JPS5835948B2

JPS5835948B2 - 耐熱性黒鉛シ−トの製造方法

Info

Publication number: JPS5835948B2
Application number: JP54056796A
Authority: JP
Inventors: 守雄安斎; 一夫宮道; 文三佐藤
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1979-05-09
Filing date: 1979-05-09
Publication date: 1983-08-05
Also published as: JPS55149173A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は耐熱性、特に高温雰囲気下での加熱衝撃に対す
る抵抗性（耐スパツタ性）に優れた黒鉛シートを容易に
、かつ確実に製造することのできる製造方法に関するも
のである。

一般に、炭素や黒鉛は酸化性雰囲気下での長時間の加熱
に対しては抵抗性が低く、黒鉛でさえも４５０℃以上の
高温に長時間加熱されると、次第に飛散し、減量するが
、他方、耐炎性、即ち十数百度の炎に短時間触れたとき
の火炎に対する抵抗性や、耐スパツタ性、即ち溶接時に
発生する溶融金属の微細片からなる飛び散り火に対する
抵抗性等のごとき短時間の加熱衝撃に対する抵抗性等が
比較的優れており、耐炎性や耐スパツタ性を具備するシ
ートとして炭素繊維シートや膨張黒鉛を加圧、圧縮成形
した黒鉛シートが使用されている。

しかしながら前者の炭素繊維シートは、その製作が繁雑
で、勢い高価格となりやすいという欠点を有するし、ま
た後者の黒鉛シートは亀裂や剥離が発生しやすく、特に
８００℃以上の高温雰囲気下における溶融金属の微細片
からなる飛び散り火のごとき急速な加熱衝撃に対する抵
抗性が低く、前述の剥離現象が更に促進されて剥離した
膨れ上り部分が顕著に発生するという欠点を有する。

本発明は特許請求の範囲に記載した構成とすることによ
り、前述のごとき欠点のない、優れた耐炎性及び耐スパ
ツタ性、特に高温雰囲気下における優れた耐スパツタ性
を具備する黒鉛シートを容易に、かつ確実に製造するこ
とのできる製造方法を提供するものである。

本発明においては黒鉛シートの成形材料としてアルミニ
ウム粉末２〜２０重量％と膨張黒鉛粒子９８〜８０重量
％との混合材料を使用するものであるが、こ＼で使用す
る膨張黒鉛粒子は、例えば黒鉛層間化合物を膨張剤の使
用のもとに３００℃以上に加熱してＣ軸方向に層間を伸
張させる等の公知の方法によって得られるものである。

本発明においては、前述の膨張黒鉛粒子に２〜２０重量
％のアルミニウム粉末を添加、混合した成形材料を使用
することにより、膨張黒鉛粒子のみの成形材料を使用し
た黒鉛シートにはみられない高温雰囲気下での急速な加
熱衝撃に対して極めて優れた抵抗性を具備する黒鉛シー
トを得るものである。

本発明において、膨張黒鉛粒子にアルミニウム粉末を添
加、混合した成形材料からの黒鉛シートが、高温雰囲気
下での急速な加熱衝撃に極めて高い抵抗性を発揮するの
は、成形材料たる膨張黒鉛粒子とアルミニウム粒子との
親和性が大きいことにあるものと推定される。

このことは、膨張黒鉛粒子９２．５重量％とアルミニウ
ム粉末７．５重量％とを良く混合し、これを３０分以上
静置してから膨張黒鉛粒子をピンセットで取り出し、軽
く振動を加えて余分の金属粉末を除去し、倍率１６０倍
で撮影した顕微鏡写真を示す第１図からも明らかである
。

すなわち、第１図における顕微鏡写真には、アルミニウ
ム粉末が長さ数ミリメートルの膨張黒鉛粒子の表面を覆
うようにして固着している状態が示されており、膨張黒
鉛粒子−アルミニウム粒子間の親和力が、アルミニウム
粒子同土間の親和力より強い状態が表示されている。

したがって、本発明の黒鉛シートの製造工程においては
、加圧、圧縮によるシート成形の際にさえも、成形材料
中のアルミニウム粉末が膨張黒鉛粒子の接着剤としての
機能を果し、シートの構造を緻密化させるので、成形シ
ートが膨れ上がったりまたは剥離したりすることの原因
となる空泡の発生を阻止するものと考えられる。

本発明の第２番目の製造方法は、上述のごとくして得ら
れた黒鉛シートを、さらに針状凸起を有するニードリン
グ装置にかけてパンチングを施し、再度加圧、圧縮する
ものであるが、このニードルパンチングの操作によって
、特許請求の範囲第１番目の製造方法で得られる黒鉛シ
ート中に残存する閉じ込められた小空泡をも消去するも
のであり、かかるニードルパンチング操作によって、得
られる黒鉛シートの高温雰囲気下での急速な加熱衝撃に
対する抵抗性を更に高めることができる。

