각도의 평균값을 구한다.

탄소 폼의 구조 해석에 사용하는 CT 장치로는, 저에너지 고휘도 X 선에 의한 CT 장치, 예를 들어 주식회사 리가쿠 제조의 고분해능 3DX 선 현미경 nano3DX 를 사용할 수 있다. 또, 화상 처리 그리고 구조 해석에는, 예를 들어 주식회사 JSOL 사 제조의 소프트웨어 simpleware 의 Centerline editor 를 사용할 수 있다.

또한, 결합부의 수 N_n, 선상부의 수 N_l, 결합부의 밀도 및 배향 각도 θ 의 측정 방법은, 구체적으로는, 실시예에 기재된 측정 방법으로 측정할 수 있다.

＜탄소 함유율＞

본 실시형태의 탄소 폼의 탄소 함유율은, 도전성의 관점에서, 바람직하게는 51 질량％ 이상, 60 질량％ 이상, 65 질량％ 이상, 70 질량％ 이상, 75 질량％ 이상, 80 질량％ 이상, 85 질량％ 이상, 90 질량％ 이상이다. 상한은 특별히 한정은 없지만, 100 질량％ 이하여도 되고, 99 질량％ 이하여도 되고, 98 질량％ 이하여도 된다.

또한, 탄소 폼의 탄소 함유율은, 형광 X 선 측정으로부터 구할 수 있다.

＜공극률＞

본 실시형태의 탄소 폼의 공극률은, 유연성의 관점에서 50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 60 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 70 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, 공극률은, 부피 밀도 및 진밀도로부터 구한 값이다. 부피 밀도는, 탄소 폼에 포함되는 공극도 포함시킨 체적에 기초한 밀도이다. 이에 반하여, 진밀도는, 탄소 폼의 재료가 차지하는 체적에 기초한 밀도이다.

[부피 밀도의 측정]

먼저, 노기스 등을 사용하여 탄소 폼의 치수를 측정하고, 얻어진 치수로부터, 탄소 폼의 부피 체적 V_bulk 를 구한다. 다음으로, 정밀 천칭을 사용하여, 탄소 폼의 질량 M 을 측정한다. 얻어진 질량 M 및 부피 체적 V_bulk 로부터, 하기의 식 (1) 을 사용하여 탄소 폼의 부피 밀도 ρ_bulk 를 구할 수 있다.

ρ_bulk ＝ M/V_bulk ···(1)

부피 밀도는, 전극으로서 사용했을 때의 저항을 낮추는 관점에서 3.0 ㎏m^-3 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.5 ㎏m^-3 이상이고, 더욱 바람직하게는 4.0 ㎏m^-3 이상이다. 또, 탄소 폼의 유연성의 관점에서 400 ㎏m^-3 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300 ㎏m^-3 이하이고, 더욱 바람직하게는 200 ㎏m^-3 이하이다.

[진밀도의 측정]

탄소 폼의 진밀도 ρ_real 은, n-헵탄, 사염화탄소 및 이브롬화에틸렌으로 이루어지는 혼합액을 사용하여 부침법 (浮沈法) 에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 먼저, 공전 (共栓) 시험관에 적당한 사이즈의 탄소 폼을 넣는다. 다음으로, 3 종의 용매를 적절히 혼합하여 시험관에 첨가하고, 30 ℃ 의 항온조에 담근다. 시료편이 뜨는 경우에는, 저밀도인 n-헵탄을 첨가한다. 한편, 시험편이 가라앉는 경우에는, 고밀도인 이브롬화에틸렌을 첨가한다. 이 조작을 반복하여, 시험편이 액 중에 떠다니도록 한다. 마지막으로, 액의 밀도를 게이뤼삭 비중병을 사용하여 측정한다.

[공극률의 산출]

상기 서술한 바와 같이 구한 부피 밀도 ρ_bulk 및 진밀도 ρ_real 로부터, 하기의 식 (2) 를 이용하여 공극률 V_f,pore 를 구할 수 있다.

V_f,pore＝ ((1/ρ_bulk) － (1/ρ_real))/(1/ρ_bulk) × 100 (％)···(2)

＜결정자 사이즈＞

본 실시형태의 탄소 폼의 결정자 사이즈 Lc 는, 1.1 ㎚ 이상인 것이 바람직하고, 도전성의 관점에서는 1.5 ㎚ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 물리적인 취약성의 점에서 4.0 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 3.0 ㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 의한 탄소 폼은, 상기 서술한 바와 같은 결함이 없는 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼이기 때문에, 예를 들어 전지의 전극으로서 사용하는 경우에는, 소면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 나열하여 구성한 전극에 비해, 높은 도전성을 갖는다. 또, 필터로서 사용하는 경우에는, 소면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 나열하여 구성한 필터에 비해, 포집해야 할 물질을 놓치지 않고 포집할 수 있다.

