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JPH0158125B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0158125B2
JPH0158125B2 JP59166220A JP16622084A JPH0158125B2 JP H0158125 B2 JPH0158125 B2 JP H0158125B2 JP 59166220 A JP59166220 A JP 59166220A JP 16622084 A JP16622084 A JP 16622084A JP H0158125 B2 JPH0158125 B2 JP H0158125B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
density
raw material
molding
heated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59166220A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6144704A (ja
Inventor
Tooru Iwahashi
Yoshihiko Sunami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP59166220A priority Critical patent/JPS6144704A/ja
Priority to GB08519749A priority patent/GB2163143B/en
Priority to DE19853528185 priority patent/DE3528185A1/de
Priority to US06/762,842 priority patent/US4671907A/en
Publication of JPS6144704A publication Critical patent/JPS6144704A/ja
Publication of JPH0158125B2 publication Critical patent/JPH0158125B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、特定の炭素質を原料とする高強度・
高密度炭素材の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 炭素材料の中でも、高強度・高密度炭素材は、
各種電極、原子力黒鉛材ルツボ、ヒーター、メカ
ニカルシール材、摺動材、集電材、ホツトプレス
用ダイス等多分野にわたつて使用されている。 このような、高強度・高密度炭素材の製造方法
は、従来、コークスあるいは黒鉛等を粒径10μm
以下に微粉砕し、これにコールタールピツチ等の
バインダーを加え熱間混練したのち、再び粉砕
し、成型、焼成、さらにタールピツチ等の含浸、
再焼成をくり返して嵩密度1.8程度の炭素材とし
て製造されるもので、工程が極めて複雑で手間の
かかるものであつた。さらにコークスあるいは黒
鉛等の骨材とバインダーの収縮率の違いによる微
小クラツクの発生、骨材の持つ気孔の焼成後の残
存、バインダーに含まれる揮発物のガス化による
気孔の発生、あるいはバインダーの酸化による部
分的な難黒鉛化性の発現等種々の問題があり、高
強度・高密度炭素材の製造は難しくその価格は高
価なものであつた。従つて、より安価で、高品位
の高強度・高密度炭素材を得るために従来から
種々検討されている。たとえば、(1)特公昭53−
18359号公報においては水素と炭素の原子比、キ
ノリン可溶分、熱変形収縮率、炭化率等で規定し
た特定の原料を平均粒径10μm以下に微粉砕し、
成形後焼成炭化および黒鉛化して得る高密度・高
強度炭素成形材料の製造方法を提案しており、さ
らに、(2)特開昭56−22615号公報においては、石
油系重質油またはコールタールピツチを熱処理
し、生成する光学異方性小球体を溶剤分別法にて
単離することにより、高密度炭素材の製造に適し
た炭素材原料を製造する方法を提案している。 〔発明が解決しようとする問題点〕 これらの方法はいずれも原料粉自身が骨材とバ
インダー性の両性質を兼ね、自己焼結性を持たせ
てクラツクの発生あるいは気孔の発生を防ぎ高強
度・高密度炭素材を製造する試みである。 しかし、(1)の方法は、ポーラス状でかつ組織と
して光学的に異方性を示す流れ模様構造、および
球晶構造が混在しているコークス状の炭素前駆体
物質を機械的に粉砕して高密度・高強度炭素材料
を製造するというもので、平均粒径10μm以下に
微粉砕するには特殊な粉砕機を必要とし、しかも
多大な運転費と時間がかかる。さらに微粉化によ
り成型時に内包する空気の抜けが悪く成型速度が
上げられず、焼成過程で発生するガスの抜ける気
