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长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法

  • 专利名称
    长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法
  • 发明者
    小仓浩昭, 丰田纯二, 早川宏, 野崎秀彦
  • 公开日
    2005年2月2日
  • 申请日期
    2004年6月11日
  • 优先权日
    2003年6月11日
  • 申请人
    东洋炭素株式会社
  • 文档编号
    C04B41/51GK1572480SQ20041004903
  • 关键字
  • 权利要求
    1.长尺寸碳成形体,该成形体是纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体,其成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下2.根据权利要求1所记载的长尺寸碳成形体,所述成形体的原料粉末是将碳质填充物与粘合剂混炼并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm的粉末3.根据权利要求2所记载的长尺寸碳成形体,所述原料粉末通过干式静水压压制成形而成形为规定的形状4.长尺寸碳制品,该长尺寸碳制品是纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品,是成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品5.根据权利要求4所记载的长尺寸碳制品,经热处理后的平均气孔半径在10μm或以下6.根据权利要求4或5所记载的长尺寸碳制品,该长尺寸碳制品含浸和/或包覆选自金属、陶瓷、碳、树脂中的至少一种或以上7.根据权利要求4~6中任何一项所记载的长尺寸碳制品,所述长尺寸碳成形体是将碳质填充物与粘合剂混炼并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm的原料粉末通过干式静水压压制成形而形成规定的形状的成形体8.长尺寸碳成形体的制造方法,将碳质填充物与粘合剂混炼并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm的原料粉末进行干式静水压压制成形,使成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~209.根据权利要求8所记载的长尺寸碳成形体的制造方法,于所述干式静水压压制成形时,在与所述原料粉末相接的部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料10.长尺寸碳制品的制造方法,将碳质填充物与粘合剂混炼,并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm的原料粉末,将该原料粉末进行干式静水压压制成形,得到成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体,对其进行热处理11.根据权利要求10所记载的长尺寸碳成形体的制造方法,于所述干式静水压压制成形时,在与所述原料粉末相接的部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料12.根据权利要求1所记载的长尺寸碳成形体,所述成形体的原料粉末是将碳质填充物与粘合剂混炼且粉碎并于所述粉碎后与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末中的至少一种或以上混合而制成13.根据权利要求12所记载的长尺寸碳成形体,其中进行所述粉碎使得平均粒径在10~100μm14.根据权利要求12所记载的长尺寸碳成形体,所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的平均粒径在5~100μm15.根据权利要求12所记载的长尺寸碳成形体,在所述原料粉末中所述碳质填充物与所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末)在0.01~116.根据权利要求12~15中任何一项所记载的长尺寸碳成形体,所述原料粉末通过干式静水压压制成形而成形为规定的形状17.长尺寸碳制品,该长尺寸碳制品是纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品,是经热处理的成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.10Mg/m3或以下的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品18.