(탄소 폼의 제조 방법)

본 발명에 의한 탄소 폼의 제조 방법은, 면적이 100 ㎠ 이상 60000 ㎠ 이하인 표면을 갖는 탄소 폼을 만드는 제조 방법으로서, 탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입하는 원료 폼 도입 공정과, 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 열처리 온도까지 승온시키는 승온 공정을 구비하고, 승온 공정의 200 ℃ 를 초과하는 적어도 일부를, 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의한 탄소 폼의 제조 방법은, 상기 열처리 온도에서 소정 시간 유지하여 수지 폼을 탄소화하여 탄소 폼으로 하는 탄소화 공정과, 열처리로 내의 온도를 실온까지 강온시키는 강온 공정과, 열처리로로부터 탄소 폼을 반출하는 탄소 폼 반출 공정을 구비하고 있어도 된다.

도 2 는, 본 발명에 의한 탄소 폼의 제조 방법의 플로 차트를 나타내고 있다. 먼저, 스텝 S1 에 있어서, 탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입한다 (원료 폼 도입 공정).

탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼으로는, 탄소 폼의 원료로서 공지된 임의의 수지 폼을 사용할 수 있다. 예를 들어, 원료인 수지 폼으로서 멜라민 수지 폼을 사용하는 경우, 이 멜라민 수지 폼으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평4-349178호에 개시되어 있는 방법에 의해 제조되는 멜라민/포름알데히드 축합 발포체를 사용할 수 있다.

상기 방법에 의하면, 먼저, 멜라민/포름알데히드 전축합물과, 유화제, 기화성 발포제, 경화제, 및 필요에 따라 주지된 충전제를 함유하는 수용액 또는 분산액을 발포 처리한 후, 경화 처리를 실시함으로써 멜라민/포름알데히드 축합 폼을 얻을 수 있다.

상기 방법에 있어서, 멜라민/포름알데히드 전축합물로는, 예를 들어 멜라민 : 포름알데히드 ＝ 1 : 1.5 ∼ 1 : 4, 평균 분자량이 200 ∼ 1000 인 것을 사용할 수 있다. 또, 유화제로는, 예를 들어 알킬술폰산이나 아릴술폰산의 나트륨염 등을 0.5 ∼ 5 질량％ (멜라민/포름알데히드 전축합물 기준, 이하 동일), 기화성 발포제로는, 예를 들어 펜탄이나 헥산 등을 1 ∼ 50 질량％, 경화제로는 염산이나 황산 등을 0.01 ∼ 20 질량％ 를 들 수 있다. 발포 처리 및 경화 처리는, 사용한 기화성 발포제 등의 종류에 따라 설정되는 온도로, 상기 성분으로 이루어지는 용액을 가열하면 된다.

또, 원료인 수지 폼을 탄소화하기 위한 열처리로로는, 수지 폼을 탄소화하여 탄소 폼이 얻어지는 노이면 한정되지 않고, 예를 들어 원료인 수지 폼을 수용하는 반응로와, 반응로 내를 가열하는 히터와, 반응로 내에 불활성 가스를 도입하는 가스 도입구와, 반응로 내로부터 가스를 배출하는 가스 배출구와, 반응로 내를 감압하여 진공으로 하는 진공 펌프를 구비하는 열처리로를 사용할 수 있다.

다음으로, 스텝 S2 에 있어서, 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 소정의 열처리 온도까지 승온시킨다 (승온 공정). 그 때, 200 ℃ 를 초과하는 적어도 일부를, 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는 것이 중요하다. 또, 추가로, 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역에 있어서, 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이, 탄소 폼의 원료인 수지 폼을 가열하면, 수지 폼으로부터 발생된 활성인 분해성 탈리 가스가, 탄소 폼을 구성하는 탄소 섬유와 반응하여 분해되어, 탄소 폼에 결함이 발생한다. 상기 분해성 탈리 가스의 발생량은, 노 내의 온도에 의존한다. 그래서, 본 발명에 있어서는, 승온 공정에 있어서의 200 ℃ 를 초과하는 온도 영역의 적어도 일부에 있어서 열처리로 내를 감압 배기하고, 바람직하게는, 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역 (제 1 온도 영역) 에 있어서, 추가로 열처리로 내를 감압 배기한다. 이로써, 수지 폼의 내부에서 발생된 분해성 탈리 가스가 수지 폼 밖으로 확산되는 것을 촉진시켜, 탄소 폼에 결함이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 「수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역 (제 1 온도 영역)」은, 1.000 g 의 수지 폼을 불활성 가스로 치환된 오븐 중에서 승온시키고, 각 온도에서 1 시간 유지한 후, 실온까지 냉각시켜 수지 폼을 꺼내어 중량을 칭량하고, 가열 전에 실온에서 측정한 초기 중량과 비교함으로써 평가할 수 있다. 구체적으로는, 승온 공정에 있어서의 원료인 수지 폼의 중량을 100 ℃ 간격으로 미리 모니터링하여, 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 5 ％ 이상 감소되는 온도 영역으로 한다. 예를 들어, 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만, 400 ℃ 이상 500 ℃ 미만 및 500 ℃ 이상 600 ℃ 미만의 모든 온도 영역에 있어서, 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 5 ％ 이상 감소된 경우에는, 제 1 온도 영역은 300 ℃ 이상 600 ℃ 미만으로 한다.

