JPS581043B2 - 黒鉛基材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は黒鉛基材の製造方法に関し、より詳細には調整
された熱膨脹係数を有する黒鉛基材の製造方法に関する
。

従来から黒鉛は熱的に安定なこと、高温強度が大きいこ
と、熱および電気の良導体であること等によって極めて
優れた高温材料であることが知られている。

しかし、高温の酸化雰囲気中では容易に酸化されて揮発
性の酸化物を生じ、消耗してしまう致命的な欠陥があり
、黒鉛を発熱体等に使用する場合は、ＳｉＣやＮｂＣの
ような耐酸化性物質の皮膜で表面を被覆し、保護するこ
とが必要とされている。

ところが黒鉛は炭素六員環の網平面が層状に重なった構
造であるために異方性を示し、かつ黒鉛製造過程で生ず
る気泡、クラツク等が熱膨脹を一部吸収するので、黒鉛
全体の熱膨脹係数は黒鉛結晶から予測される平均熱膨脹
係数よりかなり低くなり、ＳｉＣやＮｂＣのような皮膜
材料の熱膨脹係数と一致しない。

その結果、黒鉛基材を皮膜材料で被覆し、加熱すると黒
鉛の異方性に起因する異方的な応力と共に、皮膜が黒鉛
基材よりも大きく膨脹するので黒鉛一皮膜間に引張り応
力を生じ、皮膜が破損し、黒鉛基材が露出して容易に酸
化されてしまう。

そこで本発明者らはかかる欠陥を排除するため、出来る
限り等方性でかつ均質性にすぐれ、皮膜材料の熱膨脹係
数に対応して巾広い範囲で熱膨脹係数を調節できる黒鉛
基材の開発について鋭意検討を行ない、本発明を完成し
た。

本発明はＳｉＣやＮｂＣのような耐酸化性、耐蝕性皮膜
を表面に被覆して性能を高めるのに適した黒鋭基材の製
造方法を目的とし、耐酸化性、耐蝕性皮膜の熱膨脹係数
にあわせて調整し得る熱膨脹係数を有する黒鉛基材の製
造方法を提供するものである。

すなわち、本発明の黒鉛基材の製造方法は、焼成により
光学的異方性領域が２０ミクロン以下のコークスを与え
る有機物質（Ａ）と、焼成により光学的異方性領域が２
０ミクロン以上のコークスを与える有機物質（Ｂ）とを
混合して焼成し、得られたコークスに等方質炭素組織を
与えるタールピッチ系バインダーを加えて混練し、次い
でこの混練物を黒鉛化することを特徴とするものである
。

ここで本発明の黒鉛基材の製造方法を用いる有機物質（
Ａ）はナフタリン、フエナンスレン、クマリンの如き芳
香族炭化水素、カルバゾール、アクリジンの如きヘテロ
環状化合物、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、および溶
剤不溶成分を多量に含むコールタールや蒸留残査油など
である。

かかる有機物質（Ａ）は焼成によって微晶質のモザイク
組織を有するコークスを与えるものであり、その光学的
異方性領域は、通常では２０ミクロン以下、好ましくは
１〜１０ミクロンである。

次に本発明で用いる有機物質（Ｂ）は、アントラセン、
ピレン、アセナフチレン、アセナフテンの如き芳香族炭
化水素、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、溶剤
不溶成分の少ないコールタールや蒸留残査油なとである
。

これら有機物質（Ｂ）は焼成によってモザイク組織コー
クス、または流動縞模様組織コークスを与え、そのコー
クスの光学異方性領域は一般的には２０ミクロン以上、
好ましくは５０ミクロン程度である。

有機物質（Ａ）と有機物質（Ｂ）との混合は液相または
溶融状態で行なうことが好ましく、この処理によって黒
鉛基材の均質性の向上がはかられる。

また、有機物質（Ａ）と有機物質（Ｂ）との混合比は、
混合物の焼成、バインダー添加後の黒鉛化によって得ら
れた黒鉛基材の熱膨脹係数が、黒鉛基材の表面に被覆さ
れる皮膜材料の熱膨脹係数に合致するように配慮して決
定されるものであり、使用する皮膜材料の種類に対応し
て適宜混合比を決定することができる。

有機物質（５）と（Ｂ）との混合物の焼成は空気を遮断
し、不活性ガスの存在下に、通常は５５０〜８５０℃、
好ましくは７５０〜８５０℃で行なう。

焼成時間は有機物質（５）および（Ｂ）の種類、および
それぞれの混合量にもよるが、一般には４〜６時間、好
ましくは５〜６時間である。

焼成後、得られたコークスは１０００℃に仮焼し２００
メッシュを通過する程度に粉砕し、バインダーを加えて
混練りする。

バインダーは通常の黒鉛化に使用されるピッチ、タール
等であり、その添加量はコークス重量に対して通常２５
〜５０重量％、好ましくは３５〜４５重量％である。

混練物の黒鉛化は、同様に空気を遮断し、不活性ガスの
存在下で行ない、黒鉛化温度は一般的には２５００℃以
上であり、黒鉛化時間は通常では２．５〜３．０時間で
ある。

