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JP2849702B2 - Method for producing highly conductive carbon-based composite material - Google Patents
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JP2849702B2 - Method for producing highly conductive carbon-based composite material - Google Patents

Method for producing highly conductive carbon-based composite material

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JP2849702B2
JP2849702B2 JP7257029A JP25702995A JP2849702B2 JP 2849702 B2 JP2849702 B2 JP 2849702B2 JP 7257029 A JP7257029 A JP 7257029A JP 25702995 A JP25702995 A JP 25702995A JP 2849702 B2 JP2849702 B2 JP 2849702B2
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conductivity
diboride
natural graphite
zrb
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電導性を持つ黒鉛とホウ
化物セラミックスから軽量で耐熱性を有する高導電性炭
素系複合材の成形体の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a lightweight, heat-resistant, highly conductive carbon-based composite material from graphite and boride ceramics having electrical conductivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素とセラミックスから成る複合材料は
炭素の持つ軽量、耐熱性、耐薬品性等とセラミックスの
持つ耐熱性、耐酸化性、高強度等の特徴を備えた材料と
して使用されている。
2. Description of the Related Art Composite materials composed of carbon and ceramics are used as materials having the characteristics of carbon such as light weight, heat resistance, chemical resistance and the like of ceramics such as heat resistance, oxidation resistance and high strength. .

【0003】この複合材の製造方法は粘結性を持つ炭素
質材料である生コークスにセラミックス粉末を混合し、
成形した後、焼成する方法(特公昭61−27352
号、特公平2−7907号)、セラミックス粉末をピッ
チ中で熱処理して炭素質メソフェースを周囲に持つセラ
ミックス粉末を調製し、これを成形、焼成する方法(特
開平6−192660)がある。さらに、この複合材を
機能性材料として使用するために、炭素とホウ化物セラ
ミックス粉末の混合物を2400℃以上で熱処理するこ
とにより球状の炭素−ホウ化物セラミックス複合体およ
びその製造方法が提案されている(特願平6−7139
6号)。しかし、これらの炭素−セラミックス複合材は
特に電導材として使用されていない。
[0003] In this method for producing a composite material, ceramic powder is mixed with raw coke, which is a carbonaceous material having caking properties,
After forming, firing (Japanese Patent Publication No. 61-27352)
No. 2-7907) and a method of preparing a ceramic powder having a carbonaceous mesoface around it by heat-treating the ceramic powder in a pitch, and molding and firing the same (JP-A-6-192660). Furthermore, in order to use this composite as a functional material, a spherical carbon-boride ceramic composite and a method for producing the same have been proposed by heat-treating a mixture of carbon and boride ceramic powder at 2400 ° C. or more. (Japanese Patent Application No. 6-7139
No. 6). However, these carbon-ceramic composite materials are not particularly used as conductive materials.

【0004】一方、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム
を含有する炭素複合材が電導材として開発されている。
特開昭64−43264号公報には良電導性高強度炭素
材として、生コークス、炭化ケイ素、炭化ホウ素を基本
組成とし、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウムを配合し
た成形体を2000℃で焼成する方法が開示されてい
る。この複合材の電気比抵抗は480μΩ・cm以上で
ある。さらに、ホウ化チタンおよびホウ化ジルコニウム
含有炭素複合材がアルミニウム精錬時の陰極として使用
した報告がなされている(関根ほか、電気化学および工
業物理化学、62巻(No3)232ページ(1994
年))。この報告によると、炭素粉末に二ホウ化チタン
を0〜100%、二ホウ化ジルコニウム0〜55%、バ
インダーとしてピッチとフェノール樹脂の混合物16〜
23%を成形し、1000℃に焼成したものを電極とし
ている。この電極の電気抵抗は5×10-3〜9×10-3
Ωcm(電導度2×102〜1.1×102(S/c
m))であり、いずれの方法も電導度としては非常に低
いものである。
[0004] On the other hand, carbon composite materials containing titanium boride and zirconium boride have been developed as conductive materials.
JP-A-64-43264 discloses that a compact having a basic composition of raw coke, silicon carbide, and boron carbide as a high-conductivity high-strength carbon material and blended with titanium boride and zirconium boride is fired at 2000 ° C. A method is disclosed. The electrical resistivity of this composite is 480 μΩ · cm or more. Furthermore, it has been reported that a carbon composite material containing titanium boride and zirconium boride was used as a cathode during aluminum refining (Sekine et al., Electrochemical and Industrial Physical Chemistry, Vol. 62 (No. 3), p. 232 (1994).
Year)). According to this report, 0-100% titanium diboride, 0-55% zirconium diboride in carbon powder, and a mixture of pitch and phenol resin
23% is molded and fired at 1000 ° C. to form an electrode. The electric resistance of this electrode is 5 × 10 −3 to 9 × 10 −3.
Ωcm (conductivity 2 × 10 2 to 1.1 × 10 2 (S / c
m)), and both methods have very low conductivity.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】炭素材料は軽量、耐熱
性、耐食性に優れ、しかも導電性を持つことから電導材
の1つとして使用されている。炭素材の電導度は黒鉛結
晶の発達の程度に左右され、最も高い電導度を持つ炭素
材は熱分解炭素を3000℃以上で加圧下、アニーリン
グして製造される高配向熱分解黒鉛(HOPG)であ
り、そのa軸方向で2.5×104 (S/cm)である
(たとえば、白川ほか共編、合成金属、化学同人、化学
増刊87、1980年)。この値は銀や銅の金属のそれ
と比較して約20分の1程度と小さい。
The carbon material is used as one of the conductive materials because it is lightweight, has excellent heat resistance and corrosion resistance, and has conductivity. The conductivity of the carbon material depends on the degree of development of the graphite crystal, and the carbon material having the highest conductivity is highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) produced by annealing pyrolytic carbon at a temperature of 3000 ° C. or more under pressure. And 2.5 × 10 4 (S / cm) in the a-axis direction (for example, Shirakawa et al., Edited by Synthetic Metals, Kagaku Dojin, Chemical Special Edition 87, 1980). This value is as small as about 1/20 of that of silver or copper metal.

