碳材料的制造方法和碳材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及碳材料的制造方法，詳細地說是作為結構構件、電氣.電子材料、金屬 還原材料等使用的具有高純度且高密度的碳材料的制造方法和碳材料。
【背景技術】
[0002] 高密度碳材料因為耐熱性和化學穩定性優異，而且有導電性，所W作為結構構件、 電氣·電子材料被廣泛利用。另外，因為碳顯示出在高溫下還原大部分的金屬氧化物的作 用，所W在鐵等的精煉中也作為金屬還原劑使用。
[0003] 作為高密度碳材料的制造方法，已知的方法是，將焦炭等運樣碳含有率高、不會烙 融而碳化的骨料成分，與煤焦油漸青等運樣有熱塑性、使骨料彼此結合而碳化的粘合劑成 分混合、成形，在高溫下進行加熱(碳化)處理而使之碳化的方法。該方法有粘合劑成分的殘 碳率低運樣的問題，因此在一次碳化處理中存在空隙，碳材料的密度小。因此，要進行使碳 化處理后的碳材料中浸滲粘合劑成分而再度碳化處理，必須一邊多次重復運一工序一邊使 之致密化。因此，高密度碳材料的制造工序復雜，另外制造周期也長，因此生產率差，高密度 碳材料高價。
[0004] 因此，作為不使用粘合劑而制造高密度碳材料的方法，提出有使用具有自燒結性 的碳原料的高密度碳材料。所謂自燒結性，就是即使不添加粘合劑成分，也可W成形，通過 將其進行加熱處理，從而在保持其形狀的狀態下使之碳化運樣的性質。
[0005] 作為具有自燒結性的碳原料的代表例，已知有中間相碳微球。
[0006] 近年來，從各種用途的品質提高的觀點出發，對于碳材料要求碳W外的雜質(所謂 灰分)少，但因為現有的碳原料的雜質含量多，所W難W提供高純度碳材料。
[0007] 作為雜質含量少的碳原料，利用實質上不含灰分的無灰煤受到研究（例如專利文 獻1)。不過，無灰煤的熱流動性高，不論原料煤的品位，都具有在200~300°C下烙融的性質。 另外，具有若加熱到400°C前后則膨脹的性質。因此，若將利用無灰煤所成形的成形體碳化， 則經過高溫加熱會劇烈發泡膨脹，因此碳材料中發生裂縫和破損，或粉體化而不能保持成 形體的形狀，或還有多孔質化而碳材料的密度變低運樣的問題。
[000引對于運樣的問題，本發明人等提出無灰煤的改質技術(專利文獻2)。在此技術中， 通過加熱無灰煤，將揮發分調整到規定的范圍而提高自燒結性，從而可W提供即使經碳化 處理也不會膨脹，另外無裂縫、破損和粉化，保持成形時的形狀的高純度碳材料。
[0009]現有技術文獻 [0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1:日本國特開2001-26791號公報
[0012] 專利文獻2:日本國特開2009-144130號公報
[0013] 發明要解決的課題
[0014] 根據上述專利文獻2所述的技術，作為具有自燒結性的碳原料，可W使用無灰煤， 雖然能夠達成碳材料的高純度化，但密度仍有改善的余地。即，使用使揮發分減少的無灰煤 時，碳化(高溫加熱）時水分等蒸發而發生的碳化收縮所對應的變形性低，因此在碳材料中 形成空隙，有密度低運樣的問題。
【發明內容】
[0015] 本發明著眼于上述運樣的情況而形成，其目的在于，提供一種具有高純度且高密 度的碳材料的制造方法、W及具有高純度且高密度的碳材料。
[0016] 用于解決課題的手段
[0017] 能夠解決上述課題的本發明的碳材料的制造方法具有的要旨在于，包括如下工 序:使無灰煤氧化的氧化工序;將所述氧化工序中得到的氧化無灰煤和未氧化的無灰煤混 合并成形的成形工序;使所述成形工序中得到的成形體碳化的碳化工序，所述氧化工序中 得到的所述氧化無灰煤的氧增加率為2.0~10.0%，并且所述成形工序中的所述氧化無灰 煤的混合比例，相對于所述氧化無灰煤和所述未氧化的無灰煤的合計100質量份，為60~95 質量份。
