碳材料的制造方法和碳材料技术

本发明专利技术的碳材料的制造方法，具备如下工序：将通过煤的溶剂萃取处理得到的无灰煤，和无灰煤经干馏的无灰煤焦炭加以混合的工序；加热成形混合物的工序；和使成形体碳化的工序。另外，所得到的碳材料含有无灰煤，光学各向异性组织中的粗粒镶嵌以下的组织的比例为90％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及碳材料的制造方法和碳材料。
技术介绍
碳材料是成形焦炭(骨料)和沥青(粘结剂)的混合物，使其碳化而制造。在这样的碳材料的制造中，经一次的碳化处理容易在成形体中残留空隙，因此普遍进行的是在碳化之后浸渍在沥青中再进行碳化。此外该碳化的工序也多反复进行。可是，一般作为碳材料的原料使用的沥青和焦炭，不论来自于煤还是石油都不便宜。另外，来自于石油的沥青，存在硫分和金属成分这样的杂质的含量多的问题。因此，提出作为粘结剂使用比较廉价而杂质少的(就是低硫分、低灰分)无灰煤的碳材料的制造方法(参照日本国特开2011－1240号公报)。但是，在上述使用无灰煤的碳材料的制造方法中，在成形前对于无灰煤进行加热处理。因此，无灰煤缺乏变形性，所得到的碳材料中残留空隙，碳材料的强度不能充分提高。【先行技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本国特开2011－1240号公报
技术实现思路
本专利技术基于上述这样的情况而形成，其目的在于，提供一种低成本而强度优异的碳材料及其制造方法。本专利技术者们对于使用无灰煤的碳材料的制造方法进行了锐意研究，其结果发现，使用将无灰煤进行了干馏的无灰煤焦炭作为骨料，并且将无灰煤作为粘结剂使用，从而碳材料的抗弯强度显著提高。这被认为是由于，无灰煤的碳结构(光学各向异性组织)由微粒以下的镶嵌组织构成，以及熔融后的无灰煤均质地填充了无灰煤焦炭间的空隙和无灰煤焦炭的微细孔等。即，为了解决上述课题而形成的专利技术，是具备如下工序的碳材料的制造方法：将通过煤的溶剂萃取处理所得到的无灰煤，和对于无灰煤进行干馏而成的无灰煤焦炭加以混合的工序；加热成形上述混合物的工序；以及使上述成形体碳化的工序。该碳材料的制造方法中，以无灰煤作为粘结剂，以无灰煤焦炭作为骨料使用，从而可减少杂质的含量，使骨料和粘结剂的碳结构接近而提高粘接力。另外，该碳材料的制造方法，因为骨料和粘结剂的热膨胀系数的差小，所以加热时可防止因应变造成的开裂。此外，该碳材料的制造方法中，熔融后的无灰煤均质地填充无灰煤焦炭间的空隙和无灰煤焦炭的微细孔，并且所得到的碳材料大量具有微粒以下的各向同性的镶嵌组织。其结果是，以该碳材料的制造方法得到的碳材料，低成本而具有高强度。使上述混合工序中的上述混合物的无灰煤的含有率为5质量％以上且35质量％以下即可。如此使无灰煤的含有率在上述范围内，能够适度控制混合物的膨胀率，容易且确实地提高所得到的碳材料的密度和强度。设无灰煤的软化开始温度为T1(℃)时，使上述加热成形工序中的混合物的加热温度为(T1+20℃)以上、300℃以下即可。如此以上述范围内的温度加热上述混合物，能够容易且确实地提高所得到的碳材料的密度和强度。还有，所谓“软化开始温度”，是依据JIS－M8801：2004的吉氏塑性仪法测量的值，具体来说，就是1分钟旋转1周(1ddpm)以上持续2分钟以上，进行确认时的最初的1分钟的平均温度。上述碳化工序，具有使上述成形体碳化的工序，和使碳化的成形体石墨化的工序即可。如此，通过进行碳化和石墨化，可更确实地提高碳材料的强度。