【0006】黒鉛は2次元層状結晶であり、種々の化合
物と層間化合物を容易に形成する。層間化合物の電導度
は一般に高くなり、五フッ化ひ素(AsF5)の第2ス
テージ層間化合物で6.3×105(S/cm)、五フ
ッ化アンチモン(SbF5)の第3ステージのそれで1
×106(S/cm)と銀と同等かそれ以上の値である
(たとえば、渡辺信淳編著、グラファイト層間化合物、
近代編集社、1986年)。しかし、黒鉛層間化合物は
空気中で容易に分解して電導度は低下する。そのため、
ホストやインターカラントの種類、構造等の条件検索に
よって安定な層間化合物の製造が試みられているが、未
だ実用に耐えるものは製造されていない。
[0006] Graphite is a two-dimensional layered crystal, and easily forms various compounds and interlayer compounds. The conductivity of the intercalation compound generally increases, and the second stage intercalation compound of arsenic pentafluoride (AsF 5 ) is 6.3 × 10 5 (S / cm) and the third stage of antimony pentafluoride (SbF 5 ) So 1
× 10 6 (S / cm), which is equal to or higher than silver (for example, edited by Shinjun Watanabe, graphite intercalation compound,
Modern editorial company, 1986). However, the graphite intercalation compound is easily decomposed in the air and the electric conductivity is reduced. for that reason,
Attempts have been made to produce stable intercalation compounds by searching for conditions such as the type and structure of the host and intercalant, but none of them have been produced for practical use.

【0007】一方、セラミックスでは酸化物セラミック
スを除いて、電導性を持つものは数多くある。その中
で、第〓属のチタン、ジルコニウムおよびハフニウムの
二ホウ化物は電導度が約5〜10×104(S/cm)
と黒鉛のそれより高い値を持っている(たとえば、P.Sc
hwarzkopfら著、榛葉ほか訳、超硬合金ならびにサーメ
ットの原料、コロナ社、1960年)。それにもかかわ
らず、これらのセラミックスが高電導材としては使用さ
れていないと考えられる。その理由は明かでないが、恐
らく純度と成形性に問題があると考えられる。すなわ
ち、ホウ化物セラミックスは粉末としてかなり高純度の
ものが製造されているが、空気中に放置すると容易に酸
化され、酸化皮膜を形成する。また、この粉末は成形性
に乏しく、成形体を製造するためには焼結助材が用いら
れているが、これによって電導度は低下すると考えられ
る。
On the other hand, there are many ceramics having electrical conductivity except for oxide ceramics. Among them, Group II titanium, zirconium and hafnium diborides have an electric conductivity of about 5 to 10 × 10 4 (S / cm).
And have higher values than that of graphite (for example, P.Sc
Hwarzkopf et al., translated by Hariba et al., Raw materials for cemented carbide and cermet, Corona, 1960). Nevertheless, it is considered that these ceramics are not used as highly conductive materials. Although the reason is not clear, it is considered that there is probably a problem in purity and moldability. That is, although boride ceramics are produced in a very high purity as a powder, they are easily oxidized when left in the air to form an oxide film. In addition, this powder has poor moldability, and a sintering aid is used to produce a molded body, but this is considered to decrease the electrical conductivity.

