碳材料的制造方法和碳材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及碳材料的制造方法，详细地说是作为结构构件、电气.电子材料、金属 还原材料等使用的具有高纯度且高密度的碳材料的制造方法和碳材料。
【背景技术】
[0002] 高密度碳材料因为耐热性和化学稳定性优异，而且有导电性，所W作为结构构件、 电气·电子材料被广泛利用。另外，因为碳显示出在高溫下还原大部分的金属氧化物的作 用，所W在铁等的精炼中也作为金属还原剂使用。
[0003] 作为高密度碳材料的制造方法，已知的方法是，将焦炭等运样碳含有率高、不会烙 融而碳化的骨料成分，与煤焦油渐青等运样有热塑性、使骨料彼此结合而碳化的粘合剂成 分混合、成形，在高溫下进行加热(碳化)处理而使之碳化的方法。该方法有粘合剂成分的残 碳率低运样的问题，因此在一次碳化处理中存在空隙，碳材料的密度小。因此，要进行使碳 化处理后的碳材料中浸渗粘合剂成分而再度碳化处理，必须一边多次重复运一工序一边使 之致密化。因此，高密度碳材料的制造工序复杂，另外制造周期也长，因此生产率差，高密度 碳材料高价。
[0004] 因此，作为不使用粘合剂而制造高密度碳材料的方法，提出有使用具有自烧结性 的碳原料的高密度碳材料。所谓自烧结性，就是即使不添加粘合剂成分，也可W成形，通过 将其进行加热处理，从而在保持其形状的状态下使之碳化运样的性质。
[0005] 作为具有自烧结性的碳原料的代表例，已知有中间相碳微球。
[0006] 近年来，从各种用途的品质提高的观点出发，对于碳材料要求碳W外的杂质(所谓 灰分)少，但因为现有的碳原料的杂质含量多，所W难W提供高纯度碳材料。
[0007] 作为杂质含量少的碳原料，利用实质上不含灰分的无灰煤受到研究（例如专利文 献1)。不过，无灰煤的热流动性高，不论原料煤的品位，都具有在200~300°C下烙融的性质。 另外，具有若加热到400°C前后则膨胀的性质。因此，若将利用无灰煤所成形的成形体碳化， 则经过高溫加热会剧烈发泡膨胀，因此碳材料中发生裂缝和破损，或粉体化而不能保持成 形体的形状，或还有多孔质化而碳材料的密度变低运样的问题。
[000引对于运样的问题，本发明人等提出无灰煤的改质技术(专利文献2)。在此技术中， 通过加热无灰煤，将挥发分调整到规定的范围而提高自烧结性，从而可W提供即使经碳化 处理也不会膨胀，另外无裂缝、破损和粉化，保持成形时的形状的高纯度碳材料。
[0009]现有技术文献 [0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:日本国特开2001-26791号公报
[0012] 专利文献2:日本国特开2009-144130号公报
[0013] 发明要解决的课题
[0014] 根据上述专利文献2所述的技术，作为具有自烧结性的碳原料，可W使用无灰煤， 虽然能够达成碳材料的高纯度化，但密度仍有改善的余地。即，使用使挥发分减少的无灰煤 时，碳化(高溫加热）时水分等蒸发而发生的碳化收缩所对应的变形性低，因此在碳材料中 形成空隙，有密度低运样的问题。
【发明内容】
[0015] 本发明着眼于上述运样的情况而形成，其目的在于，提供一种具有高纯度且高密 度的碳材料的制造方法、W及具有高纯度且高密度的碳材料。
[0016] 用于解决课题的手段
[0017] 能够解决上述课题的本发明的碳材料的制造方法具有的要旨在于，包括如下工 序:使无灰煤氧化的氧化工序;将所述氧化工序中得到的氧化无灰煤和未氧化的无灰煤混 合并成形的成形工序;使所述成形工序中得到的成形体碳化的碳化工序，所述氧化工序中 得到的所述氧化无灰煤的氧增加率为2.0~10.0%，并且所述成形工序中的所述氧化无灰 煤的混合比例，相对于所述氧化无灰煤和所述未氧化的无灰煤的合计100质量份，为60~95 质量份。