본 발명자들에 의한 검토의 결과, 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역 (제 1 온도 영역) 은, 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역인 것을 알 수 있었다. 그래서, 예를 들어 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우에는, 적어도 상기 제 1 온도 영역에 있어서, 열처리로 내를 감압 배기한다.

상기 감압 배기는, 진공 펌프 등의 배기 수단을 사용하여 실시할 수 있지만, 이것은, 적어도 노 내의 압력을 10 분 이내에 1 Pa 이하로 할 수 있는 배기 능력을 갖는 펌프를 사용하여 실시한다.

열처리 온도까지의 승온 속도 (제 1 승온 속도) 는, 예를 들어, 원료인 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 분해성 탈리 가스의 발생량을 억제하는 관점에서, 10 ℃/분 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 전체 생산성의 관점에서, 상기 제 1 승온 속도는 1 ℃/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또, 승온 공정은, 상기 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역 (제 1 온도 영역) 에 있어서는, 열처리 온도까지의 승온 속도 (제 1 승온 속도) 보다 낮은 승온 속도 (제 2 승온 속도) 로 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 수지 폼 내에서 발생하는 단위 시간당의 분해성 탈리 가스의 발생량을 저감시켜, 폼 구조 밖으로의 분해성 탈리 가스의 확산을 보다 촉진시킬 수 있다. 제 1 온도 영역에 있어서 승온 속도를 저감시킨 경우 (즉, 제 2 승온 속도로 변경한 경우), 노 내의 온도가 제 1 온도 영역의 상한을 초과한 경우에는, 승온 속도를 제 1 승온 속도로 되돌려 승온시키면 된다.

또한, 승온 공정은, 상기 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역 내의, 분해성 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 영역 (제 2 온도 영역) 에 있어서, 상기 제 2 승온 속도보다 낮은 승온 속도 (제 3 승온 속도) 로 실시하는 것이 바람직하다. 이로써, 수지 폼 내에서 발생하는 단위 시간당의 분해성 탈리 가스의 발생량을 더욱 저감시켜, 폼 구조 밖으로의 분해성 탈리 가스의 확산을 더욱 촉진시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 「수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 온도 영역 (제 2 온도 영역)」은, 1.000 g 의 수지 폼을 불활성 가스로 치환된 오븐 중에서 승온시키고, 각 온도에서 1 시간 유지한 후, 실온까지 냉각시켜 수지 폼을 꺼내어 중량을 칭량하고, 가열 전에 실온에서 측정한 초기 중량과 비교함으로써 평가할 수 있다. 구체적으로는, 승온 공정에 있어서의 원료인 수지 폼의 중량을 100 ℃ 간격으로 미리 모니터링하여, 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 20 ％ 이상 감소하는 온도 영역으로 한다. 예를 들어, 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만 및 400 ℃ 이상 500 ℃ 미만의 온도 영역에 있어서, 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 20 ％ 이상 감소된 경우에는, 제 2 온도 영역은 300 ℃ 이상 500 ℃ 미만으로 한다.

원료인 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 수지 폼으로부터의 탈리 가스의 발생량이 많은 온도 영역 (제 1 온도 영역) 은, 상기 서술한 바와 같이 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역이다. 또, 본 발명자들에 의한 검토의 결과, 수지 폼으로부터의 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 온도 영역 (제 2 온도 영역) 은, 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만의 온도 영역인 것을 알 수 있었다. 그래서, 원료인 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 승온 속도는, 제 1 온도 영역에 있어서 5 ℃/분 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 또한 제 2 온도 영역에 있어서 3 ℃/분 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.

또, 본 승온 공정 및 후술하는 탄소화 공정에 있어서, 산소와 탄소 폼을 구성하는 탄소 섬유의 분해 반응을 방지하기 위해서, 노 내의 분위기를 불활성 가스 분위기 또는 진공으로 한다. 여기서, 노 내가 「진공」이라는 것은, 노 내의 진공도가 1 Pa 미만인 것을 가리킨다. 또, 불활성 가스 분위기는, 탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입한 후 (원료 폼 도입 공정), 노 내를 감압 배기하여 산소가 함유되는 공기를 빼낸다. 그리고, 노 내가 1 Pa 미만의 진공도에 도달하여 충분히 공기가 탈기된 후, 불활성 가스를 도입한다. 이렇게 하여 노 내를 불활성 가스 분위기로 할 수 있다. 이와 같이, 노 내를 불활성 가스 분위기 또는 진공으로 한 후, 승온을 개시하여, 제 1 온도 영역에 있어서는 노 내를 감압 배기한다.