【0008】成形性の問題は炭素材においても存在し、
HOPG以外の黒鉛結晶が発達したものは天然黒鉛とキ
ッシュ黒鉛がある。しかし、これらはいずれも粉末であ
り、成形性に乏しいため成形体は気孔の多いものしか得
られない。そのため、結晶の発達の程度から考えられる
電導度よりはるかに低いものとなる。
[0008] The problem of moldability also exists in carbon materials,
Those in which graphite crystals other than HOPG have developed include natural graphite and quiche graphite. However, these are all powders and have poor moldability, so that only molded articles having many pores can be obtained. Therefore, the electric conductivity is much lower than the electric conductivity considered from the degree of crystal development.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は黒鉛と二
ホウ化物セラミックスを複合化することにより、高い導
電性を持つ炭素を主体とした成形体を製造することであ
る。上述のように、黒鉛、二ホウ化物セラミックスはか
なり高い導電性を有するにもかかわらずその導電性を十
分発揮することが出来ないのは黒鉛、二ホウ化物セラミ
ックス共に、それぞれ単独では成形性に乏しいこと、二
ホウ化物では通常の状態では酸化皮膜の形成によると考
えた。そこで、黒鉛と二ホウ化物セラミックスを複合化
することによって、高い電導性を発揮することが可能で
あると考え、鋭意研究を行った結果、本発明をなすに至
った。すなわち、本発明は、鱗片状黒鉛1重量部と、二
ホウ化チタン、二ホウ化ジルコニウム及び二ホウ化ハフ
ニウムの中から選ばれた少なくとも1種のホウ化物セラ
ミックス1〜2.5重量部との混合物を、成形後、不活
性ガス雰囲気下、2500〜3000℃で熱処理するこ
とを特徴とする高電導性炭素系複合材の製造方法を提供
するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to produce a carbon-based compact having high conductivity by compounding graphite and diboride ceramics. As described above, although graphite and diboride ceramics have considerably high conductivity, they cannot exhibit sufficient conductivity because both graphite and diboride ceramics have poor moldability alone. That is, it was considered that the normal state of diboride was due to the formation of an oxide film. Then, it was thought that high conductivity could be exhibited by compounding graphite and diboride ceramics, and as a result of earnest studies, the present invention was accomplished. That is, the present invention relates to 1 part by weight of flaky graphite, and 1 to 2.5 parts by weight of at least one kind of boride ceramics selected from titanium diboride, zirconium diboride and hafnium diboride. An object of the present invention is to provide a method for producing a highly conductive carbon-based composite material, which comprises subjecting a mixture to heat treatment at 2500 to 3000 ° C. in an inert gas atmosphere after molding.

【0010】以下、本発明の方法を説明する。原料とし
て用いられるのは天然黒鉛と二ホウ化物セラミックスで
ある。天然黒鉛は大別して鱗片状と泥状黒鉛があるが、
本発明では鱗片状黒鉛である。しかもその大きさは数1
00μm以上の大きい粉末が好ましく、これを数ミクロ
ンまで粉砕したものは電導度を低下させるので好ましく
ない。
Hereinafter, the method of the present invention will be described. The raw materials used are natural graphite and diboride ceramics. Natural graphite is roughly classified into scaly and muddy graphite,
In the present invention, it is flaky graphite. Moreover, its size is
A large powder having a size of not less than 00 μm is preferable, and a powder obtained by grinding the powder to several microns is not preferable because the electric conductivity is reduced.

【0011】二ホウ化物セラミックスは二ホウ化チタン
(TiB2)、二ホウ化ジルコニウム(ZrB2)および
二ホウ化ハフニウム(HfB2)であり、その1種また
は2種以上の混合物が用いられる。これらは純度99%
以上の約10μm以下の粒度のものが製造されており、
これをそのまま用いる。
The diboride ceramics are titanium diboride (TiB 2 ), zirconium diboride (ZrB 2 ) and hafnium diboride (HfB 2 ), and one or a mixture of two or more thereof is used. These are 99% pure
The above particles having a particle size of about 10 μm or less are manufactured,
Use this as it is.