根据权利要求17所记载的长尺寸碳制品,其中经过热处理后的平均气孔半径在10μm或以下19.根据权利要求17或18所记载的长尺寸碳制品,其中含浸和/或包覆选自金属、陶瓷、碳、树脂中的至少一种或以上20.根据权利要求17或18所记载的长尺寸碳制品,其中碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末)在0.01~1,其是通过将原料粉末用干式静水压压制成形而成形为规定形状的制品,所述原料粉末是将所述碳质填充物与粘合剂混炼并粉碎成平均粒径10~100μm,与平均粒径5~100μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末相混合而得到的21.长尺寸碳成形体的制造方法,为了使碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末)在0.01~1,将碳质填充物与粘合剂混炼并粉碎成平均粒径10~100μm,与平均粒径5~100μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末相混合而形成原料粉末,将该原料粉末进行干式静水压压制成形,使得成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~2022.根据权利要求21所记载的长尺寸碳成形体的制造方法,于所述干式静水压压制成形时,在与所述原料粉末相接的部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料23.长尺寸碳成形体的制造方法,为了使碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末)在0.01~1.0,将碳质填充物与粘合剂混炼并粉碎成平均粒径10~100μm,与平均粒径5~100μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末相混合而形成原料粉末,将该原料粉末进行干式静水压压制成形,得到成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体,对其进行热处理24.根据权利要求23所记载的长尺寸碳制品的制造方法,于所述干式静水压压制成形时,在与所述原料粉末相接的部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料25.根据权利要求12~16中任何一项所记载的长尺寸碳成形体,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末26.根据权利要求20所记载的长尺寸碳制品,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末27.根据权利要求21或22所记载的长尺寸碳成形体的制造方法,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末28.根据权利要求23或24所记载的长尺寸碳制品的制造方法,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末
  • 技术领域
    本发明涉及轴方向长度的纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法
  • 背景技术
  • 专利详情
  • 全文pdf
  • 权力要求
  • 说明书
  • 法律状态
专利名称:长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法 碳制品是通过在粉碎成数μm的石油焦和煤焦中添加煤焦油沥青等粘合剂、经混炼和再粉碎以及粒度调整的成形用粉末,由冷等压成形(或以下称CIP)、金属模成形等成形手段成形为方柱形或圆柱形料块后,经热处理和机械加工而制造的。但是,用这些从前的方法为了得到目标的长尺寸的碳制品,切取碳料块,经粗加工后对制品形状进行精密加工,所以碳料块本身的浪费过多、加工时间也长、成品率较低,因此碳制品的制造成本增高。又,碳制品从原料粉末等的准备直到制成制品出厂所需要的时间与其它材料(例如金属制品)相比极长,有时甚至要近1年时间。又,长尺寸碳制品,到目前为止例如是由专利文献1所记载的挤压成形进行成形、经过热处理而制造的。又,通过将成形用碳粉末直接成形为制品形状,尽量省略从碳料块切取的麻烦手续、并且尽量减少由加工产生的浪费的边角料量,使碳制品的成品率提高,即不断地采用所谓的近终形(ニアシエイプ)方式。作为该近终形方式,例如在专利文献2、专利文献3中也曾经公开过。它们是涉及将芯棒插入干式CIP装置的处理室内、将处理室划分为2室或以上、能提高生产效率的干式CIP装置。专利文献1特开平9-115662号公报专利文献2特开平3-146300号公报专利文献3特开2000-33609号公报但是,例如在专利文献1所记载那样的挤压成形品的场合,于挤压成形后进行热处理、石墨化的场合下,对挤压成形的方向成垂直的方向形成石墨层,成为具有各向异性的石墨材料,存在其用途受到限制的问题。又,专利文献2和专利文献3所记载的近终形方式能够成形的成形体的形状受到限制。例如,在断面是コ字型形状等的成形的场合(参照专利文件2的图1),橡胶模、芯棒将成为复杂的形状。
