TW201406651A - 等方向性石墨材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種等方向性石墨材料的製造方法，其係將經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法模壓成生坯後，利用多階段碳化處理，可有效縮短整體製程時間，且所得之等方向性石墨材料具有較佳的等方向性、表面完整無裂紋缺陷又具有良好的機械、熱學與電學性質。

Description

等方向性石墨材料及其製造方法

本發明是有關於一種等方向性石墨材料及其製造方法，且特別是有關於一種利用中間相碳微球但不添加任何黏結劑之等方向性石墨材料及其製造方法。

石墨材料是碳元素所構成的，藉由不同製造方法，可得到非晶系碳、石墨系碳、熱分解碳及碳纖等不同特性的獨特碳材。其中，等方向性石墨(isotropic graphite)材料具有耐高溫、導電、導熱、潤滑、多孔性、可塑和抗腐蝕等性能，近來廣泛應用於冶金、機械及半導體等各產業。傳統的石墨製程，一般使用焦碳(coke)作為原料，與煤焦瀝青(coal tar pitch)混合後，注入模內擠壓，接著在非氧化的條件下加熱至約1000℃，形成具有孔洞的無定型碳(amorphous carbon)。之後，再經過浸漬瀝青及再燒焙，如此進行多次，以填補孔洞。隨後，再利用熱處理至2500℃至3000℃，使無定型碳形成高密度的石墨。

近年來儲能材料的迅速發展，因此對於高密度、高強度、高純度且加工性能好之等方向性石墨材料需求亦快速增加。然而，傳統石墨製程複雜、且所得之製品品質無法滿足需求。因此，近來開發出利用自燒結式(self-sintering)之中間相碳微球(mesocarbon microbeads；MCMBs)，其係不需混合、揉捏及粉碎步驟，亦不需再經過浸漬瀝青及再燒結等程序來填補孔洞，即可製造高強度、高密度、高純 度的石墨碳材，不僅大幅提升了石墨機械性質，亦簡化了等方向性石墨材料複雜的生產流程。上述製程與材料的相關文獻可參閱相關前案，如美國專利公告號US 5,525,276、US 5,547,654、US 5,609,800、US 4,929,404，以及台灣專利公告號TW 326027、TW 379202、TW424079等，在此一併列為本文之參考文獻。

然而上述石墨材料之製程仍存在以下問題。舉例而言，上述製程在利用中間相碳微球形成生坯時，在後續碳化與石墨化處理時，容易釋放出大量的揮發性成分，而造成後續所得之石墨碳材的表面，產生裂縫或缺陷而表面不完整的問題。其次，上述製程若需要在真空狀態進行碳化處理(例如上述之台灣專利所載)，在量產時會造成本的大幅提升。倘若，為了避免碳化與石墨化處理時揮發性成分逸散的問題，而放慢碳化處理的升溫速率，將會使得碳化處理時程更加冗長且更耗能。

綜言之，習知等方向性石墨材料之製程處理時間較長且耗能，而所得之石墨材料的表面容易有裂縫、甚至破裂，進而限制其應用之範圍。

因此，亟需提供一種等方向性石墨材料之製造方法，以徹底解決習知製程所得之石墨材料的表面有裂縫或缺陷，而限制其應用之範圍等問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種等方向性石墨材料的製造方法，其係將經或未經前處理之中間相碳微球， 經冷等均壓法模壓成生坯後，利用多階段碳化處理，以縮短碳化處理的時間，繼而進行石墨化處理，而形成等方向性碳質材料。

其次，本發明之另一態樣是在提供一種等方向性石墨材料，其係利用上述方法所製得，且所得之等方向性石墨材料之表面為完整無裂紋缺陷且具有良好的機械、熱學與電學性質。

根據本發明之上述態樣，提出一種等方向性石墨材料的製造方法。在一實施例中，此等方向性石墨材料的製造方法係將經或未經前處理之中間相碳微球，利用冷等均壓法進行模壓，以形成一生坯。接著，將生坯進行多階段碳化與石墨化處理，而形成等方向性石墨材料。

