[发明专利]碳材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料及其制造方法，尤其涉及采用了SPS(放电等离子体烧结)法的碳材料及其制造方法。

背景技术

一直以来，高密度且高强度的碳材料(石墨材料)被用于放电加工用电极、半导体制造装置用部件、离子注入装置用部件、连续铸造构件、散热器、热交换器等。作为这样的碳材料，将作为原料的石墨一次粉碎后，添加粘合剂进行混炼，再进行二次粉碎后，通过压型成形等而成形，并将所得成形品进行一次烧成(例如在900℃下1个月)。接着，对该一次烧成品进行沥青浸渗后，进行二次烧成(例如在700℃下约2周)，最后进行石墨化处理(例如利用阿切孙(Acheson)电炉在2800℃以上的温度下约2个月)，由此来制作。进而，为了制作体积密度为2.0Mg/m³以上的碳材料，在结束上述石墨化处理后，必须再次反复进行沥青浸渗工序、二次烧成工序及石墨化处理工序(参照下述专利文献1～3)。

然而，在上述碳材料的制造方法中，必须填入填充粉而进行烧结工序，并且，为了制成高密度必须经过沥青浸渗工序，所以制造工序变繁杂。此外，上述碳材料的制造方法中，就仅进行1次石墨化处理工序的制造方法(制造体积密度低于2.0Mg/m³的碳材料的方法)而言，为了制造碳材料也需要约6个月的期间，就进行2次石墨化处理工序的制造方法(制造体积密度为2.0Mg/m³以上的碳材料的方法)而言，进一步需要几个月的期间。因此，碳材料的生产成本高涨。此外，碳材料与金属等其它材料组合使用，但就上述碳材料而言由于热膨胀率小，所以当将碳材料与金属等接合时，存在在接合部分产生应力，在该部分容易产生剥离的问题。特别是体积密度高的碳材料热膨胀率变小，容易产生上述问题。进而，在以往的制造方法中，还存在难以控制体积密度的问题。此外，为了石墨化，需要2800℃以上的高温且长时间的烧成，所以能耗变多。

此外，为了将碳材料的物性值设定在所期望的范围内，通常需要将相对于碳骨材的粘合剂量限制在40重量份以上。然而，由于在烧成工序中粘合剂的50％左右发生挥发，不仅烧成时间变长，而且需要设置进行挥发成分的焚烧处理的大处理炉。此外，由于挥发成分多，所以还存在难以烧成，难以将碳材料制作成特殊形状的问题。

考虑到这些，提出了以天然石墨粉末作为原料，并采用放电等离子体烧结法(Spark Plasma Sintering Method、以下有时称为SPS法)这样的材料制备技术的方法。并且，记载了若采用该技术，则可在非常短时间内得到致密的碳材料的主旨(参照下述非专利文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-007436号公报

专利文献2：日本特开2006-179140号公报

专利文献3：日本特开2008-303108号公报

非专利文献

非专利文献1：Journal of the Material Science of Japan，40(2003)47～51

非专利文献2：Letters to the editor/Carbon 38(2000)1879-1902

发明内容

发明所要解决的问题

然而，就仅使用石墨粉末作为起始原料的SPS法而言，具有所制造的碳材料物性值低、特别是硬度低这样的问题。

因此，本发明的目的在于提供充分发挥可在非常短时间内得到致密的碳材料的SPS法的优点、并且具有高的硬度和优异的物性值的碳材料及其制造方法。

用于解决问题的手段

本发明为了达成上述目的，其特征在于，肖氏硬度的HSD值为60以上，热膨胀率的各向异性比为1.5以上。

如上述构成那样，若肖氏硬度的HSD值(硬度)为60以上，则能够在很多通用制品中应用碳材料。这样限制肖氏硬度的HSD值是由于，若该值低于60，则如与像针那样的前端尖锐的物品接触时容易发生削去程度地变脆。

此外，当将碳材料与其它材料接合时，若碳材料与其它材料的热膨胀率(CTE)大大不同，则存在在接合部产生剥离的问题。然而，如上述构成那样，若热膨胀率的各向异性比为1.5以上，则在至少1个方向上与其它材料的热膨胀率接近，所以能够防止沿该方向施加较大的应力(在接合面将两者剥离的力)。其结果是，能够抑制在接合面，碳材料从其它材料剥离。