[0018] 在本发明中，所述氧化是空气氧化、W及所述氧化W150°CW上且低于所述无灰煤 的燃点的溫度进行也是优选的实施方式。
[0019] 另外，在本发明中，也包括将氧化的无灰煤(氧化无灰煤)和未氧化的无灰煤混合 并成形的成形体碳化的碳材料，其具有的要旨在于，所述氧化无灰煤的氧增加率为2.0~ 10.0%，并且所述成形体中的所述氧化无灰煤的比例，相对于所述氧化无灰煤和所述未氧 化的无灰煤的合计100质量份，为60~95质量份。
[0020] 发明效果
[0021] 根据本发明的制造方法，能够廉价地制造具有高纯度且高密度的碳材料。特别是 通过使用W规定的条件调合对于无灰煤实施氧化处理而得到的氧化无灰煤的碳原料，能够 提供具有高纯度且高密度的碳材料。
【附图说明】
[0022] 图1是说明无灰煤的制造工序的一例的流程图。
[0023] 图2是说明本发明的碳材料的制造工序的一例的流程图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明人等为了将无灰煤用于碳原料而提供高纯度且高密度的碳材料，反复潜屯、 研究。首先，从高纯度化运一观点出发，希望W无灰煤作为碳原料，但如上述运样，因为无灰 煤的软化烙融性和膨胀性高，所W只用无灰煤还不能制造高纯度且高密度的碳材料。另外， 如上述专利文献2运样调整无灰煤的挥发分时，虽然软化烙融性和膨胀性得到改善，但碳化 处理时出现空隙，产生不能达成充分的高密度化的问题。
[0025] 因此，本发明人等对于既可减少无灰煤的软化烙融性和膨胀性，又抑制碳化处理 时的空隙，能够达成碳材料的高密度化的碳原料进行了研究。
[0026] 其结果发现，有效的是使用如下混合碳原料，其是将对于无灰煤实施氧化处理而 得到的氧化无灰煤作为主成分(骨料成分），再调合未经氧化处理的无灰煤(未氧化的无灰 煤)作为粘合剂成分的混合碳原料。即，可知通过将无灰煤氧化，能够改善软化烙融性和膨 胀性。不过，因为氧化无灰煤的自烧结性差，所w仅由氧化无灰煤形成的成形体非常脆，若 使之碳化，则存在裂缝进展，部分破裂而粉化运样的问题。
[0027] 因此，对于用于使氧化无灰煤粒子彼此的结合提高的作为粘合剂的添加材进行了 研究。在调合一直W来作为粘合剂使用的渐青等添加材时，虽然上述裂缝、粉化运样的问题 得到改善，但是碳化收缩率比氧化无灰煤高，另外残存碳率低，因此碳材料中残存空隙，另 外来自粘合剂成分的灰分混入，而有纯度降低运样的问题。
[0028] 本发明人等进一步对于添加材研究的结果可知，将未氧化的无灰煤，即，未实施氧 化处理等改质处理的制造状态的无灰煤下，称为"无改质无灰煤"）作为粘合剂成分调合 时，无改质无灰煤软化烙融，作为结合氧化无灰煤粒子的粘合剂发挥功能，上述裂缝、粉化 运样的问题得到改善，能够保持成形体的形状。特别是，因为无改质无灰煤的碳化收缩率与 氧化无灰煤大体相同，所W因碳化收缩导致的空隙的形成受到抑制，能够高密度化。
[0029] 基于W上的认知，可知将W氧化无灰煤为主成分、作为粘合剂成分而调合有无改 质无灰煤的混合原料煤用作碳原料，能够提供高纯度且高密度的碳材料，从而达成了本发 明。
[0030] W下，对于本发明的碳材料的制造方法，基于图1、图2所示的工序图进行说明。
[0031] 首先，对于作为本发明的碳材料的原料的碳原料进行说明。在本发明中，作为碳原 料，使用调合有对于无灰煤实施氧化处理而得到的氧化无灰煤、和未氧化的无灰煤(无改质 无灰煤）的混合碳原料。所谓无灰煤，是指W815°C加热煤而使之灰化时