在上述實施例中，未經前處理的中間相碳微球之平均粒徑為20μm至30μm，其中前述之中間相碳微球具有甲苯不溶(toluene insoluble)成分(TI)以及喹啉不溶(quinoline insoluble)成分(QI)，且TI與QI之差值為0.1重量百分比(wt%)至2.0 wt%。

在上述實施例中，前述之冷等均壓法中，其係對經或未經前處理的中間相碳微球施加500 kg/cm²至3000 kg/cm²之壓力，以形成生坯。

在製成生坯後，生坯接著於第一保護氣氛之存在下，進行多階段碳化處理，以利用複數種升溫速率將生坯由室溫(約10℃至40℃)升溫至1000℃，而形成一碳化材料，其中當生坯之溫度為300℃至1000℃時，生坯之升溫速率為隨製程處理時間遞增之單調遞增函數。

在多階段碳化處理後，接著將前述之碳化材料進行石墨化處理，藉此形成等方向性石墨材料。在一例示中，上述之等方向性石墨材料之一表面為完整且不具裂紋缺陷，該等方向性石墨材料於X軸、Y軸與Z軸之熱膨脹係數之任二者的差異度為小於10%。

依據本發明一實施例，上述之多階段碳化處理之多個升溫速率更包含由室溫(約10℃至40℃)升溫至300℃之第一升溫速率、由300℃升溫至500℃之第二升溫速率、由500℃升溫至800℃之第三升溫速率以及由800℃升溫至1000℃之第四升溫速率。在此實施例中，第一升溫速率係等於或大於第二升溫速率，第三升溫速率大於第二升溫速率，且第四升溫速率大於第三升溫速率。

依據本發明一實施例，當生坯之溫度為300℃至1000℃時，上述之第三升溫速率可為第二升溫速率之2.5倍至3.5倍，而第四升溫速率可為第二升溫速率之7倍至8倍。

根據本發明之另一態樣，提出一種等方向性石墨材料，其係利用上述之等方向性石墨材料的製造方法所製得，其中所得之等方向性石墨材料具有1.75g/cm³至1.95g/cm³之密度以及50至90之蕭氏硬度。

應用本發明之等方向性石墨材料及其方法，其係將經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法模壓成生坯後，利用多階段碳化處理，可縮短整體製程時間，且由此所得之等方向性石墨材料具有較佳的等方向性、表面完整無裂紋缺陷又具有良好的機械、熱學與電學性質。

承前所述，本發明提供一種等方向性石墨材料及其製造方法，其係將經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法模壓成生坯後，利用多階段碳化處理，可獲得等方向性較佳且表面完整無裂紋缺陷之等方向性石墨材料，並縮短整體製程時間。

申言之，本發明之等方向性石墨材料的製造方法可利用下述方法製得。請參閱第1圖，其係繪示根據本發明一實施例之等方向性石墨材料的製造方法之部分流程圖。在一實施例中，此方法100可先如步驟101之所示，將前述經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法進行模壓，以形成生坯，其中前述之冷等均壓法係對上述經或未經前處理之中間相碳微球施加500 kg/cm²至3000 kg/cm²之壓力達1分鐘至10分鐘，其中前述壓力係指最大成型壓力。在其他例子中，前述之冷等均壓法係對上述經或未經前處理之中間相碳微球施加1000 kg/cm²至2000 kg/cm²之壓力。

在此實施例中，前述未經前處理之中間相碳微球之粉體原料的平均粒徑(D₅₀)為20μm至30μm，而經前處理之中間相碳微球之粉體原料的平均粒徑為1μm至10μm。一般而言，中間相碳微球之球體表面吸附適量之β-樹脂(β-resin)，使其具有良好自燒結特性，經過冷等均壓法成型、碳化、石墨化處理後，可製備高密度等方向性石墨材料。其中，中間相碳微球具有甲苯不溶(toluene insoluble)成分(以下簡稱為TI)以及喹啉不溶(quinoline insoluble)成 分(以下簡稱為QI)，而β-樹脂是指不溶於甲苯但溶於喹啉的成分，因此β-樹脂的含量係界定為TI與QI之差值。適用於本發明之中間相碳微球的β-樹脂含量極低，在一例子中，TI與QI之差值為0.1重量百分比(wt%)至2.0 wt%。在另一例子中，TI與QI之差值為0.2 wt%至2.0 wt%。在又一例子中，TI與QI之差值為0.4 wt%至2.0 wt%。