[0018] 在本發明中，所述氧化是空氣氧化、W及所述氧化W150°CW上且低于所述無灰煤 的燃點的溫度進行也是優選的實施方式。
[0019] 另外，在本發明中，也包括將氧化的無灰煤(氧化無灰煤)和未氧化的無灰煤混合 并成形的成形體碳化的碳材料，其具有的要旨在于，所述氧化無灰煤的氧增加率為2.0~ 10.0%，并且所述成形體中的所述氧化無灰煤的比例，相對于所述氧化無灰煤和所述未氧 化的無灰煤的合計100質量份，為60~95質量份。
[0020] 發明效果
[0021] 根據本發明的制造方法，能夠廉價地制造具有高純度且高密度的碳材料。特別是 通過使用W規定的條件調合對于無灰煤實施氧化處理而得到的氧化無灰煤的碳原料，能夠 提供具有高純度且高密度的碳材料。
【附圖說明】
[0022] 圖1是說明無灰煤的制造工序的一例的流程圖。
[0023] 圖2是說明本發明的碳材料的制造工序的一例的流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 本發明人等為了將無灰煤用于碳原料而提供高純度且高密度的碳材料，反復潛屯、 研究。首先，從高純度化運一觀點出發，希望W無灰煤作為碳原料，但如上述運樣，因為無灰 煤的軟化烙融性和膨脹性高，所W只用無灰煤還不能制造高純度且高密度的碳材料。另外， 如上述專利文獻2運樣調整無灰煤的揮發分時，雖然軟化烙融性和膨脹性得到改善，但碳化 處理時出現空隙，產生不能達成充分的高密度化的問題。
[0025] 因此，本發明人等對于既可減少無灰煤的軟化烙融性和膨脹性，又抑制碳化處理 時的空隙，能夠達成碳材料的高密度化的碳原料進行了研究。
[0026] 其結果發現，有效的是使用如下混合碳原料，其是將對于無灰煤實施氧化處理而 得到的氧化無灰煤作為主成分(骨料成分），再調合未經氧化處理的無灰煤(未氧化的無灰 煤)作為粘合劑成分的混合碳原料。即，可知通過將無灰煤氧化，能夠改善軟化烙融性和膨 脹性。不過，因為氧化無灰煤的自燒結性差，所w僅由氧化無灰煤形成的成形體非常脆，若 使之碳化，則存在裂縫進展，部分破裂而粉化運樣的問題。
[0027] 因此，對于用于使氧化無灰煤粒子彼此的結合提高的作為粘合劑的添加材進行了 研究。在調合一直W來作為粘合劑使用的漸青等添加材時，雖然上述裂縫、粉化運樣的問題 得到改善，但是碳化收縮率比氧化無灰煤高，另外殘存碳率低，因此碳材料中殘存空隙，另 外來自粘合劑成分的灰分混入，而有純度降低運樣的問題。
[0028] 本發明人等進一步對于添加材研究的結果可知，將未氧化的無灰煤，即，未實施氧 化處理等改質處理的制造狀態的無灰煤下，稱為"無改質無灰煤"）作為粘合劑成分調合 時，無改質無灰煤軟化烙融，作為結合氧化無灰煤粒子的粘合劑發揮功能，上述裂縫、粉化 運樣的問題得到改善，能夠保持成形體的形狀。特別是，因為無改質無灰煤的碳化收縮率與 氧化無灰煤大體相同，所W因碳化收縮導致的空隙的形成受到抑制，能夠高密度化。
[0029] 基于W上的認知，可知將W氧化無灰煤為主成分、作為粘合劑成分而調合有無改 質無灰煤的混合原料煤用作碳原料，能夠提供高純度且高密度的碳材料，從而達成了本發 明。
[0030] W下，對于本發明的碳材料的制造方法，基于圖1、圖2所示的工序圖進行說明。
[0031] 首先，對于作為本發明的碳材料的原料的碳原料進行說明。在本發明中，作為碳原 料，使用調合有對于無灰煤實施氧化處理而得到的氧化無灰煤、和未氧化的無灰煤(無改質 無灰煤）的混合碳原料。所謂無灰煤，是指W815°C加熱煤而使之灰化時