또한, 멜라민 수지 폼의 탈리 가스량이 많은 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 영역 (제 1 온도 영역) 에 있어서는, 노 내에 불활성 가스를 도입하면서 계속해서 감압 배기하는 것이 바람직하다. 이로써, 노 내에 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 흐름을 발생시켜, 수지 폼 내에서 발생된 분해성 탈리 가스의 배출을 촉진시킬 수 있다.

상기 불활성 가스를 도입할 때, 탄소 폼의 결함을 억제하는 관점에서 불활성 가스의 유량은 1 ℓ/분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3 ℓ/분 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 5 ℓ/분 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 또, 온도 제어의 관점에서 불활성 가스의 유량은 40 ℓ/분 이하로 하는 것이 바람직하고, 30 ℓ/분 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 20 ℓ/분 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.

계속해서, 스텝 S3 에 있어서, 승온시켜 도달한 열처리 온도에서 소정 시간 유지하고, 수지 폼을 탄소화하여 탄소 폼으로 한다 (탄소화 공정). 본 발명에 있어서는, 상기 열처리 온도는 원료인 수지 폼의 연화점 이상의 온도로 한다. 예를 들어, 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 멜라민 수지 폼의 연화점은 300 ℃ ∼ 400 ℃ 이기 때문에, 열처리 온도는 연화점 이상의 온도로 한다. 바람직하게는 800 ℃ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 1000 ℃ 이상으로 한다. 또, 높은 결정성에 의한 물리적인 취약성의 관점에서, 바람직하게는 3000 ℃ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 2500 ℃ 이하로 한다.

또 상기 열처리 온도에서 유지하는 시간 (열처리 시간) 은, 원료인 수지 폼이 완전히 탄소화되는 시간으로 한다. 예를 들어, 원료인 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 유지 시간은 0.5 시간 이상으로 한다. 바람직하게는 1 시간 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 2 시간 이상으로 한다. 또, 생산성의 면에서, 바람직하게는 5 시간 이하로 하고, 보다 바람직하게는 4 시간 이하로 한다.

다음으로, 스텝 S4 에 있어서, 열처리로 내의 온도를 실온까지 강온시킨다 (강온 공정). 멜라민 수지 폼을 탄소화할 때의 온도의 강온 속도에 대해서는, 급랭에 의한 노 내의 히터나 단열재에 대한 데미지를 완화시키는 관점에서 20 ℃/분 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 15 ℃/분 이하이다. 또, 전체 생산성의 면에서 5 ℃/분 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 10 ℃/분 이상이다.

마지막으로, 스텝 S5 에 있어서, 열처리로로부터 탄소 폼을 반출한다 (탄소 폼 반출 공정). 이렇게 하여, 상기한 본 발명에 의한 탄소 폼을 제조할 수 있다.

또한, 승온 공정 및 탄소화 공정을, 원료인 수지 폼에 압축 하중을 인가하면서 실시함으로써, 탄소 섬유의 확장에 이방성을 갖는 골격 구조의 탄소 폼을 얻을 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 이방성을 갖는 탄소 폼은, 압축 하중이 인가되었을 때에도, 탄소 섬유의 파단을 억제하여 가루 떨어짐을 저감시키거나, 높은 복원성을 실현하거나 할 수 있다.

상기 압축 하중의 인가는, 원료인 수지 폼 상에, 예를 들어 흑연판 등의 추를 올려놓음으로써 실시할 수 있다. 인가되는 압축 하중은, 바람직하게는 50 Pa 이상이고, 보다 바람직하게는 200 Pa 이상이다. 또, 바람직하게는 2000 Pa 이하이고, 보다 바람직하게는 1500 Pa 이하이다.

원료인 수지 폼에 압축 하중을 인가하는 경우, 분해성 탈리 가스의 확산이, 흑연판 등의 추에 의해 억제된다. 그 때문에, 승온 공정에서는, 압축 하중을 인가하지 않는 경우에 비해, 승온 속도를 저감시키고, 또한 불활성 가스를 노 내에 공급하면서 계속해서 감압 배기하여, 분해성 가스의 배출 촉진을 실시하는 것이 특히 바람직하다.