又,碳粉末与其它的陶瓷粉末不同,流动性差,因此在采用近终形方式时由于成形体的形状缘故,有时碳成形体产生裂纹等缺陷。尤其是纵横尺寸比在3或以上的长尺寸成形体的场合,发生成形体的扭曲、弯曲或者端部与中央部位的壁厚不同等问题。又,即使成形没有问题,在接着的热处理工序碳成形体收缩,有时不能得到规定尺寸的碳制品。


因此,本发明的目的在于提供没有扭曲、弯曲等的即使在热处理的场合也能够得到裂纹等发生较少的规定尺寸的碳制品的批量生产性良好的长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法。
为了解决所述课题,本发明者反复潜心地研究发现,即使是流动性差的碳粉末,将其与粘合剂混炼并在混炼后将粉碎到平均粒径1~150μm的原料粉末充填到干式静水压压制成形(或以下称Dry-CIP)用的橡胶模中,通过成形能够得到纵横尺寸比在3~20、成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下的长尺寸的碳成形体,又即使进行石墨化等热处理的场合,发现能够形成抑制扭曲和弯曲等的长尺寸的碳制品,完成本发明。
即,有关本发明的长尺寸碳成形体是,纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体,成形体的密度的不均匀性(松密度最大值-松密度最小值)对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下,优选地是在0.03Mg/m3或以下。又,所述成形体的原料粉末是将碳粉末或石墨粉末与粘合剂相混炼,混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm、优选地是5~100μm、更优选地是10~50μm的粉末为宜。又,对所述原料粉末通过干式静水压压制成形而成形为规定形状是较为优选的。这里所谓碳质填充物是指石油系焦炭、煤系焦炭、它们的生焦、煅烧焦炭、碳纤维、天然石墨、人造石墨、炭黑、介碳(メソカ-ボン)等而言。又,粘合剂没有特别的限制,能够使用通常使用的沥青、树脂等。又,这里所说的纵横尺寸比是指成形体的轴方向长度与垂直其长度方向的宽度方向的长度之比而言。又,有关本发明的长尺寸碳成形体是其断面为圆形和四方形的成形体,并且包括其内部形成断面是圆形和四方形的空间的成形体。
又,有关本发明的长尺寸碳制品是纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品,优选是将成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、理想是在0.03Mg/m3或以下的长尺寸碳成形体经过热处理、理想是900~3000℃的热处理的制品。又,热处理后的平均气孔半径在10μm或以下、优选地是5μm或以下、更优选地是1μm或以下为宜。又,含浸和/或包覆选自金属、陶瓷、碳、树脂中的至少1种或以上较为理想。又,所述长尺寸碳成形体,是将碳粉末或石墨粉末与粘合剂相混炼并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm、优选地是5~100μm、更优选地是10~50μm的原料粉末通过干式静水压压制成形而形成规定的形状较为优选。成形压力可以适宜地控制使其与碳制品的特性相符合。
又,有关本发明的长尺寸碳成形体的制造方法,是将碳粉末或石墨粉末与粘合剂相混炼并于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm、优选地是5~100μm、更优选地是10~50μm的原料粉末通过干式静水压压制成形使成形体的密度的不均匀性对于整个成形体为0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~20。
又,有关本发明的长尺寸碳成形体的制造方法,是将碳粉末或石墨粉末与粘合剂相混炼,将于混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm、优选地是5~100μm、更优选地是10~50μm的原料粉末通过干式静水压压制成形使成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~20的长尺寸成形体进行热处理,优选是进行900~3000℃下的热处理。
