JPH0791107B2 - 高密度，高強度を有する等方性黒鉛材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は放電加工用電極，半導体用冶具類，坩堝，原子
力用カーボンあるいはメカニカルシール等の機械用カー
ボンなど産業上幅広い分野で使用されている炭素材料、
特に高密度，高強度の炭素材料の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 コールタールピッチ，石油ピッチ等を350〜500℃の温度
で加熱処理すると、光学的等方性ピッチ中に光学的異方
性を有するメソフェーズ小球体が生成する。このメソフ
ェーズ小球体（以下小球体と称す）は溶剤分別によりピ
ッチマトリックス中から分離され等方性・高密度・高強
度炭素材料の原料となる。

例えば特公昭60−25364号公報によれば小球体を溶剤分
別する際に溶剤としてピッチに対しキノリンよりも抽出
力の弱いベンゼン，ピリジン，タール中油等の溶剤を使
用し、ピッチ中のβ成分等の成分の一部を小球体と共に
残存させ、しかる後に不活性雰囲気中において200〜450
℃の温度で仮焼処理することにより、自己焼結性の優れ
た高密度・高強度の炭素材用原料が得られることが示さ
れている。この方法により得られた原料を使用すればバ
インダーを使用することなく通常の法に従って成形，焼
成，黒鉛化することにより嵩密度が1.85g/cm³以上，曲
げ強度が800kg/cm²以上の高密度・高強度・等方性黒鉛
材が容易に製造可能である。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上述べたごとく、自己焼結性を有するメソカーボン小
球体は高密度，高強度の炭素材用原料として極めて優れ
た特徴を持っているが、その一方で粉体としては極めて
すべりが悪く、成形性に劣るという欠点を持っている。
例えば金型を使用して加圧成形を行うに際し、粉体のす
べりが悪いために離型時にラミネーションが発生した
り、あるいは成形圧力の割に成形体の嵩密度が向上し難
いといった問題点がある。

したがってこうしたメソフェーズ小球体の成形は通常CI
P（冷間静水圧プレス）法が使用される例が多い。しか
し、CIP法は成形の連続化が困難であり、経済性の面で
劣る傾向にある。特に比較的小型の炭素材料に関しては
連続化が可能な金型成形が求められる場合が多い。

こうした問題点を解決する手段として通常一般的には離
型剤として天然黒鉛，シリコンステアリング酸類等を使
用することが行われている。

しかしこうした対策も該小球体を対象とした場合には充
分ではない。

本発明の目的は、自己焼結性を有するメソフェーズ小球
体を原料として、金型成形が容易で、かつ高密度，高強
度を有する等方性黒鉛材の製造方法を提案するものであ
る。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は自己焼結性を有するメソフェーズ小球体を成
形，焼成，黒鉛化することにより等方性黒鉛材を製造す
る方法において、成形に先立ちメソフェーズ小球体にタ
ール系の油を好ましくは１〜５重量％添加することを特
徴とする高密度，高強度を有する等方性黒鉛材の製造方
法である。

〈作用〉 以下に本発明を詳細に説明する。

小球体に添加すべきタール系の油とは具体的にはタール
蒸留時に製造されるナフタレン油，クレオソート油，洗
浄油，アントラセン油類を指す。該油類は小球体と極め
て親和性に優れ、室温で例えばヘンシェルミキサ等で攪
拌することにより容易に均一に混合することが可能であ
る。該油類はメソフェーズ小球体表面を均一にぬらし、
その表面のすべりを改善する。こうして得られる油を添
加したメソフェーズ小球体は粉体としての成形性は良好
であり、ラミネーションの発生もなく良好な成形体が得
られる。

しかもさらに重要なことは、該油の添加効果は単に成形
性の改良のみにとどまるものでなく、成形体を焼成ある
いは黒鉛化して得られる炭素材料の高密度・高強度化に
寄与することである。この理由は以下の２点から説明可
能である。まず第１点は同一成形圧力下ではその良好な
成形性から成形体の嵩密度が向上する効果である。第２
点目は該油類の通常の沸点が100〜360℃の範囲にあるこ
とである。通常このような低沸点留分は成形体の焼成過
程でその大部分が揮発分として飛散して成形体の緻密化
には寄与しないと考えられていた。しかし本発明者等の
研究によれば、成形体内部から成形体外部への該油類の
拡散が非常に遅く、メソフェーズ小球体の緻密化に重要
な要因を示す400〜600℃の炭化領域にまで該油類が成形
体内部に残存し炭化溶融反応を促進し、結果として成形
体の焼成時における体積（線）収縮率を向上させ焼成体
さらには黒鉛体の緻密化を促進することが確認された。