惟在此說明的是，倘若β-樹脂含量低於0.1重量百分比(wt%)，則中間相碳微球在後續碳化與石墨化處理時，其自燒結(self-sintering)性不佳，不容易形成表面完整的等方向性石墨材料。倘若β-樹脂含量大於2.0 wt%，則在後續碳化與石墨化處理時，碳微球內部溢出的揮發性成分會造成後續所得之等方向性石墨材料的表面，容易有裂縫或破裂問題。

然後，如步驟103所示，在第一保護氣氛之存在下，將前述之生坯進行多階段碳化處理，其係利用複數種升溫速率將生坯由室溫(約10℃至40℃)升溫至1000℃，而形成碳化材料。在一例子中，前述之第一保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣以及上述之任意組合。在另一例子中，前述之第一保護氣氛為氮氣。

根據本發明之一實施例，當步驟103之生坯的溫度為300℃至1000℃時，生坯之升溫速率可定義為隨製程處理時間遞增之單調遞增函數。申言之，在一例式中，步驟103之多階段碳化處理可包括但不限於由室溫(約10℃至40℃)升溫至300℃之第一升溫速率、由300℃升溫至500℃之第二升溫速率、由500℃升溫至800℃之第三升溫速率以及由 800℃升溫至1000℃之第四升溫速率，其中第一升溫速率係等於或大於第二升溫速率，第三升溫速率大於第二升溫速率，且第四升溫速率大於第三升溫速率。

上述第二升溫速率至第四升溫速率為逐步或連續變化且為隨製程處理時間遞增之單調遞增函數。多階段碳化處理由300℃升溫至1000℃時，溫度相對於製程處理時間之導數即為升溫速率，此升溫速率以不超過10℃/min為較佳。換言之，第二升溫速率、第三升溫速率以及第四升溫速率可保持恆定或隨時程而增加，其中，自第二升溫速率起，多階段碳化處理之溫度以不再下降為較佳。

舉例而言，當生坯之溫度為300℃至1000℃時，第三升溫速率可為第二升溫速率之2.5倍至3.5倍，而第四升溫速率可為第二升溫速率之7倍至8倍。由此所得之等方向性石墨材料具有較佳的等方向性且表面完整無裂紋缺陷。

在一例示中，第二升溫速率可為每分鐘0.02℃(℃/min)至1.0℃/min。在另一例示中，第二升溫速率可為0.02℃/min至0.7℃/min。在又一例示中，第二升溫速率可為0.02℃/min至0.05℃/min。

在此需說明的是，在其他實施例中，上述多個升溫速率更可各自進一步在溫度範圍更小之區間中，進行升溫速率調控。舉例而言，由500℃升溫至800℃之第三升溫速率可進一步區分為由500℃升溫至600℃之第三(1)升溫速率以及由600℃升溫至800℃之第三(2)升溫速率，其中第三(2)升溫速率可等於或大於第三(1)升溫速率。惟本發明之升溫速率調控的方式並不限於此處所舉，其他溫度範圍之區間 亦可自由地在溫度範圍更小之區間中進行升溫速率調控。

之後，如步驟105所示，在第二保護氣氛之存在下，將前述之碳化材料進行一石墨化處理，藉此形成等方向性石墨材料。在一例子中，前述之第二保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣以及上述之任意組合。在另一例子中，前述之第二保護氣氛為氬氣。

在步驟105中，前述之石墨化處理係以5.0℃/min至8.0℃/min之第五升溫速率，將前述之碳化材料加熱至溫度2500℃至3000℃並持溫30分鐘至90分鐘。在另一例子中，前述之石墨處理係以6.0℃/min至7.0℃/min之第五升溫速率，將前述之碳化材料加熱至溫度2750℃並持溫30分鐘至90分鐘。