예를 들어, 원료인 수지 폼이 멜라민 수지 폼인 경우, 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역 (제 1 온도 영역) 에 있어서는, 승온 속도는 5 ℃/분 이하로 하는 것이 바람직하고, 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만의 온도 영역 (제 2 온도 영역) 에 있어서는, 2 ℃/분 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역 (제 1 온도 영역) 에 있어서, 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 열처리로 내에 공급하는 것이 바람직하다.

또한, 원료인 수지 폼에 대한 압축 응력은, 일 방향 뿐만 아니라, 이 방향으로부터 인가해도 된다.

실시예

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.

＜탄소 폼의 제작＞

(실시예 1)

먼저, 탄소 폼의 재료로서 멜라민 수지 폼 (치수 : 270 ㎜ × 270 ㎜ × 40 ㎜) 을 준비하고, 열처리로 내에 도입하였다. 이어서, 진공 펌프에 의해 노 내를 감압 배기하여 노 내의 진공도를 1 Pa 미만으로 하였다. 계속해서, 감압 배기하면서 노 내에 질소 가스를 유량 : 2 ℓ/분으로 공급하면서, 노 내의 온도를 승온 속도 : 5 ℃/분으로 800 ℃ 까지 승온시켰다. 노 내의 온도가 800 ℃ 에 도달한 시점에서의 노 내의 감압도는 약 700 Pa 였다. 노 내의 온도가 800 ℃ 에 도달한 시점에서 질소 가스의 공급을 정지시키고, 승온 속도 : 5 ℃/분으로 1500 ℃의 열처리 온도까지 승온시키고, 1 시간 유지하여 멜라민 수지 폼을 탄소화하였다. 노 내의 온도가 1500 ℃ 에 도달한 시점에서의 노 내의 감압도는 10 Pa 미만이었다. 그 후, 노 내의 온도를 실온까지 강온시킨 후, 진공 펌프를 정지시켜, 노로부터 탄소화된 멜라민 수지 폼을 꺼내었다. 이렇게 하여 실시예 1 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1 과 동일하게, 실시예 2 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 멜라민 수지 폼 위에 흑연판 (치수 : 270 ㎜ × 270 ㎜ × 4 ㎜) 을 올려놓아 압축 하중 70 Pa 를 가한 상태에서 열처리로 내에 도입하였다. 또, 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만의 온도 영역 (제 2 온도 영역) 에 있어서는, 승온 속도를 2.5 ℃/분으로 하였다. 그 밖의 조건은 실시예 1 과 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 2 와 동일하게, 실시예 3 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 멜라민 수지 폼의 치수를 270 ㎜ × 270 ㎜ × 10 ㎜ 로 하고, 흑연판 (치수 : 270 ㎜ × 270 ㎜ × 16 ㎜) 을 올려놓아 압축 하중 280 Pa 를 가한 상태에서 열처리로 내에 도입하였다. 그 밖의 조건은 실시예 2 와 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 1 과 동일하게, 실시예 4 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 노 내에 대한 질소 가스의 공급을 실시하지 않았다. 그 밖의 조건은 실시예 1 과 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(실시예 5)

실시예 4 와 동일하게, 실시예 5 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역 (제 1 온도 영역) 에서는, 승온 속도를 3 ℃/분으로 하였다. 그 밖의 조건은 실시예 4 와 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 5 와 동일하게, 실시예 6 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 300 ℃ 이상 400 ℃ 미만의 온도 영역 (제 2 온도 영역) 에서는, 승온 속도를 1 ℃/분으로 하였다. 그 밖의 조건은 실시예 5 와 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(비교예 1)

실시예 1 과 동일하게, 비교예 1 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 감압 배기를 실시하지 않고 질소 가스 공급 (유량 : 2 ℓ/분) 만을 실시하고, 노 내로부터의 가스의 배출은 자연 배출에 의해 실시하였다. 그 밖의 조건은 실시예 1 과 모두 동일하다. 또한, 이 조건에 있어서는, 노 내는 대기압 이상의 압력 환경으로 되어 있다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(비교예 2)

비교예 1 과 동일하게, 비교예 2 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 멜라민 수지 폼의 치수를 90 ㎜ × 90 ㎜ × 40 ㎜ 로 하였다. 그 밖의 조건은 비교예 1 과 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(비교예 3)

실시예 2 와 동일하게, 비교예 3 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 감압 배기를 실시하지 않고 질소 가스 공급 (유량 : 5 ℓ/분) 만을 실시하고, 가스 배출은 자연 배출을 실시하였다. 그 밖의 조건은 실시예 2 와 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(비교예 4)

실시예 3 과 동일하게, 비교예 4 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 감압 배기를 실시하지 않고 질소 가스 공급 (유량 : 5 ℓ/분) 만을 실시하고, 가스 배출은 자연 배출을 실시하였다. 그 밖의 조건은 실시예 3 과 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

(비교예 5)

비교예 4 와 동일하게, 비교예 5 에 의한 탄소 폼을 제작하였다. 단, 멜라민 수지 폼의 치수를 90 ㎜ × 90 ㎜ × 10 ㎜ 로 하였다. 그 밖의 조건은 비교예 4 와 모두 동일하다. 얻어진 탄소 폼의 상세한 내용을 표 1 에 나타낸다.