【0012】天然黒鉛と二ホウ化物セラミックスは重量
比で50:50〜20:80の範囲になるように採取す
る。ホウ化物セラミックスの量が50重量%以下である
と、得られる成形体の電導度は低くなり、80重量%以
上になると成形性が悪くなる。
The natural graphite and the diboride ceramic are collected in a weight ratio of 50:50 to 20:80. If the amount of the boride ceramics is 50% by weight or less, the conductivity of the obtained molded body will be low, and if it is 80% by weight or more, the moldability will be poor.

【0013】採取した原料はあらかじめ十分混合する。
この混合にらいかい機や振動ボールミルを用いて行うと
摩砕の作用により原料の粒度が小さくなるので、短時間
で行う必要がある。
The raw materials collected are thoroughly mixed in advance.
If the mixing is performed using a grinder or a vibrating ball mill, the particle size of the raw material becomes small due to the action of the grinding, so that the mixing needs to be performed in a short time.

【0014】混合した原料を成形する。この成形は2次
元層状である黒鉛ができるだけ一方向に配向するように
行う。たとえば、1軸圧縮による板状の成形ではできる
だけ薄くする。これが厚いと表面付近は黒鉛が配向する
が、内部はランダムになるので低い電導度のものとな
る。したがって、ローラー等によって薄板またはリボン
状に成形することは好ましい方法である。
[0014] The mixed raw material is formed. This molding is performed so that the two-dimensional layered graphite is oriented in one direction as much as possible. For example, in plate-shaped molding by uniaxial compression, the thickness is made as thin as possible. If this is too thick, the graphite will be oriented near the surface, but the inside will be random and will have low conductivity. Therefore, forming into a thin plate or ribbon shape with a roller or the like is a preferable method.

【0015】成形したものはアルゴン、ヘリウム等の不
活性ガス中で2500〜3000℃で熱処理する。な
お、不活性ガスとして窒素ガスを用いることは好ましく
ない。その理由は高温において、ホウ化物セラミックス
が窒素と反応して窒化物セラミックスに変化する恐れが
あるためである。
The molded product is heat-treated at 2500 to 3000 ° C. in an inert gas such as argon or helium. It is not preferable to use nitrogen gas as the inert gas. The reason is that at high temperatures, boride ceramics may react with nitrogen and change to nitride ceramics.

【0016】熱処理温度は2500〜3000℃の範囲
であるが、熱処理温度が高くなると成形体の電導度は高
くなるが、2500℃未満の温度であると所望する電導
度を持つ成形体が得られない。また、3000℃以上に
なると成形体は溶融、変形する。この溶融、変形する温
度は黒鉛と二ホウ化物の配合量によって異なり、黒鉛の
量が少なくなるにしたがって低い温度となる。したがっ
て、配合量によって最高の熱処理温度を決める必要があ
る。
The heat treatment temperature is in the range of 2500 to 3000 ° C., and when the heat treatment temperature is high, the conductivity of the formed body is increased. However, when the temperature is less than 2500 ° C., a formed body having a desired conductivity can be obtained. Absent. When the temperature exceeds 3000 ° C., the molded body is melted and deformed. The melting and deforming temperature depends on the blending amounts of graphite and diboride, and the lower the amount of graphite, the lower the temperature. Therefore, it is necessary to determine the highest heat treatment temperature depending on the amount of the compound.

【0017】このようにして得られた黒鉛と二ホウ化物
セラミックスの成形体は黒鉛で最も高い電導度を持つH
OPGの2.5×104(S/cm)に近い値を持つ高
電導体となると共に、成形体として十分な強度を持って
いる。
The molded body of graphite and diboride ceramic obtained in this manner has the highest conductivity of graphite, H
It is a high conductor having a value close to 2.5 × 10 4 (S / cm) of OPG, and has sufficient strength as a molded body.