このニードルパンチングは、繊維同士の絡み合わせに使
用される練針状突起を有する通常のニードリング針によ
るものではなく、剣山のごとき、単一の針が多数曲設さ
れたニードリング針を使用して行うものであり、ニード
ルパンチングの密度は４〜２５個／−程度で十分にその
効果が現出される。

因みにアルミニウム粉末の代りに銅粉末または二酸化チ
タン粉末を使用した場合、即ち銅粉末２４．７重量％と
膨張黒鉛粒子７５．３重量％との混合物、及び二酸化チ
タン粉末１０．６重量％と膨張黒鉛粒子８９．４重量％
との混合物をそれぞれ良く混合し、これを３０分以上静
置してから膨張黒鉛粒子をピンセットで取り出し、軽く
振動を加えて余分の金属粉末を除去し、倍率１６０倍で
撮影した顕微鏡写真を第２図および第３図に示す。

銅粉末を使用した場合には、銅の比重が大きいことも起
因していると思われるが、第２図から明らかなように、
銅粉末の付着箇所がアルミニウム粉末の場合の付着箇所
より少なく、銅粉末は膨張黒鉛粒子の凹所にはまり込む
か、あるいはひっかかっているだけのようである。

更に、二酸化チタン粉末を使用した場合は、第３図から
明らかなように、二酸化チタン粒子の二次凝集により、
二酸化チタン粒子同士の集合した形態が観察でき、膨張
黒鉛粒子−二酸化チタン粒子間の懇冴ロカより、二酸化
チタン粒子同土間の親和力の方が強いことが明らかであ
り、二硫化モリブデン粉末を使用した場合には、この二
酸化チタン粉末の場合と略同様の挙動を示すことが観察
されている。

以上の通りの実験結果からも、膨張黒鉛粒子を成形材料
とする黒鉛シートの製造において、耐炎性や耐スパツタ
リング性等の優れた効果を附与するために膨張黒鉛粒子
に添加、混合される金属粉末はアルミニウムが極めて効
果的であることが明らかである。

本発明においては、上述のごとく膨張黒鉛粒子の接着剤
としての機能をアルミニウム粉末によって発現させてい
るが、このアルミニウム粉末が、膨張黒鉛粒子とアルミ
ニウム粉末とからなる成形材料中の２重量％未満ではこ
の効果が発揮されず、本発明の目的とするシートは得ら
れないし、また２０重量％以上になるとアルミニウム粉
末の脱落が著しく、無駄になるばかりか、成形シートの
表面にも析出するので、本発明の目的とするシートが得
られないので、アルミニウム粉末の混合割合は、成形材
料中の２〜２０重量％の範囲内でなければならない。

また、アルミニウム粉末の混合割合が１０重量％以上に
なると次第に混合の安定性が悪くなり、アルミニウム粉
末の脱落が起り始めるので、好ましくは２〜１０重量％
の範囲内で使用するのが良いが、２０重量％以下だった
ら、混合直後直ちに圧縮、成形工程に付すことによって
、アルミニウム粉末の脱落を防止することができる。

以下膨張黒鉛粒子に金属粉末または金属化合物の粉末を
混合した場合の混合性、およびこの混合物から成形した
黒鉛シートの耐熱性試験について説明する。

試験０）シートの成形方法（Ａ法）（１）膨張黒鉛粒子と金属粉末または金属化合物とを第
１表に示す混合割合で混合する。

（２）得られた混合物を１００ｋｇ／ｃｒｉｔの成形
圧で加圧、圧縮してシート状とする。

（３）更に、金属ローラーに２回通して厚さ１．４０〜
１．４５ｍｍの黒鉛シートを得る。

シートの成形方法（Ｂ法）シートの成形方法Ａ法における（１）（２）工程に続い
て、（３）得られたシートをニードルパンチング装置に通し
て上、千両方向から微細孔を穿設する。

（４）更に、金属ローラーに２回通して厚さ１．４０〜
１，４５の黒鉛シートを得る。

試験項目混合性：（１）工程で得られる混合物の一部を採り出し、顕微鏡
（倍率１６０）で観察した。

耐熱性：Ａ法の（３）及びＢ法の（４）で得られた黒鉛シートを
赤熱した家庭用１゜５ｋＷの電熱ヒーターの上に１０分
間放置した結果を観察した。

試験（ロ）シートの成形方法アルミニウム粉末を第２表及び第３表に示す混合割合で
、膨張黒鉛粒子に静かに混合し、以下前記試験（イ）に
おけるシートの成形方法〜Ｂ）にそれぞれ準じて黒鉛シ
ートを得る。