＜관통공의 검출＞

실시예 1 ∼ 6 및 비교예 1 ∼ 5 에 의한 탄소 폼에 대해, 육안 검사 및 핀홀 검사기 (오므론사 제조 시트 검사 장치) 를 사용한 검사에 의해, 탄소 폼의 표면에 있어서의 관통공을 검출하였다. 그 결과, 실시예 1 ∼ 6, 비교예 2 및 5 에 의한 탄소 폼에는, 면적이 10 ㎟ 이상인 관통공은 검출되지 않았다. 이에 반해, 비교예 1, 3 및 4 에 의한 탄소 폼에는, 육안 검사에 의해, 면적이 분명하게 10 ㎟ 를 초과하는 관통공이 형성되어 있었다. 또, 실시예 1 ∼ 6 에 있어서, 면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공을 갖지 않는 영역의 면적은, 얻어진 탄소 폼의 면적과 동일하였다. 측정 결과를 표 1 에 나타낸다.

도 3 ∼ 5 는, 실시예 3, 비교예 3 및 비교예 4 에 의한 탄소 폼의 외관도를 각각 나타내고 있다. 이들 도면으로부터 분명한 바와 같이, 도 3 에 나타낸 실시예 3 에 의한 탄소 폼에서는, 전체면에 결함이 없는 면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는 탄소 폼이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 감압 배기를 실시하지 않은 비교예 3 에 의한 탄소 폼에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 중앙부가 완전히 소실되어, 면적이 분명하게 10 ㎟ 를 초과하는 큰 관통공이 형성되어 있었다. 또, 감압 배기를 실시하고 있지 않은 비교예 4 에 의한 탄소 폼에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 중앙부가 부분적으로 소실되어, 이 소실부로부터 파단되어 있었다. 이것은, 비교예 1 에 의한 탄소 폼에 대해서도 동일하였다.

＜SEM 관찰＞

도 6 및 7 은, 실시예 1 및 3 에 의한 탄소 폼의 SEM 이미지를 각각 나타내고 있다. 여기서, 도 6 은 단면에 관한 것이고, 도 7(a) 는 단면 (압축 하중의 인가 방향의 단면), 도 7(b) 는 표면 (압축 하중의 인가 방향에 수직인 면) 에 관한 것이다. 또, 배율은, 어느 SEM 이미지에 대해서도 500 배이다.

도 7 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 3 에 의한 탄소 폼에 있어서는, 탄소 섬유의 선상부끼리가 결합부에서 결합되어 있고, 선상부가 압축 하중의 인가 방향에 대해 수직인 방향으로 배향되어 있는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 도 6 에 나타낸 실시예 1 에 의한 탄소 폼에 있어서는, 탄소 섬유의 선상부는 등방적으로 배향되어 있다. 또 이들 SEM 화상으로부터 탄소 줄기의 굵기를 계측할 수 있다. 그 때에는 10000 배 이상으로 확대함으로써 정확하게 줄기의 굵기를 산출할 수 있다.

＜X 선 CT 에 의한 구조 해석＞

실시예 1 ∼ 6 및 비교예 2, 5 에 의한 탄소 폼에 대해, X 선 CT 에 의한 구조 해석을 실시하였다. 구체적으로는, X 선 화상을 촬상하기 쉽게 하기 위해, 실시예 및 비교예의 각각에 무전해동 도금을 실시한 후, 시험편을 채취하고, 고분해능 3DX 선 현미경 nano3DX (주식회사 리가쿠 제조) 를 사용하여, 채취한 시험편에 대해 구조 해석을 실시하였다. 구체적인 무전해동 도금 조건, X 선 CT 해석 조건은 이하와 같다. 도 8 에 실시예 1 의 탄소 폼으로부터 얻어지는 X 선 CT 해석 화상을, 도 9 에 도 8 의 화상의 라인, 노드 검출을 실시한 화상 처리 후의 도면을 결과의 일례로서 나타낸다.

구체적인 무전해동 도금 조건, X 선 CT 해석 조건은 이하와 같다.