在前述之碳化處理與石墨化處理之間，或石墨化處理之後，更可選擇性進行降溫步驟。申言之，在前述之碳化處理與石墨化處理之間，可選擇性進行第一自然降溫步驟，在不使用任何冷卻設備且於45小時至50小時，使前述之碳化材料之溫度降至25℃至40℃。

另外，在石墨化處理之後，更可選擇性進行第二自然降溫步驟，在不使用任何冷卻設備使前述之等方向性石墨材料之溫度降至25℃至40℃。前述進行第一自然降溫步驟及/或第二自然降溫步驟，可使所得之等方向性石墨材料更加緻密且表面完整無裂紋缺陷。

在此說明的是，上述所稱之「等方向性石墨材料」係指利用上述方法製得之高密度石墨材料，其表面為完整且不具裂紋缺陷，且此等方向性石墨材料於X軸、Y軸與Z 軸之熱膨脹係數之任二者的差異度為小於10%，代表其具有較佳的等方向性。其次，此等方向性石墨材料之密度為1.75 g/cm³至1.95 g/cm³，且其蕭氏硬度為50至90。在其他例子中，此等方向性石墨材料之密度為1.84 g/cm³至1.93 g/cm³，且其蕭氏硬度為58至85。

值得一提的是，本發明之等方向性石墨材料的製造方法，是直接將經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法模壓成生坯後，再利用多階段碳化處理，可縮短生坯進行碳化的處理時間並提高良率，因此本發明之方法排除進行習知之浸漬、再燒結等製程以修補裂縫。

由於本發明之等方向性石墨材料的製造方法不僅環保節能，且所得之等方向性石墨材料具有較佳等方向性、其表面完整無裂紋缺陷，又大幅提升其機械、熱學以及電學性質，進而應用於擴大其產業利用範圍並增加經濟價值。舉例而言，前述所得之等方向性石墨材料可應用於電火花加工、連續鑄造、單晶矽長晶爐等。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備等方向性石墨材料 實施例1至實施例4

實施例1至實施例4使用中間相碳微球B為原料，其中中間相碳微球B之基本資料係列於第1表(其TI為99.4%，QI為98.9%，平均粒徑(D₅₀)為21μm；中鋼碳素化 學股份有限公司)。

將約55克之上述未經前處理的中間相碳微球B，充填於內徑約25 mm的圓筒狀橡膠模具(模壁厚度1.0 mm)內，其中中間相碳微球於模具內之充填高度為約140 mm。模具蓋上同質的橡膠蓋壓實後，進行簡易包裝(例如，利用例如電氣膠布纏繞緊實)，以避免在冷等均壓操作過程中，加壓液體不慎侵入模具內而造成污染。

上述含有中間相碳微球之模具置於冷等均壓設備(CL4.5-22-30，Nikkiso Co.,Ltd.,Japan)中，加壓至約1,800 kg/cm²並於此壓力下維持至少約5分鐘。之後，洩壓至常壓，從橡膠模具中取出壓製成型的圓柱狀生坯，並將其對切為生坯樣品。此種生坯的直徑為約21 mm，長度為約55 mm。

接著，將前述生坯放入一般市售之管型氣氛爐中，例如三區溫控管型爐(堯富精密公司，台灣)，在第一保護氣氛例如氮氣之存在下，進行多階段碳化處理，其係根據第1表所列之多階段升溫條件，將前述之生坯由室溫(約10℃至40℃)加熱至1000℃，以進行碳化處理，而形成碳化材料。之後，進行第一自然降溫步驟，在不使用任何冷卻設備且於第一保護氣氛之存在下，使爐體自然降溫至低於100℃。

實施例1至實施例4所得之碳化材料的密度為1.58 g/cm³至1.63 g/cm³，蕭氏硬度為93至101，其表面為完整且不具裂紋缺陷。

實施例5

實施例5使用中間相碳微球G為原料，其中中間相碳微球G之基本資料係列於第1表(其TI為99.0%，QI為98.6%，平均粒徑(D₅₀)為24μm；中鋼碳素化學股份有限公司)。