試験項目引張り強伸度：得られた黒鉛シートを、測定部分の幅１０％にダンベル
状に打ち抜き、テンシロン抗張力試験器で、測定長８０
％、引張速度１ｍｍ／ｍ１ｙｔで測定した１０個の平均
値を第２表に示す。

耐熱性：得られた黒鉛シートを、赤熱した家庭用１．５ｋＷの電
熱ヒーターの上に１０分間放置した結果の“膨れ上がり
部”の状態により、次のような等経本中に区分して第２
表に示す。

第２表の結果より、アルミニウム粉末を添加、混合して
シート状に形成した場合のアルミニウム粉末の添加、混
合による強度の低下の虞れは全く無く、混合比率４〜６
％程度ではむしろ増大する傾向さえ認められる。

また、アルミニウム粉末の添加、混合による耐熱性の効
果は、混合比率２％程度で現出されるが、４％以上にな
ると、耐熱性試験による膨れ上がり部の発生が殆ど無く
なる。

尚、参考までに、前記試験（ロ）で使用したシート番号
１の耐熱性試験前のシートの表面の写真（平面縮尺％）
を第４図Ａで、耐熱性試験後のシートの表面の写真を第
４図Ｂで示し、同じくシート番号５の耐熱性試験前のシ
ートの表面の写真を第５図Ａで、耐熱性試験後のシート
の表面の写真を第５図Ｂで示すが、本発明方法によって
得られたシートは、耐熱性試験の前、後で目立った変化
がみられないのに対して、アルミニウム粉末の添加、混
合のないシートを耐熱性試験に付したものは、耐熱性試
験による大きな膨れ上がり部が発生しているのが観察さ
れる。

試験（ハ）前記試験口）のシートの成形方法にしたがって得られた
シート番号１，３，５を使用して、次の通りの方法に従
ってスパッタ試験を行った。

スパッタ試験：得られたシートを水平に載置し、その上方２５αの位置
で、鉄片を電気熔接器（出カニ８ｋｖＡ）で溶断
し、発生するスパッタをシート上に落下させ、シートに
発生する膨れ上がりの状態を観察する。

シート番号１のスパッタ試験後のシートの表面の写真（
平面縮尺％）を第６図で示し、同じく、シート番号３の
スパッタ試験前のシートの表面の写真を第１図Ａで、ス
パッタ試験後のシートの表面の写真を第７図Ｂで示し、
同じくシート番号５のスパッタ試験後のシートの表面の
写真を第８図で示した。

第６図にみられるようにアルミニウム粉末の添加、混合
してないシートは、スパッタ試験によってシート全所に
膨れ上がり部が発生しており、これが微細なスパッタの
落下箇所にも発生していることが観察できるが、第７図
Ｂでは、膨れ上がり部の発生が大巾に減少しており、第
８図では、鉄の大きな溶断片が落下、付着した箇所以外
には全く膨れ上がり部の発生が殆ど皆無であることが明
確に観察できる。

尚、以上の第６図、第７図Ｂおよび第８図で示される写
真において、写真略中夫に存在する塊状体はスパッタの
落下によって生成した鉄塊であって、シート面に発生し
た膨れ上がり部は第６図の鉄塊の周囲にみられる雲状の
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は膨張黒鉛粒子とアルミニウム粉末との混合物の
顕微鏡写真、第２図は膨張黒鉛粒子と二酸化チタン粉末
との混合物の顕微鏡写真、第３図は膨張黒鉛粒子と銅粉
末との混合物の顕微鏡写真、第４図Ａはアルミニウム粉
末の添加されてない黒鉛シートの表面の写真、第４図Ｂ
はその耐熱性試験後の写真、第５図Ａは本発明の１実施
例によって製造された黒鉛シートの表面の写真、第５図
Ｂはその耐熱性試験後の写真、第６図は第４図Ａに示さ
れる黒鉛シートのスパッタ試験後の写真、第７図Ａは本
発明の別の実施例によって製造された黒鉛シートの表面
の写真、第７図Ｂはそのスパッタ試験後の写真、第８図
は第５図Ａに示される黒鉛シートのスパッタ試験後の写
真である。

Claims

【特許請求の範囲】１アルミニウム粉末２〜２０重量％と膨張黒鉛粒子９
８〜８０重量％との混合材料を、加圧、圧縮させてシー
ト状に形成することを特徴とする耐熱性黒鉛シートの製
造方法。２アルミニウム粉末２〜２０重量％と膨張黒鉛粒子９
８〜８０重量％との混合材料を加圧、圧縮させてシート
状に形成し、得られたシートをニードルパンチングし、
更に加圧、圧縮することを特徴とする耐熱性黒鉛シート
の製造方法。