又,有关本发明的长尺寸碳成形体是纵横尺寸比在3~20的长尺寸成形体,成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下,优选地是在0.03Mg/m3或以下。又,所述成形体的原料粉末优选是,将碳质填充物与粘合剂混炼、粉碎,并经所述粉碎后再与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末中的至少1种或以上混炼,混炼后被粉碎成平均粒径为10~100μm、优选地是10~50μm的原料粉末。又,所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末平均粒径在5~100μm、优选地是5~50μm为宜。又,在所述原料粉末中所述碳质填充物与所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末)在0.01~1、优选地是0.2~0.5为宜。又,有关本发明的长尺寸碳成形体,将所述原料粉末通过干式静水压压制成形而成形为规定的形状较为优选。又,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末为优选。
又,有关本发明的长尺寸碳制品,是纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品,是将成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.10Mg/m3或以下、优选地是在0.05Mg/m3或以下的长尺寸碳成形体经过热处理的长尺寸碳制品。又,热处理后的平均气孔半径在10μm或以下、优选地是5μm或以下较为理想。又,含浸和/或包覆选自金属、陶瓷、碳、树脂中的至少1种或以上较为理想。又,所述长尺寸碳成形体,其碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末)在0.01~1、优选地是0.2~0.5,将所述碳质填充物与粘合剂混炼并粉碎成平均粒径为10~100μm、优选地是10~50μm,再与平均粒径在5~100μm、优选是5~50μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末相混炼而形成原料粉末,将该原料粉末通过干式静水压压制成形而成形为规定形状较为优选。又,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物Al2O3、SiO2、B4C、SiC、ZrO或ZrO2的任何一种粉末为宜。
又,有关本发明的长尺寸碳成形体的制造方法,是为了使碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末)在0.01~1、优选地是0.2~0.5而将所述碳质填充物与粘合剂混炼,并粉碎成平均粒径为10~100μm、优选地是10~50μm,再与平均粒径在5~100μm、优选是5~50μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末相混炼而得到原料粉末,将该原料粉末进行干式静水压压制成形而成为成形体的密度的不均匀性对整个成形体在0.05Mg/m3或以下、优选在0.03Mg/m3或以下的、纵横尺寸比在3~20的长尺寸成形体。又,有关本发明长尺寸碳成形体的制造方法,在所述干式静水压压制成形时,在与所述原料粉末相接部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料为宜。又,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末为宜。
又,有关本发明的长尺寸碳成形体的制造方法,是为了使碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末的配比(所述碳质填充物/所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末)在0.01~1、优选地是0.2~0.5而将所述碳质填充物与粘合剂混炼,并粉碎成平均粒径为10~100μm、优选地是10~50μm,再与平均粒径在5~100μm、最好是5~50μm的所述金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末相混炼而得到原料粉末,将该原料粉末进行干式静水压压制成形而成为成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.10Mg/m3或以下、优选在0.05Mg/m3或以下、纵横尺寸比在3~20的长尺寸成形体,并对其进行热处理而优选地是在500℃或以上、更优选地是在900℃或以上进行热处理。又,有关本发明的长尺寸碳成形体的制造方法,在所述干式静水压压制成形时在与所述原料粉末相接部分的橡胶模的上下一方或两方插入缓冲材料为宜。又,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末为宜。