こうした現象は通常使用される天然黒鉛，シリコン，ス
テアリン酸類等の離型剤では起こり得ないものである。

添加すべき量は通常メソフェーズ小球体に対し、１重量
％以上あれば充分に効果が期待出来る。一方添加量が増
加しすぎると成形体焼成時の揮発分が多くなって成形体
焼成時の割れやクラックの原因となる。従って添加する
タール油の種類，メソフェーズ小球体の特性，更には焼
成条件によっても異なるが通常５重量％以下が望まし
い。また例え成形体焼成時に割れやクラックの発生がな
くても、５重量％以上の油の添加は成形性の改善及び緻
密化に大きく寄与せず、その効果が飽和する傾向にあ
る。

また添加するタール系の油の種類は通常比重の大きい重
質油の方が効果的であるが、一方で比重の増加とともに
その粘度も上昇するため、メソフェーズ小球体との均一
な混合が困難となるので、その都度適宜選択することが
望ましい。

以下具体的な実施例で本発明をさらに詳しく説明する。

〈実施例〉 実施例１ キノリン不溶分を３重量％含有する軟化点（Ｒ＆Ｂ法）
80℃のタールピッチを450℃で熱処理しメソフェーズ小
球体を発生させた。該熱処理ピッチを６倍容量のタール
中油（沸点範囲150〜230℃）を用いて抽出・濾過を２回
実施した。濾過残留物を引続き360℃で３時間不活性雰
囲気下で仮焼処理を行い自己焼結性を有するメソフェー
ズ小球体を得た。

該メソフェーズ小球体に対し、タール中油（沸点範囲15
0〜230℃）をそれぞれ１重量％,2重量％,3重量％,6重量
％添加し、４種類のタール中油を含んだメソフェーズ小
球体を得た。次いで室温でヘンシェルミキサにより５分
間混合した。この該タール中油を含有したメソフェーズ
小球体４種類をそれぞれ金型を用いて120φ×40hm/mの
サイズに成形を行った。成形圧力は550kg/cm²とした。
得られた成形体はラミネーションの発生やかけもなく良
好なものであった。該成形体を通常の法に従って1000℃
まで96時間の速度で焼成後さらに2500℃にて黒鉛化を行
った。表１に焼成体及び黒鉛化品の物理特性の測定結果
を示した。

実施例２ 実施例１に示した方法に従ってメソフェーズ小球体を得
た。該メソフェーズ小球体に対し、タール蒸留にて得ら
れる洗浄油（沸点範囲240〜330℃）をそれぞれ１重量
％,3重量％,5重量％,7重量％添加し、実施例１と同様に
ヘンシェルミキサにより混合を行った。該混合物を実施
例１に従って成形，焼成，黒鉛化を行い得られた各成形
体，焼成体，黒鉛化品の物理特性の測定結果を表１に示
した。なお成形体はラミネーション，かけもなく良好な
ものであった。

比較例１ 実施例１に示した方法に従って得られたメソフェーズ小
球体にタール系の油を添加することなくそのまま実施例
１に従って成形，焼成，黒鉛化を行った。成形体には一
部ラミネーションの発生や端部にかけが認められた。比
較的形状の良好であった成形体についてのみ焼成，黒鉛
化を行い、得られた黒鉛化品の物理特性の測定結果を表
１に示した。

〈発明の効果〉 本発明によれば成形性に劣るメソフェーズ小球体も容易
に金型成形が可能となり生産性の向上が期待できる。し
かも得られる炭素材料の一層の高密度・高強度化が可能
となった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自己焼結性を有するメソフェーズ小球体を
   成形，焼成，黒鉛化することにより等方性黒鉛材を製造
   する方法において、成形に先立ちメソフェーズ小球体に
   タール系の油を添加することを特徴とする高密度，高強
   度を有する等方性黒鉛材の製造方法。
2. 【請求項２】メソフェーズ小球体に対してタール系の油
   を１〜５重量％を添加することを特徴とする請求項１記
   載の高密度，高強度を有する等方性黒鉛材の製造方法。