在通氮氣作保護的情況下，將中間相碳微球G置於200℃至500℃溫度範圍內，進行6小時的熱處理。其後，利用氣引式粉碎設備(ALG-2，凌廣工業公司，台灣)進行粉碎。之後，利用粒徑分析儀(Multisizer^TM 3，Beckman Coulter,Inc.,U.S.A.)分析此中間相碳微球經粉碎後之粉體原料，其平均粒徑(D₅₀)為約7 μm。

接著，將約860克之上述經前處理的粉體，充填於內徑100 mm的圓筒狀橡膠模具(模壁厚度4.0 mm)內，其中粉碎粉體於模具內之充填高度為約160 mm。模具蓋上同質的橡膠蓋並壓實後，進行簡易包裝(例如，利用例如電氣膠布纏繞緊實)，以避免在冷等均壓操作過程中，加壓液體不慎侵入模具內而造成污染。

上述充填經前處理之中間相碳微球的模具，置於冷等均壓設備(井豐油壓公司製之濕式冷均壓機，成型室直徑130 mm、高度400 mm，最大成型壓力2500 kg/cm²)中，加壓至約1,400 kg/cm²並於此壓力下維持約5分鐘。之後，洩壓至常壓，從橡膠模具中取出壓製成型的圓柱狀生坯。如此，所製得生坯的直徑為79 mm，長度為134 mm。

接著，將前述生坯放入一般市售之氣氛爐中，在第一保護氣氛例如氮氣之存在下，進行多階段碳化處理，其係 根據第1表所列之多階段升溫條件，將前述之生坯由室溫(約10℃至40℃)加熱至1000℃，以進行碳化處理，而形成碳化材料。之後，進行第一自然降溫步驟，在不使用任何冷卻設備且於約48小時內，使爐體自然降溫至室溫(約10℃至40℃)，如此進行碳化處理所得之碳化材料，其表面完整、無裂紋缺陷，經測其密度為1.67 g/cm³。

然後，將前述碳化材料放入真空高溫爐(Vacuum Furnace Type 45，Centorr Vacuum Industries,Inc.)中，在第二保護氣氛例如氬氣之存在下，以平均6.7℃/min之第五升溫速率，將前述之碳化材料由室溫(約10℃至40℃，或約30℃)加熱至2750℃並持溫1小時，以進行石墨化處理。之後，進行第二自然降溫步驟，在不使用任何冷卻設備下，使爐體自然降溫至室溫(約10℃至40℃)附近，其中所得之石墨材料即為等方向性石墨材料。實施例5所得之等方向性石墨材料的密度為1.85 g/cm³，蕭氏硬度為58，其表面為完整且不具裂縫缺陷，且此等方向性石墨材料於各方向之熱膨脹係數其間的差異度為小於10%(其於X、Y、Z方向的熱膨脹係數均為5.7×10^-6K^-1至6.0×10^-6K^-1)。

實施例5所得之等方向性石墨材料進一步檢測其抗折強度、抗壓強度以及電阻係數，其檢測相關方法詳如後述，其結果如第2表所示。

實施例6

實施例6使用中間相碳微球M為原料，其中中間相碳微球M之基本資料係列於第1表(其TI為96.9%，QI為 95.0%，平均粒徑(D₅₀)為24μm；中鋼碳素化學股份有限公司)。

中間相碳微球M在使用前，先利用氣引式粉碎設備(同於實施例5所用者)進行粉碎；使用粒徑分析儀(同於實施例5者)分析此中間相碳微球經粉碎後之平均粒徑(D₅₀)為約5 μm。

接著，將約250克之上述經前處理的粉體，充填於內徑71 mm的圓筒狀橡膠模具(模壁厚度1.0 mm)內，其中粉碎粉體於模具內之充填高度為約118 mm。

上述充填經粉碎前處理之中間相碳微球的模具，置於冷等均壓設備(CL4.5-22-30，Nikkiso Co.,Ltd.,Japan)中中，加壓至約1,400 kg/cm²進行生坯成型。如此，所製得生坯的直徑為52 mm，長度為92 mm。

接著，將前述生坯如實施例5一般，在氣氛爐中進行多階段碳化處理，而多階段升溫條件其係根據第1表所列。如此進行碳化處理所得之碳化材料，其表面完整、無裂縫，經測其密度為1.74 g/cm³。