[무전해동 도금 조건]

샘플을 OPC 콘디클린 MA (오쿠노 제약 공업사 제조, 100 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 에 70 ℃ 에서 5 분간 침지한 후, 증류수로 1 분간 세정하였다. 계속해서 OPC 프리딥 49L (오쿠노 제약 공업사 제조, 10 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석, 98 ％ 황산을 1.5 ㎖/ℓ 첨가) 에 70 ℃ 에서 2 분간 침지한 후, 증류수로 1 분간 세정하였다. 계속해서 OPC 인듀서 50AM (오쿠노 제약 공업사 제조, 100 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 및, OPC 인듀서 50CM (오쿠노 제약 공업사 제조, 100 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 을 1 : 1 로 혼합한 용액 중에 45 ℃ 에서 5 분간 침지한 후, 증류수로 1 분간 세정하였다. 계속해서 OPC-150 크리스타 MU (오쿠노 제약 공업사 제조, 150 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 에 실온에서 5 분간 침지한 후, 증류수로 1 분간 세정하였다. 계속해서 OPC-BSM (오쿠노 제약 공업사 제조, 125 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 에 실온에서 5 분간 침지하였다. 계속해서 화학 구리 500A (오쿠노 제약 공업사 제조, 250 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 및, 화학 구리 500B (오쿠노 제약 공업사 제조, 250 ㎖/ℓ 에 증류수로 희석) 를 1 : 1 로 혼합한 용액 중에 실온에서 10 분간 침지한 후, 증류수로 5 분간 세정하였다. 그 후 90 ℃ 에서 12 시간 진공 건조를 실시하여, 수분을 건조시켰다.

[X 선 조건]

X 선 타깃 : Cu

X 선 관전압 : 40 ㎸

X 선 관전류 : 30 ㎃

[촬영 조건]

투영 수 : 1500 장

회전 각도 : 180°

노광 시간 : 20 초/장

공간 해상도 : 0.54 ㎛/픽셀

[X 선 CT 해석 조건]

얻어진 3 차원 화상을, Median filter 로 인접하는 1 pixel 로 처리하고, 오츠의 알고리즘을 이용하여 2 치화하였다.

계속해서, JSOL 사 제조의 소프트웨어 simpleware 의 Centerline editor (Ver.7) 를 디폴트의 설정값으로 사용하여, 2.16 ㎛ 이하의 선을 노이즈로서 제거한 후, 측정 시야 300 ㎛ × 300 ㎛ × 300 ㎛ 내의 결합부의 수 N_n, 선상부의 수 N_l 을 검출하였다.

상기 구조 해석에 의해, 시험편에 포함되는 결합부의 수 N_n, 선상부의 수 N_l, 결합부의 밀도, 서로 직교하는 3 방향 (x, y, z) 에 대한 배향 각도의 평균값을 구하였다. 얻어진 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 표 1 에 있어서의 배향 각도는, 압축 하중의 인가 방향을 x 방향으로 하고, 압축 하중의 인가 방향에 수직인 방향으로 y 방향 및 z 방향을 설정하여 구한 값이다. 또, 표 1 에 있어서의θ_d 의 최소값은, x 방향에 대한 배향 각도와 y 방향 또는 z 방향에 대한 배향 각도의 차에 관한 것이다.

표 1 로부터, 탄소 폼인 실시예 1 ∼ 6 및 비교예 2, 5 에 대한 R 은 1.4 ∼ 1.5 의 범위 내에 있다. 다른 재료로서, 예를 들어 탄소 섬유 부직포와 같은 구조체에서는 R 은 1.29 이하이고, 1.4 ∼ 1.5 의 범위에 없으며, 이 범위는 본원 탄소 폼의 구조에서 기인하는 특징적인 수치인 것을 나타내고 있다.

＜부피 밀도의 측정＞

노기스를 사용하여 탄소 폼의 치수를 측정하고, 얻어진 치수로부터, 탄소 폼의 부피 체적 V_bulk 를 구하였다. 다음으로, 정밀 천칭을 사용하여, 탄소 폼의 질량 M 을 측정하였다. 얻어진 질량 M 및 부피 체적 V_bulk 로부터, 하기의 식 (1) 을 이용하여 탄소 폼의 부피 밀도 ρ_bulk (㎏m^-3) 를 구하였다. 얻어진 결과를 표 1 에 나타낸다.

ρ_bulk ＝ M/V_bulk ···(1)

＜탄소 함유율＞

탄소 폼의 탄소 함유율은, 형광 X 선 측정으로부터 구할 수 있고, 주식회사 리가쿠 제조의 형광 X 선 분석 장치 ZSX-100E (파장 분산형, Rh 관구 (管球)) 를 사용하여, 분석 직경을 20 ㎜φ 로 하여 측정하였다.

＜도전성의 평가＞

실시예 1 ∼ 6 및 비교예 2, 5 에 의한 탄소 폼의 저항값을 측정하였다. 구체적으로는, 저항 측정에 사용하는 2 개의 전극의 선단의 각각에 10 ㎜ × 10 ㎜의 구리판을 접합하고, 2 개의 전극의, 전극에 접합한 표면과는 반대측의 구리판의 표면을, 10 ㎝ 의 간격을 두고 탄소 폼에 가압하여, 디지털 멀티미터 7461A 로 저항값을 측정하였다. 그 때, 비교예 2 및 5 에 대해서는, 2 개 또는 3 개의 탄소 폼을 걸치도록 2 개의 전극을 배치하여 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1 에 나타낸다.