【0018】この成形体は単に天然黒鉛と二ホウ化物セ
ラミックスの混合体ではない。それは上述のように、電
導度は熱処理することが必要であり、しかもその温度に
よって変わることから明かである。すなわち、天然黒鉛
と二ホウ化物セラミックスの混合粉末を成形したものは
電導度が〜102(S/cm)であり、強度も低いが、
これを2000℃で熱処理すると〜103(S/cm)
の電導度と強度が上昇する。さらに2500℃以上にな
ると、電導度は〜104(S/cm)に達し、強度も高
くなる。このような変化は熱処理による構造の変化によ
るもので、その変化は原料として用いた天然黒鉛以外の
黒鉛が生成し、その黒鉛の配向は成形体表面に対して平
行であること、二ホウ化物セラミックスは平板状の天然
黒鉛および生成した黒鉛の端にあたかも融着したように
存在することである。このことが電導度と強度を高くし
ている理由であると考えられる。
This compact is not merely a mixture of natural graphite and diboride ceramics. This is apparent from the fact that, as described above, the electrical conductivity needs to be heat-treated and varies depending on the temperature. That is, those obtained by molding a mixed powder of natural graphite and diboride ceramics is electric conductivity of ~10 2 (S / cm), the strength is low,
When this is heat-treated at 2000 ° C., it is 10 3 (S / cm)
Conductivity and strength are increased. When the temperature further rises to 2500 ° C. or higher, the conductivity reaches −10 4 (S / cm), and the strength increases. Such a change is due to a change in the structure due to heat treatment, and the change produces graphite other than the natural graphite used as a raw material, and the orientation of the graphite is parallel to the surface of the molded body. Is present as if fused to the ends of the flat natural graphite and the generated graphite. This is considered to be the reason for increasing the conductivity and strength.

【0019】以下、実施例を挙げて本発明の方法をさら
に詳細に説明する。なお、ここで用いた記号は走査型電
子顕微鏡をSEM、エネルギー分散型X線分析装置をE
DXとする。
Hereinafter, the method of the present invention will be described in more detail with reference to examples. The symbols used here are SEM for scanning electron microscope and E for energy dispersive X-ray analyzer.
DX.

【0020】実施例1 本実施例は天然黒鉛と二ホウ化ジルコニウムから成形体
を調製し、その電導度を測定したものである。
Example 1 In this example, a molded body was prepared from natural graphite and zirconium diboride, and the electric conductivity was measured.

【0021】原料の天然黒鉛は中国産の鱗片状黒鉛であ
り、32タイラーメッシュ(目開き495μm)のふる
いで分別し、ふるい上のものを用いた。二ホウ化ジルコ
ニウム(ZrB2)は日本新金属製の平均粒子径2μmの
ものをそのまま用いた。天然黒鉛5gにZrB25g
(重量比50:50)を加え、らいかい機で1時間混合
した後、この混合粉末1gを内径20mmのシリンダー
型成形器に入れ、300MPaの荷重下で厚さ約1mm
に成形した。これを管状炉で窒素ガス中、900℃で1
時間焼成し、ついで、タンマン炉でアルゴン気流中、2
000〜3000℃まで加熱し、1時間保持して熱処理
した。この熱処理した成形体を電導度を25℃で、三菱
油化(現三菱化学)製表面抵抗計ロレスタAPによる4
端子4探針法によって測定した。その結果を表1に示
す。
The natural graphite used as the raw material is flaky graphite produced in China, which was separated by a 32 Tyler mesh (mesh size: 495 μm) sieve and used on the sieve. Zirconium diboride (ZrB 2 ) having an average particle diameter of 2 μm manufactured by Nippon Shinyaku was used as it was. 5 g of ZrB 2 in 5 g of natural graphite
(Weight ratio: 50:50), and mixed for 1 hour with a grinder. Then, 1 g of the mixed powder was put into a cylinder-type molding machine having an inner diameter of 20 mm, and a thickness of about 1 mm was applied under a load of 300 MPa.
Molded. This is placed in a tube furnace in nitrogen gas at 900 ° C for 1 hour.
Firing for 2 hours,
It heated to 000-3000 degreeC, and it heat-processed holding 1 hour. The heat-treated molded body was measured at a conductivity of 25 ° C. using a surface resistance meter Loresta AP manufactured by Mitsubishi Yuka (currently Mitsubishi Chemical).
It was measured by the terminal 4 probe method. Table 1 shows the results.

【0022】 [0022]

【0023】この結果から知られるように、電導度は熱
処理温度の上昇と共に高くなるが、特に2500℃以上
では著しく、その値は高配向熱分解黒鉛であるHOPG
のそれに近くなる。かさ密度は処理温度によらず2.6
5〜2.72の範囲であり、2500℃以上の成形体は
硬いものであった。なお、実験番号1-1、1-2および1-3
は参考例である。
As can be seen from the results, the conductivity increases as the temperature of the heat treatment increases, but is particularly remarkable at 2500 ° C. or higher, and its value is HOPG which is a highly oriented pyrolytic graphite.
Become closer to that of. The bulk density is 2.6 regardless of the processing temperature
It was in the range of 5 to 2.72, and the molded body at 2500 ° C. or higher was hard. Experiment numbers 1-1, 1-2 and 1-3
Is a reference example.