发明的效果本发明象以上那样构成,能够制作长尺寸的且成形体的松密度的不均匀性对于整个成形体都很均匀的成形体,因此没有扭曲、弯曲等,即使经过热处理时裂纹等的发生也很少,能够提供可以获得规定尺寸的碳制品的批量生产性良好的长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法。
附图的简要说明图1是有关本发明的成形长尺寸碳成形体的成形装置干式CIP的主要部分的剖面示意图。
图2是表示有关本发明的实施例1~6的长尺寸碳成形体的图。
图3是表示本发明的为了测定实施例1~6的松密度的不均匀性的在成形体的断面的试料切取区域的图。
图4是表示本发明的实施例1~6的松密度的不均匀性的测定结果的图形。
图5是表示有关比较例1~7的长尺寸碳成形体的图。
图6是表示为了测定比较例1~7的松密度的不均匀性的在成形体的断面的试料切取区域的图。
图7是表示比较例1~7的松密度的不均匀性的测定结果的图形。
图8是表示有关本发明的实施例7的长尺寸碳成形体的图。
图9是表示有关比较例8的长尺寸碳成形体的图。
图10是表示本发明的为了测定实施例7的松密度的不均匀性的在成形体的试料切取区域的图。
图11是表示实施例7以及比较例8的松密度的不均匀性的测定结果的图形。
图12是表示实施例8以及比较例9的松密度的不均匀性的测定结果的图形。
图13是表示关于实施例8的气孔半径与累积4气孔量的关系的图形。
图14是表示从含浸树脂后的图8的长尺寸碳成形体切取为了测定耐泄露性的成形体的位置的图。
图15是测定图14中切取的成形体的耐泄露性时的示意图。
符号的说明1成形装置3压力容器6上冲杆7下冲杆10原料粉末(成形体)13弹性垫14处理室实施发明的最佳方案以下,参照附图就有关本发明的长尺寸碳成形体的实施形态的一例进行说明。
图1表示有关本发明的长尺寸碳成形体的成形装置的干式CIP的主要部分的剖面图。在图1中,成形装置1主要由具有压力介质(水、油、添加防锈润滑剂的乳化液、乙二醇等)的导入-排放口2的圆筒形的压力容器3、嵌合固定在该压力容器3的上、下开口部的圆环形上盖4和下盖5、嵌合于该上下盖4和5且插入与脱开自如的上下冲杆6和7、安装于压力容器3内的双重圆筒形的加压橡胶模8以及成形橡胶模9(或以下简称橡胶模9)、以及在上下冲杆端面接触和脱开自如的承担压力介质加压处理时的轴向力的压力机框架11、12构成。
又,尽管图1中没有表示出来,在压力介质的导入-排放口2包括压力发生装置部分(活塞、液压缸与逆止阀的组合体)在内、附带有减压机构等是理所当然的。
其次,说明其作用。脱开压力机框架11、12,形成拔出上冲杆6的状态,从处理室14的上侧充填原料粉末10,待充填结束时将冲杆6嵌合于上盖4,将压力机框架11、12接触于上下冲杆6、7的端面,就此加压准备结束。
将来自压力发生装置部分的加压介质通过导入-排放口2导入到压力容器3内,通过橡胶模9充填到处理室14中的原料粉末10在各向等压作用下被加压成形(压缩成形),此时的轴向力由压力机框架11、12承担。待规定的各向等压的压力成形结束时,进行减压,橡胶模9复原(直径膨胀)的同时压力机框架11、12脱开,由升降装置等拔出下冲杆7,能够形成长尺寸碳成形体。
又,成形时在原料粉末10的上下接触部位作为缓冲材料装设有橡胶等弹性垫13、13,成形后在它们的端部可能抑制出现“大象脚”现象的发生,不必作后续加工,使进一步提高制品的制造效率成为可能。又,在橡胶模9内投入原料粉末10时,通过在橡胶模9的周围施加振动可能将原料粉末10均匀地投入橡胶模9内,可能将成形后的松密度的不均匀性进一步减小。
通过由所述的方法进行成形,在使用原料粉末的流动性不够好的碳粉末的场合,可以形成轴向长度在600mm或以上、纵横尺寸比在3~20、成形体的密度的不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m3或以下更优选是在0.03Mg/m3或以下的长尺寸碳成形体。又,在热处理时可以抑制弯曲、扭曲等的发生,能够大幅度提高制品的合格率。
作为原料粉末,能够使用平均粒径在5~50μm的碳粉末或石墨粉末与粘合剂混炼并经混炼后粉碎成平均粒径在1~150μm、优选地是5~100μm、更优选地是在10~50μm的原料粉末。粘合剂能够使用沥青和热固化树脂等树脂粘合剂。