なお、黒鉛化に先立って混練物を目的に応じて一定の形
状に成形し、しかる後に黒鉛化することもできる。

また、混練物を黒鉛化温度に昇温する以前に、前述の焼
成温度に保持して焼成を行ない、次いで黒鉛化温度まで
昇温しても良い。

かかる本発明の黒鉛基材の製造方法によれば、微細なク
ラツクや気泡が発生し易い有機物質（Ａ）および（Ｂ）
）に由来する光学的異方性の炭素組織が、バインダーに
由来する等方質炭素組織で包囲されて、黒鉛製造過程で
生ずる気泡、クラツクが熱膨脹を吸収することがなくな
り、全体としてほぼ等方性となり、かつ比較的大きな熱
膨脹係数の黒鉛を与える有機物質（Ａ）と、比較的小さ
な熱膨脹係数の黒鉛を与える有機物質（Ｂノとを任意の
割合で混合することによって、種々の皮膜材料の熱膨脹
係数に合致した熱膨脹係数を有する黒鉛基材を容易に得
ることができる。

したがって、本発明の製造方法にかかる黒鉛基材を、膨
脹係数が合致した皮膜材料で被覆すれば加熱による皮膜
の破損もなく、高温材料としての黒鉛の特性を十分に発
揮することができる。

また、本発明では、有機物質（Ａ）および（Ｂ）を焼成
する以前に混合し、しかる後に焼成しているので、混合
が極めて容易であり、粉砕、混合などの特別の操作や手
間を全く必要としない。

有機物質（５）と（Ｂ）は加熱しただけで容易に溶融、
液化し、簡単に混合することができる。

従って、焼成、黒鉛化によって得られた黒鉛基材の熱膨
脹率を均一化することができる。

このように、粉砕、混合のための操作、手間を必要とし
ないことは、工程の減少と生産コストの低減をはかるう
えでも有利である。

次に本発明の実施例を述べる。

なお、本発明はかかる実施例によって限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想の及ぶ範囲内において自由
に変更できるものである。

実施例 １ 容量５ｌのオートクレープにフェナンスレンおよびアン
トラセンを混合比を変えて合計３０ｋｇを仕込み、オー
トクレープを密閉後、窒素ガスを５０ｋｇ／ｃｍ２まで
封入して空気を排除した。

して半時間保ち、炭化した。

このときの炭化率は６９〜７２％であった。

得られたコークスを１０００℃に加熱したときの熱膨脹
係数および加熱時の寸法収縮を第１表に示す。

第１表からフエナンスレンとアントラセンの混合比を変
えることによってコークスの熱膨脹係数を変化させ得る
ことが明らかである。

次に、これら混合比の異なるコークスを２００メッシュ
に粉砕し、２６重量％のコールタールピッチをバインダ
ーとして加え、混練りしたのち、１００×１００×３０
ｍｍの角材に型込め、成型し、１１００℃まで焼成し、
さらに２５００℃で黒鉛化した。

かくして得られた黒鉛基材の熱膨脹係数と原料組成との
関係を図に示す。

図から明らかなように、原料組成を変えることによって
、熱膨脹係数がほぼ３． ５ × １ ０ −６／℃か
ら７． ５ × １ ０−６／’Ｃまでの任意の値を持
つ黒鉛基材が得られる。

したがって、たとえば、耐酸化皮膜としてＳｉＣ（熱膨
脹係数５．Ｏ Ｘ １ ０−６／℃）を選ぶならば、フ
エナンスレン４０部、アントラセン６０部の混合物を原
料として得られるコークスを黒鉛化すれば良いことがわ
かる。

実施例 ２ ナフタリンとアセナフチレンの混合物を混合比を変えて
実施例１と同様に炭化し、バインダーを加えたのち、１
０００℃に焼成し、さらに２５００℃で黒鉛化した。

得られた黒鉛基材の組成と熱膨脹係数との関係を第２表
に示す。

第２表からも明らかなように、ＳｉＣを皮膜材料として
使用するときは、ナフタリン／アセナフチレンの混合比
がほぼ３／１の原料を用いれば良いことがわかる。

【図面の簡単な説明】

図は黒鉛基材の原料組成と熱膨脹係数との関係を示すグ
ラフである。 なお図においてＰｈ．はフェナンスレン、Ａｎ．はアン
トラセンを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 焼成により光学的異方性領域が２０ミクロン以下の
   コークスを与える有機物質（Ａ）と、焼成により光学的
   異方性領域が２０ミクロン以上のコークスを与える有機
   物質の（Ｂ）とを混合して焼成し、得られたコークスに
   等方質炭素組織を与えるタールピッチ系バインダーを加
   えて混練し、次いでこの混練物を黒鉛化することを特徴
   とする黒鉛基材の製造方法。