【0024】さらに、2800℃で熱処理した成形体の
構造をSEMとそれに付属したEDXによって調べた。
表面はかなり平滑であり、不定形の平板体と三角、四
角、六角形の平板体の混在したものであり、これらの平
板体は成形体表面に平行に存在した。これらの平板体は
EDX分析によって炭素であった。2400℃で熱処理
した成形体を同様にして調べたところ、不定形の平板体
が大部分であり、わずかに多角形平板体が存在した。こ
れから不定形平板体は天然黒鉛であり、多角形平板体は
熱処理によって生成したものであることが分かった。し
かも、これらの平板体の周囲(端の部分)には融着した
ものが存在し、この部分をEDXで調べたところ、ジル
コニウムであった。成形体を粉砕し、粉末X線回折を測
定したところ、非常に結晶性の優れた炭素、ZrB2
微量の炭化ジルコニウムの回折線であった。これらのこ
とから、成形体は天然黒鉛と生成した多角平板状黒鉛お
よびZrB2から構成され、ZrB2は主として平板状黒
鉛の端に存在するといえる。多角平板状黒鉛はZrB2
と接した天然黒鉛が高温での加熱によりZrB2中に溶
解し、冷却時に黒鉛として析出したものであると考えら
れる。したがって、この多角平板状黒鉛の生成とZrB
2の融着が電導度を高くし、かつ、成形体の強度を向上
させている1つの要因であるといえる。
Further, the structure of the compact heat-treated at 2800 ° C. was examined by SEM and EDX attached thereto.
The surface was fairly smooth, and a mixture of irregularly shaped flat plates and triangular, square, and hexagonal flat plates was present, and these flat plates were parallel to the surface of the molded product. These slabs were carbon by EDX analysis. When the molded body heat-treated at 2400 ° C. was examined in the same manner, most of the irregularly shaped flat bodies were present, and slightly polygonal flat bodies were present. From this, it was found that the amorphous plate was natural graphite and the polygon plate was formed by heat treatment. In addition, there were fused parts around these flat bodies (edge parts), and when these parts were examined by EDX, they were found to be zirconium. The molded product was pulverized, and powder X-ray diffraction was measured. The result was a diffraction line of carbon, ZrB 2, and a trace amount of zirconium carbide having extremely excellent crystallinity. From these facts, it can be said that the molded body is composed of natural graphite, the formed polygonal flat graphite and ZrB 2 , and ZrB 2 is mainly present at the end of the flat graphite. Polygonal flat graphite is ZrB 2
Natural graphite in contact with the dissolved in ZrB 2 by heating at high temperature, believed to be precipitated as graphite during cooling. Therefore, the formation of this polygonal flat graphite and ZrB
It can be said that the fusion of No. 2 is one factor that increases the electrical conductivity and improves the strength of the molded body.

【0025】実施例2 本実施例は天然黒鉛とZrB2の配合量を変えて調製し
た成形体の電導度を調べたものである。
Example 2 In this example, the conductivity of a molded body prepared by changing the blending amounts of natural graphite and ZrB 2 was examined.

【0026】実施例1と同様の天然黒鉛とZrB2を用
い、それらの配合量を重量比で70:30、30:70
および20:80とし、らいかい機で1時間混合した。
これを実施例1と同様にして成形したところ、30:7
0の配合量ではきれいな成形体が得られたが、20:8
0では型枠から脱型するとき破損し、成形体として得ら
れなかった。
The same natural graphite and ZrB 2 as in Example 1 were used, and their compounding amounts were 70:30 and 30:70 by weight.
And 20:80, and mixed for 1 hour with a grinder.
When this was molded in the same manner as in Example 1, 30: 7
With a blending amount of 0, a clean molded product was obtained, but 20: 8
In the case of 0, it was broken when it was released from the mold and could not be obtained as a molded product.