然後，將前述碳化材料進行石墨化處理，其方法及條件則是完全同於實施例5者。如此，所製得之等方向性石墨材料，其密度為1.93 g/cm³，蕭氏硬度為85，其表面為完整且不具裂縫缺陷，且此等方向性石墨材料於各方向之熱膨脹係數其間的差異度為小於10%(其於X、Y、Z方向的熱膨脹係數均為6.8×10^-6K^-1至7.2×10^-6K^-1)。

實施例6所得之等方向性石墨材料進一步檢測其抗折強度、抗壓強度、熱傳導係數以及電阻係數，其結果如第 2表所示。

比較例1至比較例2

比較例1至比較例2係使用與實施例1相同之方法進行冷等均壓成型、碳化及石墨化處理。不同的是，比較例1至比較例2之碳化處理的製程條件不同於實施例1，其製程條件係列於第2表。

評估碳化材料及等方向性石墨材料之效能 1.表面外觀

實施例1至實施例6所得之碳化材料與實施例5至實施例6所得之石墨材料，以及比較例1至比較例2所得之碳化材料，進一步利用目測觀察其表面之完整性，並依下列標準評估，其結果如第2表所示：○：表面完整且不具裂紋缺陷

×：表面不完整，且具有嚴重裂紋。

由第2表可得知，實施例1至實施例6所得之碳化材料與實施例5至實施例6所得之石墨材料，其表面完整且 不具裂紋缺陷或裂縫。相較之下，比較例1至比較例2所得之碳化材料與石墨材料，其表面不完整且具有裂縫；由於所製之碳化材料破裂、不完整，無法進一步進行石墨化以製出完整的等方向性石墨材料。

2.機械強度

其次，實施例1至實施例6所得之碳化材料與實施例5至實施例6所得之石墨材料進行機械強度之評估，其係利用市售之蕭氏硬度試驗機(Shore Hardness Tester,Type D,Sato Seiki Co.,Japan)測量蕭氏硬度(Shore硬度；Hs)，利用ASTM(American Society for Testing and Materials)C651之測試方法與Sintech 10/GL材料試驗機(MTS Test Systems Co.,U.S.A.)測量抗折強度，並利用ASTM C695之測試方法與Sintech 10/GL材料試驗機測量抗壓強度，其結果如第2表所示。

由第2表可得知，實施例5至實施例6所得之等方向性石墨材料，其蕭氏硬度為58至85，抗折強度為32 MPa至44 MPa，抗壓強度為68 MPa至120 MPa

依照這些比較例之製程條件進行碳化處理後，所製出之碳化材料坯體表面皆有嚴重裂縫，亦即無法製出完整的碳化材料；也因而無法進一步以石墨化處理製出完整的等方向性石墨材料。與實施例1至實施例4作比較，比較例1至比較例2無法製得完整的石墨材料的原因，是在碳化處理時某些溫度區段的加溫速率太快。

3.熱學與電學性質

再者，實施例5與實施例6所得之等方向性石墨材料進行熱學與電學性質之評估，其係利用ASTM C714與ASTM E228之測試方法測量熱傳導係數以及熱膨脹係數，並利用ASTM C611之測試方法測量電阻係數，其結果如第2表所示。

由第2表可得知，實施例5與實施例6所得之等方向性石墨材料，其熱傳導係數在40 W/mK附近，熱膨脹係數為5.7×10^-6/K至7.2×10^-6/K，電阻係數為6.6 μ Ω m至10.8 μ Ω m。

其次，由第2表之結果可得知，實施例1至6將未經或經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法進行模壓，以形成生坯後，利用多階段碳化處理，可縮短進行碳化及石墨化的處理時間，並進而製出表面完整且不具裂紋缺陷之碳化材料以及等方向性石墨材料，而且等方向性石墨材料的性質良好，因此確實可達到本發明之目的。

惟在此需補充的是，本發明之等方向性石墨材料及其製造方法亦可使用其他中間相碳微球或其他反應條件等進行，此為本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者所熟知，故不另贅述。