표 1 로부터, 실시예 1 과 비교예 2, 실시예 3 과 비교예 5 의 결과를 비교 하면, 탄소 폼이 단일의 부재로 구성되어 탄소 섬유가 일원적으로 연결되어 있는 실시예 1, 3 쪽이 저항값이 낮아, 높은 도전성을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 결함이 적은 대면적의 표면을 갖는 탄소 폼을 얻을 수 있기 때문에, 전극 용도나 필터 용도, 단열재 용도 등에 있어서 유용하다.

H : 관통공
S : 표면

Claims

선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼으로서,
상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고,
면적이 100 ㎠ 이상인 표면을 갖는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼.
선상부와 그 선상부를 결합하는 결합부를 갖는 탄소 폼으로서,
상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하이고,
면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공이 없는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
면적이 2000 ㎟ 이상인 관통공을 갖지 않는 영역을 4000 ㎟ 이상 갖는, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합부의 수에 대한 상기 선상부의 수의 비율이 1.3 이상 1.6 이하인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
면적이 1000 ㎟ 이상인 관통공이 없는, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 일부에 있어서, 상기 결합부의 밀도가 15,000 개/㎣ 이상인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
부피 밀도가 3.0 ㎏m^-3 이상 400 ㎏m^-3 이하인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선상부의 직경이 0.1 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선상부의 직경이 1.0 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 폼의 표면적이 60000 ㎠ 이하인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 함유율이 51 질량％ 이상인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 일부에 있어서, 상기 결합부의 밀도가 30,000 개/㎣ 이상인, 탄소 폼.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 일부에 있어서, 상기 탄소 폼의 두께 방향을 x 방향, 상기 x 방향에 수직인 방향을 y 방향, 상기 x 방향 및 상기 y 방향에 수직인 방향을 z 방향으로 하고, 300 ㎛ × 300 ㎛ × 300 ㎛ 의 영역 내에 포함되는 상기 선상부의
상기 x 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avex,
상기 y 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avey,
상기 z 방향에 대한 배향 각도의 평균값을 θ_avez,
라고 정의했을 때에,
상기 θ_avex, 상기 θ_avey, 상기 θ_avez 중의 최대값과 최소값의 차 θ_d 가 3°이상이 되는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼.
면적이 100 ㎠ 이상 60000 ㎠ 이하인 표면을 갖는 탄소 폼을 만드는 제조 방법으로서,
탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입하는 원료 폼 도입 공정과,
상기 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 열처리 온도까지 승온시키는 승온 공정을 구비하고,
상기 승온 공정의 200 ℃ 를 초과하는 적어도 일부를, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는 것을 특징으로 하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 승온 공정은, 적어도 상기 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내에 불활성 가스를 공급하면서 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 폼의 원료가 되는 수지 폼을 열처리로 내에 도입하는 원료 폼 도입 공정과,
상기 열처리로 내의 온도를 제 1 승온 속도로 열처리 온도까지 승온시키는 승온 공정과,
상기 열처리 온도에서 소정 시간 유지하고 상기 수지 폼을 탄소화하여 상기 탄소 폼으로 하는 탄소화 공정과,
상기 열처리로 내의 온도를 실온까지 강온시키는 강온 공정과,
상기 열처리로로부터 상기 탄소 폼을 반출하는 탄소 폼 반출 공정을 구비하고,
상기 승온 공정은, 적어도 상기 수지 폼으로부터의 분해성 탈리 가스의 발생량이 많은 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 열처리로 내를 감압 배기하면서 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서, 상기 제 1 승온 속도보다 낮은 제 2 승온 속도로 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 승온 공정은, 상기 제 1 온도 영역에 있어서의, 상기 수지 폼으로부터의 탈리 가스의 발생량의 증가율이 높은 제 2 온도 영역에 있어서, 상기 제 2 승온 속도보다 낮은 제 3 승온 속도로 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 제 2 온도 영역은, 상기 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 20 ％ 이상 감소하는 온도 영역인, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 온도 영역은, 상기 수지 폼의 중량이 100 ℃ 당 초기 중량의 5 ％ 이상 감소하는 온도 영역인, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 폼은 멜라민 수지 폼인, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 온도 영역이 200 ℃ 이상 800 ℃ 미만의 온도 영역인, 탄소 폼의 제조 방법.
제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승온 공정 및 상기 탄소화 공정은, 상기 수지 폼에 압축 응력을 인가 하면서 실시하는, 탄소 폼의 제조 방법.