【0027】成形体をタンマン炉でアルゴン気流中、2
800℃まで加熱し、1時間保持して熱処理した。これ
を25℃で電導度を測定した結果、配合量が70:30
の成形体は4.34×103(S/cm)であり、3
0:70の成形体では1.86×104(S/cm)で
あった。また、配合量70:30の3000℃で熱処理
した成形体は6.41×103(S/cm)であった
が、配合量30:70では3000℃の熱処理で溶融
し、大きく変形した。そのため電導度は測定できなかっ
た。この結果から、電導度は熱処理温度と共に配合量に
も依存するが、高導電性を発現するためには実施例1の
結果と合わせて、配合量は50:50以上であることが
分かった。
The molded body was placed in an argon stream in a Tamman furnace,
Heated to 800 ° C., held for 1 hour and heat treated. As a result of measuring the conductivity at 25 ° C., the compounding amount was 70:30.
Is 4.34 × 10 3 (S / cm).
It was 1.86 × 10 4 (S / cm) in the molded body of 0:70. The molded product heat-treated at 3000 ° C. with a compounding amount of 70:30 was 6.41 × 10 3 (S / cm), but when the compounding amount was 30:70, it melted by the heat treatment at 3000 ° C. and was greatly deformed. Therefore, the conductivity could not be measured. From these results, it was found that the electrical conductivity depends not only on the heat treatment temperature but also on the compounding amount. However, in order to exhibit high conductivity, the compounding amount is 50:50 or more together with the result of Example 1.

【0028】参考例 本参考例は天然黒鉛とZrB2の粒度、とくに天然黒鉛
の粒度が電導度に与える影響を調べたものである。
REFERENCE EXAMPLE In this reference example, the effect of the particle size of natural graphite and ZrB 2 , particularly the effect of the particle size of natural graphite on the electrical conductivity was investigated.

【0029】実施例1と同様の天然黒鉛とZrB2を用
い、それらの配合量を重量比で50:50としてらいか
い機による混合時間を変えて混合粉末を調製した。これ
を実施例1と同様にして成形した後、タンマン炉で28
00℃に加熱し、1時間保持して成形体を得た。この成
形体の電導度を測定した。結果を表2に示す。
A mixed powder was prepared by using the same natural graphite and ZrB 2 as in Example 1 and changing the blending amounts thereof to 50:50 by weight and mixing time with a rake machine. This was molded in the same manner as in Example 1 and then molded in a Tamman furnace.
It was heated to 00 ° C. and kept for 1 hour to obtain a molded body. The electrical conductivity of this molded body was measured. Table 2 shows the results.

【0030】 [0030]

【0031】この結果から、らいかい機による混合時間
が長くなると、電導度は低下した。これは天然黒鉛が粉
砕され、粒度が小さくなったためと考えられ、しかも硬
質なZrB2が共存するため、破壊の程度が大きいと思
われる。
From the results, it was found that when the mixing time by the grinder was prolonged, the electric conductivity was lowered. This is thought to be because natural graphite was pulverized to reduce the particle size, and hard ZrB 2 coexisted, so that the degree of destruction was considered to be large.

【0032】このことを平均粒度が6μmの鱗片状天然
黒鉛を用いて確かめた。ZrB2とのらいかい機による
混合時間を1時間とし、2800℃で熱処理した成形体
の電導度は5.31×103(S/cm)であり、実験
番号1-6の値と比較して約2分の1であった。
This was confirmed using flaky natural graphite having an average particle size of 6 μm. The conductivity of the compact heat-treated at 2800 ° C. was 5.31 × 10 3 (S / cm), where the mixing time with a ZrB 2 triturator was 1 hour, which was compared with the value of Experiment No. 1-6. About one-half.

【0033】比較例 本比較例は天然黒鉛とZrB2をそれぞれ単独で成形
し、その電導度を測定したものである。
COMPARATIVE EXAMPLE In this comparative example, natural graphite and ZrB 2 were individually molded, and the electric conductivity was measured.

【0034】実施例1と同様の天然黒鉛とZrB2を用
い、それぞれ単独で成形した。天然黒鉛の場合は非常に
弱く、かつ、脆いが一応成形体として成形することが可
能であった。しかし、ZrB2は型枠から脱型するとき
にかなり細かく破損し、成形体が得られなかった。そこ
で、天然黒鉛のみの成形体をタンマン炉で2800およ
び3000℃に加熱し、1時間保持して熱処理した。
Using the same natural graphite and ZrB 2 as in Example 1, each was molded independently. In the case of natural graphite, it was very weak and brittle, but could be molded as a compact. However, when ZrB 2 was released from the mold, it was broken very finely, and a molded product could not be obtained. Therefore, the molded body made of only natural graphite was heated to 2800 and 3000 ° C. in a Tamman furnace, and kept for 1 hour to perform heat treatment.