綜言之，由上述本發明實施方式可知，應用本發明之等方向性石墨材料及其製造方法，其優點在於將經或未經前處理之中間相碳微球，經冷等均壓法模壓成生坯後，利用多階段碳化處理，可縮短碳化處理時間，且所得之等方向性石墨材料的表面為完整、無裂紋缺陷且等方向性佳， 更大幅提升其機械、熱學以及電學性質，進而增加其產業應用範圍，提高其經濟價值，例如可應用於電火花加工、連續鑄造、單晶矽長晶爐等。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧方法

101‧‧‧將經或未經前處理的中間相碳微球，經由冷等均壓法模壓成生坯之步驟

103‧‧‧將生坯進行多階段碳化處理，以形成碳化材料之步驟

105‧‧‧將碳化材料進行石墨化處理，以形成等方向性石墨材料之步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示根據本發明一實施例之等方向性石墨材料的製造方法的部分流程圖。

100‧‧‧方法

101‧‧‧將經或未經前處理的中間相碳微球，經由冷等均壓法模壓成生坯之步驟

103‧‧‧將生坯進行多階段碳化處理，以形成碳化材料之步驟

105‧‧‧將碳化材料進行石墨化處理，以形成等方向性石墨材料之步驟

Claims (13)

1. 一種等方向性石墨材料的製造方法，包含：將經或未經一前處理之中間相碳微球，經由一冷等均壓法進行模壓，以形成一生坯，其中未經該前處理之該中間相碳微球之TI與QI的差值為0.1重量百分比(wt%)至2.0 wt%；在一第一保護氣氛之存在下，將該生坯進行一多階段碳化處理，以利用複數種升溫速率將該生坯由室溫(10℃至40℃)升溫至1000℃，而形成一碳化材料，其中當該生坯之一溫度為300℃至1000℃時，該生坯之一升溫速率為隨一製程處理時間遞增之一單調遞增函數；以及在一第二保護氣氛之存在下，將該碳化材料進行一石墨化處理，藉此形成該等方向性石墨材料，其中該等方向性石墨材料之一表面為完整無裂紋缺陷，且該等方向性石墨材料於X軸、Y軸與Z軸之熱膨脹係數之任二者的差異度為小於10%。
2. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該冷等均壓法係對該粉體原料施加500 kg/cm²至3000 kg/cm²之壓力以形成該生坯。
3. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該冷等均壓法係對該粉體原料施加1000 kg/cm²至2000 kg/cm²之壓力以形成該生坯。
4. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該前處理為一粉碎處理。
5. 如請求項4所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該前處理在該粉碎處理之前，更至少包含一熱處理。
6. 如請求項4所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中經該前處理之該中間相碳微球之一粉體原料的平均粒徑為1μm至10μm。
7. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該第一保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣以及上述之任意組合。
8. 如請求項7所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該第一保護氣氛為氮氣。
9. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該多階段碳化處理之該些升溫速率包含由室溫(10℃至40℃)升溫至300℃之一第一升溫速率、由300℃升溫至500℃之一第二升溫速率、由500℃升溫至800℃之一第三升溫速率以及由800℃升溫至1000℃之一第四升溫速率，該第一升溫速率係等於或大於該第二升溫速率，該第三升溫速率大於該第二升溫速率，且該第四升溫速率大於該第三升溫速率。
10. 如請求項9所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中當該生坯之該溫度為300℃至1000℃時，該第三升溫速率為該第二升溫速率之2.5倍至3.5倍，而該第四升溫速率為該第二升溫速率之7倍至8倍。
11. 如請求項1所述之等方向性石墨材料的製造方法，其中該第二保護氣氛為氮氣、氬氣、氦氣以及上述之任意組合。
12. 一種等方向性石墨材料，其係利用如請求項1至11任一項所述之等方向性石墨材料的製造方法所製得，其中該等方向性石墨材料具有1.75g/cm³至1.95g/cm³之密度以及50至90之蕭氏硬度。
13. 如請求項12所述之等方向性石墨材料，其中該等方向性石墨材料具有1.85 g/cm³至1.93 g/cm³之密度以及58至85之蕭氏硬度。