又,作为其它的原料粉末,使用将碳质填充物与粘合剂混炼和粉碎并在粉碎后与金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末中任何1种粉末相混炼并在混炼后粉碎成平均粒径在10~100μm、优选地是在10~50μm的原料粉末也可以。又,所述金属粉末、金属化合物粉末或陶瓷粉末的平均粒径在5~100μm、优选地是在5~50μm,又所述原料粉末中,碳质填充物与金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末的配比(碳质填充物/金属粉末、金属化合物粉末或者陶瓷粉末)在0.01~1、优选地是0.2~0.5较为理想。又,所述金属粉末为Cu、Fe、Ni、Cr、Mo、Sn、Al、Si或W的任何一种粉末、所述金属化合物粉末为MoS2、WS2或磷酸盐的任何一种粉末、所述陶瓷粉末为Al、Si、B或Zr的氧化物、氮化物或碳化物的任何一种粉末较为优选。
又,具有以上那样的特性的成形体,通过在500~3000℃的温度范围进行热处理能够制成平均气孔半径在10μm或以下、优选地是在1μm或以下的长尺寸碳制品。
并且,又对该长尺寸碳制品能够含浸和/或包覆选自金属、陶瓷、碳、树脂中的至少1种或以上。作为能够含浸的金属,可以列举出Cu、Al、Sb、巴比合金、Sn等,但不仅限于此。这些金属针对其用途,适宜地选择是可能的,能够用众所周知的方法进行含浸。又,作为能够含浸和/或包覆的陶瓷,可以列举出SiC、BN等,这些陶瓷针对其用途,适宜地选择是可能的。又,含浸和/或包覆这些陶瓷的方法也是众所周知的方法,例如浸渍在陶瓷前驱物构成的泥浆中进行热处理而成形的方法、以及采用称为CVI(化学气相浸渗)、CVD(化学气相沉积)的方法是可能的。再者,作为含浸和/或包覆的碳树脂,可以列举出苯酚树脂等热固化树脂。又,含浸和/或包覆热分解碳也是可以的。
如上所述,有关本发明的长尺寸碳成形体以及将其热处理所得到的长尺寸碳制品,通过一次成形而成形为具有轴向长度在600mm或以上、纵横尺寸比在3~20的尺寸且没有弯曲和扭曲的长尺寸物是可能的,不存在从前的长尺寸碳成形体那样形成的碳所具有的取向性,能够制成其各向异性比在1.05~1.5的所谓的各向同性的材料。又,成形工序也可以半自动进行,大幅度地降低制造成本是可能的。
实施例其次,根据实施例具体说明本发明。
(实施例1~6)首先,就使用干式CIP装置的长尺寸碳成形体的形成进行说明。作为原料粉末,将碳粉末与粘合剂沥青混炼,混炼后粉碎成平均粒径15μm,粉碎后与平均粒径5μm的铜粉末再次混炼。又碳粉末与铜粉末的配比为2∶3。
其次,使用所述实施形态中说明的干式CIP装置由所述原料粉末成形为成形体。具体地以干式CIP装置的成形压力为343MPa成形为成形尺寸在48×38×652(单位mm)、成形重量在3099g的图2所示那样的长尺寸碳成形体。
按照图2所示那样的尺寸位置切取该长尺寸碳成形体。具体地从图2的长尺寸碳成形体左端开始依次切分为70mm的成形体18、10mm的成形体15、200mm的成形体、10mm的成形体16、70mm的成形体19、150mm的成形体、10mm的成形体17、140mm的成形体20。其中,成形体15、16、17的各成形体作为实施例1~3的试料。
其次,将切取的成形体中的成形体18、19、20用烧结炉在950℃进行热处理。经过热处理的成形体18、19、20作为实施例4~6的试料。
(比较例1~7)作为原料粉末使用焦炭,用750t压力机作为成形压力为343MPa经金属模成形其成形尺寸在50×30×335(单位mm)、成形重量在1350g的图5所示那样的长尺寸碳成形体。
将该长尺寸碳成形体按照图5所示的尺寸部位进行切取。具体地从图5的长尺寸碳成形体的左端开始依次切分10mm的成形体21、80mm的成形体25、10mm的成形体22、55mm的成形体26、10mm的成形体23、160mm的成形体27、以及10mm的成形体24。其中,成形体21~24的各个成形体作为比较例1~4的试料。
其次,将切取的成形体中的成形体25、26、27用烧结炉在950℃进行热处理。经过热处理的成形体25、26、27的各个成形体作为比较例5~7的试料。
其次,对于各个实施例,为了测定松密度的不均匀性,如图3所示那样,从各成形体的断面的i~viii的各区域切取试料。又,对于各比较例,为了测定松密度的不均匀性,如图6所示那样,从各成形体的断面的a~j的各区域切取试料。又,松密度采用运用阿基米德法(运用在液体中的固体所受的浮力等于排开同体积的液体的重量这一自然法则求出试料的密度的方法)的电子比重计(米勒乔(ミラ-ジユ)贸易(株)制造ED-120T)进行测定。或以下的实施例和比较例也同样如此。松密度的不均匀性的测定结果示于图4。又,图4(a)是表示实施例1~3的测定结果的图形、图4(b)是表示实施例4~6的测定结果的图形、图7(a)是表示比较例1~4的测定结果的图形、图7(b)是表示比较例5~7的测定结果的图形。各图形的横轴表示离开长尺寸碳成形体的左端的距离、纵轴表示松密度。