孔も小さくなり成型体内部にガス圧がかかり、焼
成体に割れが発生し易い。 また、(2)の方法では、溶剤分離された光学異方
性小球体内部に溶剤で抽出されて生じたクラツク
を有し、この光学異方性小球体を成型、焼成した
炭素材にもこの内部クラツクが残り高強度・高密
度品は得難い。 本発明は、前記従来の問題点を解決し、自己焼
結性を有し(バインダーを使用しないで成型焼結
が可能)、粒子内クラツクの発生がなく、従つて
平均粒径10〜40μmの比較的粗い粒度の原料から
高強度・高密度炭素材を製造する方法を提供する
ことを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点を解決するために、本発明は、ピツ
チを10〜70Torrの減圧下で、または400〜600℃
の加熱スチームを吹き込みながら昇温し、400〜
530℃まで加熱するとともに低分子成分および分
解油分の除去を行い、炭素含有率92重量%以上、
900℃までの揮発分が7〜13重量%、500℃まで加
熱したときの成型体の線収縮率が6%以下の原料
を、平均粒径10μmを超え40μm以下に粉砕した
後、成型し焼成する手段を採つている。 〔作用〕 本発明者は、炭素材原料の品質と、その加熱過
程における成型体の収縮挙動および粒子内のクラ
ツク発生挙動との相関を追求したところ、次の知
見を得た。 炭素含有率が92%(以下成分量については全て
重量%を単に%として示す。)以上で、900℃まで
の揮発分が7〜13%、500℃まで加熱した時の線
収縮率が6%以下の性状の原料は焼成過程で次の
ような特徴を有する。 (イ) 易黒鉛化性で高密度化が容易である。 (ロ) 自己融着性を有すとともに、内部発泡をきた
さない。 (ハ) 内部クラツクが生じない。 したがつて上述した性状を有する平均粒径10〜
40μmの比較的粗粒の原料を成型焼成することに
より高強度・高密度炭素材が得られる。 〔発明の具体例〕 さらに本発明を詳述する。 前述のような炭素質原料を得るには、コールタ
ールやピツチを単に350〜550℃で加熱する方法
や、さらに熱処理後に溶剤により抽出して原料を
改質する方法では不充分で、本発明の特性を有す
る原料は、ピツチを10〜70Torrの減圧下で、ま
たは400〜600℃の加熱スチームを吹き込みながら
昇温し400〜530℃まで加熱するとともに低分子成
分および分解油分の除去を行うことにより得られ
る。 ここで減圧を10〜70Torrとしたのは、400〜
530℃の加熱と同時に70Torr以下に減圧すること
により、低分子成分および分解油分の除去効率を
上げ、炭素含有率の増加を促進するためである。
また、10Torr未満の減圧は分解ガスの発生によ
り到達困難であり、品質的にも10〜70Torrの減
圧の場合と大差ないことから減圧力を必要以上に
上げる必要はない。 また、加熱スチームの温度を400〜600℃とした
のは、400℃よりも低い温度の場合、本発明が元
来目的とする400〜530℃という熱処理温度範囲の
下限温度を当然に達成できず、本発明の特性を示
す原料が得られない。また、600℃を超える場合
はスチーム吹き込みにより熱処理が進み過ぎ、揮
発分が著しく低下し本発明の特性を示す原料が得
られない。 さらに、加熱温度を400〜530℃としたのは、
400℃未満の場合は重縮合が不充分で、炭素含有
率の増加や揮発分の減少が進まず、一方530℃を
超える場合には、重縮合が進み過ぎて揮発分が著
しく低下するため本発明の特性を示す原料が得ら
れない。 本発明に係る炭素質原料の炭素含有率は92%以
上が必要であり、炭素質原料が92%未満の場合は
炭素以外の原子が焼成過程で分解、ガス化し重量
減少量が増加するとともに、炭素以外の原子が黒
鉛化性を阻害し高密度化が困難となる。 また900℃までの揮発分は、7〜13%の範囲が
適しており、揮発分が7%未満であると焼成過程
で粒子同志の融着、合体が起こらず自己焼結性が
不足し固化しない。他方、13%を超えると、焼成
過程で成型体の軟化融着が進み過ぎ、粒子間の気
孔が閉塞すると共に成型体内部から発生する多量
揮発分により発泡し高密度化を達成できない。 また、500℃まで加熱した時の成型体の線収縮
率は6%以下が要求される。この値は通常2t/cm2
以上の加圧成型で作られた成型体から試片を採取
して測定した値である。この線収縮率が6%を越
える場合は、成型体内の気孔の収縮が大きいため
500℃までに発生する揮発分が気孔を通つて抜け
にくくなり、成型体内部に圧力がかかり、割れの
原因となる。第1図に500℃まで加熱した時の成
型体の線収縮率が4%の原料(後記実施例1)お
よび第2図に10%原料(後記比較例2)をそれぞ
れ100μmに粉砕し1000℃で焼成して得られた炭
素粉の偏光顕微鏡写真観察図を示す。第1図では
粒子内部で割れが生じておらず、第2図では粒子
内の割れが発生していることが判る。 かかる性状を有する炭素質原料を平均粒径10〜