【0035】この成形体の電導度を実施例1と同様にし
て測定したところ、2800℃の成形体では1.51×
103(S/cm)、3000℃のそれは1.55×1
3(S・cm)とほとんど同じであり、しかも、その
値はHOPGと比較して非常に低いものであった。これ
らのかさ密度は1.84と1.86(g/cm3)であ
り、強度の低いものであった。
The electric conductivity of this molded product was measured in the same manner as in Example 1.
10 3 (S / cm) at 3000 ° C is 1.55 × 1
0 3 (S · cm), and the value was much lower than HOPG. Their bulk densities were 1.84 and 1.86 (g / cm 3 ), indicating low strength.

【0036】実施例3 本実施例は天然黒鉛と二ホウ化物セラミックスとして、
二ホウ化チタンおよび二ホウ化ハフニウムを用いた成形
体の電導度を調べたものである。
Example 3 This example uses natural graphite and diboride ceramics
It is a result of examining the electric conductivity of a molded body using titanium diboride and hafnium diboride.

【0037】天然黒鉛は実施例1と同様のものを用い
た。二ホウ化チタンおよび二ホウ化ハフニウムは日本新
金属製であり、平均粒度は前者が4μm、後者は4.5
μmである。
The same natural graphite as in Example 1 was used. Titanium diboride and hafnium diboride are made by Nippon Shinyokuhin, and the average particle size is 4 μm for the former and 4.5 for the latter.
μm.

【0038】天然黒鉛と二ホウ化チタンまたは二ホウ化
ハフニウムを重量比で50:50とし、これをらいかい
機で1時間混合した。この混合物を実施例1と同様にし
て成形し、2800℃で1時間熱処理した。この成形体
の電導度を実施例1と同様にして測定した結果、二ホウ
化チタンの場合で9.87×103(S/cm)、二ホ
ウ化ハフニウムの場合で1.38×104(S/cm)
であった。成形体の表面の構造は実施例1のZrB2
場合と同様に端にホウ化物が融着した天然黒鉛と多角体
黒鉛からなるものであった。
Natural graphite and titanium diboride or hafnium diboride were mixed at a weight ratio of 50:50, and the mixture was mixed for 1 hour by a triturator. This mixture was molded in the same manner as in Example 1 and heat-treated at 2800 ° C. for 1 hour. As a result of measuring the electric conductivity of this compact in the same manner as in Example 1, it was found that titanium diboride was 9.87 × 10 3 (S / cm), and that hafnium diboride was 1.38 × 10 4. (S / cm)
Met. The structure of the surface of the molded body was composed of natural graphite and polyhedral graphite having borides fused to the ends, as in the case of ZrB 2 of Example 1.

【0039】[0039]

【発明の効果】鱗片状天然黒鉛と二ホウ化チタン、二ホ
ウ化ジルコニウム、二ホウ化ハフニムの混合粉末を成形
し、不活性ガス雰囲気下、2500〜3000℃で熱処
理るという簡単な操作により、黒鉛として最も高い電導
度を持つ高配向熱分解黒に近い高導電性の炭素系複合材
を製造することができる。
According to the simple operation of molding a mixed powder of flaky natural graphite and titanium diboride, zirconium diboride, hafnium diboride, and heat-treating at 2500 to 3000 ° C. in an inert gas atmosphere, A highly conductive carbon-based composite material that is close to highly oriented pyrolytic black having the highest electrical conductivity as graphite can be produced.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 泰弘 佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地1 九州工業技術研究所内 (56)参考文献 特公 平5−56306(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/58 105 C04B 35/495 C04B 35/52────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiro Yamada 807-1, Nonoshita, Sukumachi, Tosu City, Saga Prefecture Inside the Kyushu Institute of Industrial Technology (56) References Japanese Patent Publication 5-56306 (JP, B2) (58) Survey Field (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/58 105 C04B 35/495 C04B 35/52

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 鱗片状黒鉛1重量部と、二ホウ化チタ
ン、二ホウ化ジルコニウム及び二ホウ化ハフニウムの中
から選ばれた少なくとも1種のホウ化物セラミックス1
〜2.5重量部との混合物を、成形後、不活性ガス雰囲
気下、2500〜3000℃で熱処理することを特徴と
する高電導性炭素系複合材の製造方法。
1. A scaly graphite (1 part by weight) and at least one boride ceramic material selected from titanium diboride, zirconium diboride and hafnium diboride
A method for producing a highly conductive carbon-based composite material, comprising: heat-treating a mixture of about 2.5 parts by weight at 2,500 to 3000 ° C. in an inert gas atmosphere after molding.
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