从图4(a),实施例1~3的试料的松密度为2.84~2.87Mg/M3;从图7(a),比较例1~4的试料的松密度为2.79~2.86Mg/M3。根据该结果可以确认,干式CIP成形比金属模成形时的松密度不均匀性小。因此可以确认,根据实施例1~3,尽管是长尺寸物,但成形体的松密度不均匀性对于整个成形体能够作成均质的。
又,从图4(b),实施例4~6的试料的松密度为3.20~3.30Mg/M3;从图7(b),比较例5~7的试料的松密度为3.18~3.28Mg/M3。在这些场合下,热处理后无论哪一种试料都显示在中央部位的松密度比端部的高,但是干式CIP成形品的长度在652mm、金属模成形品的长度在335mm,因此以同样长度进行比较时,干式CIP成形一方的松密度的不均匀性小些。因此根据实施例4~6可以确认,即使是长尺寸物,就成形体的松密度不均匀性而言对于整个成形体能够作成均质的。
(实施例7)作为原料粉末,将碳粉末与粘合剂沥青混炼,混炼后粉碎成平均粒径30μm。其次,使用在所述实施形态中说明的CIP装置由所述的原料粉末成形为成形体。具体地干式CIP装置的成形压力为100MPa、形成成形尺寸在φ50×650(单位mm)、成形重量在2050g的图8所示那样的长尺寸成形体28,然后用烧结炉在1200℃进行热处理。将经过该热处理的成形体28作为实施例7的试料。
(比较例8)将原料粉末与粘合剂沥青混炼,混炼后粉碎成平均粒径30μm的粉末,使用经粉碎的粉用100t压力机成形为成形尺寸在φ60×85(单位mm)、成形重量在400g的图9所示那样的通常的金属模成形体29,然后用烧结炉在1200℃进行热处理。将经过该热处理的成形体29作为比较例8的试料。
其次,对于实施例7,为了测定松密度的不均匀性,如图10所示那样,在成形体的外周部以及中央部位切取多个10mm见方的立方体试料,对各个试料测定松密度。对于比较例8,为了测定松密度的不均匀性,只从成形体的外周部切取多个10mm见方的立方体试料,对各个试料测定松密度。它们的松密度的不均匀性的测定结果示于图11。图11的图形的横轴表示离开长尺寸碳成形体的左端部的距离,纵轴表示松密度。又,“外周部”和“中央部”表示实施例7的试料,“金属模”表示比较例8的试料。
从图11,实施例7的试料的松密度为1.82~1.84Mg/M3,比较例8的试料的松密度为1.79~1.84Mg/M3。根据该结果可以确认,干式CIP成形比金属模成形时的松密度不均匀性小。因此根据实施例7可以确认,即使是长尺寸物,就成形体的松密度不均匀性而言对于整个成形体能够作成均质的。
(实施例8)将实施例7的试料施以含浸树脂的成形体作为实施例8的试料。
(比较例9)将比较例8的试料施以含浸树脂的成形体作为比较例9的试料。
其次,对实施例8,为了测定松密度的不均匀性,与图10一样,在成形体的外周部以及中央部位切取多个10mm见方的立方体的试料,对各个试料测定松密度。对比较例9,为了测定松密度的不均匀性,只在成形体的外周部切取多个10mm见方的立方体试料,对各个试料测定松密度。将它们的松密度的不均匀性的测定结果示于图12。图12图形的横轴表示离开长尺寸成形体的左端的距离、纵轴表示松密度。又,“外周部”和“中央部”表示实施例8的试料,“金属模”表示比较例9的试料。
又,对于实施例8,调查气孔半径与累积气孔量的关系。其结果示于图13。
又,对于实施例8,为了测定耐泄露性,如图14所示那样,由φ50×650(单位mm)的成形体28切取φ40/φ30×50(单位mm)的成形体30。如图15所示那样,将切取的成形体30的一端和另一端由板31和板32密闭,使成形体30与板31和32之间不透气,于成形体30的外侧涂抹肥皂水,从一端的板31设置的通气口31a向内部空间以0.5MPa的压力送入20分钟氮气或以0.7MPa的压力送入20分钟氮气,测定耐泄露性。又,此时从成形体30外侧表面涂抹肥皂水是为了在出现氮气泄露时会产生肥皂泡,知道有泄露。
从图12,实施例8的试料的松密度为1.92~1.94Mg/M3,比较例9的试料的松密度为1.88~1.93Mg/M3。根据该结果可以确认,在成形后含浸树脂的场合,干式CIP成形比金属模成形的松密度不均匀性小。因此根据实施例8可以确认,即使是长尺寸物,就成形体的松密度不均匀性而言对于整个成形体能够作成均质的。
又,从图13可知,在含浸树脂的场合,直到成形体的中央部位都能充分地含浸树脂、成形体表面与成形体的中央部位的气孔容积没有大的差异。
又,向成形体30与板31和32形成的内部空间施加0.5MPa或0.7MPa的压力时没有发现泄露。
又,本发明,在不脱离专利申请的范围内可以设计变更,不局限于所述的实施形态和实施例。


提供没有扭曲、弯曲等的、即使在热处理的场合也能够得到裂纹等的发生较少的、规定尺寸的碳制品且批量生产性良好的长尺寸碳成形体、长尺寸碳制品及其制造方法。其为纵横尺寸比在3~20的长尺寸碳成形体,成形体的密度不均匀性对于整个成形体在0.05Mg/m



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