40μm(10μmを含まず)、好ましくは12〜30μm
になるように粉砕する。平均粒径10μm以下で
は、成型時に内包する空気の抜けが悪く成型速度
を上げられないばかりでなく、焼成過程で発生す
るガスの抜ける気孔も小さくなり、成型体内部に
発生ガスの圧力がかかり割れの発生を起こしやす
いばかりでなく、特殊な粉砕機を要し、多大の労
力および運転費を必要とする。 また平均粒径が40μmを超えると、加圧成型し
ても成型密度が上がらず、高密度化し難い。 粉砕方法は、振動ボールミル、ロータリーミ
ル、ハンマーミル等のいずれの方法でもよく限定
するものではない。 さらに、上記した性状および粒径の原料を型込
め成型、または、油脂等を加えて流動性を与え押
し出し成型等の方法で成型した後、非酸化性雰囲
気中で炭化および黒鉛化のための焼成を行う。 〔実施例および比較例〕 コールタールおよび石油系生コークスを第1表
左欄に示す条件で処理し、第1表右欄に示す性状
の炭素質原料を得た。本発明で規定する性状特性
を満足するものを実施例、満足しないものを比較
例として示す。
【表】
【表】 合物を遠心分離機にかけ不溶分を分離・回収
次に、第1表右欄性状の炭素質原料を、ハンマ
ーミルで平均粒径10μm〜40μmの範囲内に粉砕
し、2t/cm2の圧力で90×50×50mmの直方体に成型
した後、粉コークスを詰めた容器内で、窒素雰囲
気中で12℃/Hrの速度で1000℃まで昇温し炭化
した後、アルゴン雰囲気中で10℃/minで2500℃
まで昇温し、黒鉛化物を得た。その結果を第2表
に示す。 また、第1表の実施例1の炭素質原料を用い平
均粒径を変えて上記と同様の方法で得た炭化物、
黒鉛化物の性状を第3表に示す。
【表】
【表】
【表】 (考察) 第2表で明らかなように、本発明方法の実施例
で得られた炭化物および黒鉛化物の性状は、嵩密
度、シヨアー硬度、曲げ強度とも比較例に比べて
大きく、電気比抵抗は低くなつており、目的とす
る高強度・高密度炭素材を得ることができる。 また第3表で明らかなように、平均粒径も本発
明で規定した10〜40μmより大きくても小さくて
も良い結果が得られない。 〔発明の効果〕 以上のように本発明で規定した特定の炭素質原
料を使用すると、特別な粉砕機によつて微粉砕し
なくとも、比較的粗粒の原料によつて、自己焼結
性を有し、粒子内クラツクの発生のない高強度・
高密度炭素材を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1の原料を用いて得た炭素粉の
偏光顕微鏡写真、第2図は比較例2の原料を用い
て得た炭素粉の偏光顕微鏡写真である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ピツチを10〜70Torrの減圧下で、または400
    〜600℃の加熱スチームを吹き込みながら昇温し
    400〜530℃まで加熱するとともに低分子成分およ
    び分解油分の除去を行い、炭素含有率92重量%以
    上、900℃までの揮発分が7〜13重量%、500℃ま
    で加熱したときの成型体の線収縮率が6%以下の
    原料を、平均粒径10μmを超え40μm以下に粉砕
    した後、成型し焼成することを特徴とする高強
    度・高密度炭素材の製造方法。
JP59166220A 1984-08-07 1984-08-07 高強度・高密度炭素材の製造方法 Granted JPS6144704A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59166220A JPS6144704A (ja) 1984-08-07 1984-08-07 高強度・高密度炭素材の製造方法
GB08519749A GB2163143B (en) 1984-08-07 1985-08-06 Method of manufacturing carbon materials
DE19853528185 DE3528185A1 (de) 1984-08-07 1985-08-06 Verfahren zur herstellung von carbonmaterialien
US06/762,842 US4671907A (en) 1984-08-07 1985-08-06 Method of manufacturing carbon materials

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JPS6144704A JPS6144704A (ja) 1986-03-04
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JPS6144704A (ja) 1986-03-04

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