用于解决上述课题而形成的另一专利技术，是含有通过煤的溶剂萃取处理而得到的无灰煤的碳材料，其特征在于，光学各向异性组织中的粗粒镶嵌以下的组织的比例为90％以上。该碳材料中，含有无灰煤，光学各向异性组织中的粗粒镶嵌以下的组织的比例为上述范围，虽然成本低，但密度高且具有高强度。还有，所谓光学各向异性组织，意思是“铁钢技术的潮流第2系列第12卷“煤·焦炭”第77项3.1焦炭品质评价”的表3.1.3所述的光学各向异性组织。另外，所谓“粗粒镶嵌以下的组织”，意思是以偏光显微镜观察的各向异性单位尺寸的大小与粗粒镶嵌同等或比之小的组织，具体来说，是指各向异性单位尺寸的大小低于10μm的组织或未确认到光学各向异性组织的组织。另外，上述碳材料，通过对于上述无灰煤和无灰煤经干馏的无灰煤焦炭的混合物进行加热成形，使其成形体碳化而取得即可。由此，能够促进碳材料的低成本化和高强度化。如以上说明，本专利技术的碳材料的制造方法，能够以低成本得到强度优异的碳材料。另外，本专利技术的碳材料，因为低成本而强度优异，所以能够适合作为结构用构件、电气电子元件、金属还原剂等使用。附图说明图1是以1000℃对于煤沥青进行热处理的偏光显微镜照片。图2是以20∶80的质量比混合无灰煤和煤沥青，以1000℃进行热处理的偏光显微镜照片。图3是以60∶40的质量比混合无灰煤和煤沥青，以1000℃进行热处理的偏光显微镜照片。图4是以1000℃对无灰煤进行热处理的偏光显微镜照片。具体实施方式以下，对于本专利技术的碳材料的制造方法的实施方式进行说明。该碳材料的制造方法，具备如下工序：将通过煤的溶剂萃取处理而得到的无灰煤，和对于无灰煤进行干馏而成的无灰煤焦炭加以混合的工序(混合工序)；加热成形上述混合物的工序(加热成形工序)；以及使上述成形体碳化的工序(碳化工序)。碳化工序还具有使上述成形体碳化的工序(碳化工序)，和使碳化的成形体石墨化的工序(石墨化工序)。＜混合工序＞在混合工序中，混合无灰煤和无灰煤焦炭。(无灰煤)无灰煤(超精煤(Hypercoal)，HPC)，是对于煤进行了改质的改质煤的一种，是使用溶剂从煤中尽可能除去灰分和非溶解性成分的改质煤。无灰煤的灰分一般为5质量％以下，优选为2质量％以下。作为无灰煤的灰分的上限，更优选为5000ppm(质量基准)，进一步优选为2000ppm。作为该碳材料的制造方法中所用的无灰煤的原料煤，优选以815℃加热而灰化时的残留无机物(硅酸、氧化铝、氧化铁、石灰、氧化镁、碱金属等)的浓度极少。另外无灰煤中水分含量稀少，大约为0.5质量％以下，显示出比原料煤高的热流动性。还有，所谓“灰分”，意思是依据JIS－M8812：2004测量的值。(无灰煤的制造方法)无灰煤能够以各种公知的制造方法取得，能够通过从煤的溶剂萃取物中除去溶剂而得到。无灰煤，例如以具备浆料加热工序、分离工序、和无灰煤回收工序的制造方法取得。[浆料加热工序]在浆料加热工序中，混合煤和芳香族溶剂而调制浆料，进行加热处理，将煤的可溶成分萃取在芳香族溶剂中。无灰煤的原料煤的种类未特别限定，例如能够使用烟煤、次烟煤、褐煤、褐煤(日文：亜炭)等的各种公知的煤。其中，从经济性的观点出发，优选次烟煤、褐煤、褐煤(亜炭)等的低品位煤。作为上述芳香族溶剂，只要具有溶解煤的性质的，便没有特别限定，例如能够使用苯、甲苯、二甲苯等的单环芳香族化合物，和萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等的双环芳香族化合物等。还有，在上述双环芳香族化合物中，包含具有脂肪链的萘类和具有长脂肪链的联苯类。在上述芳香族溶剂之中，优选为利用煤干馏生成物精炼的作为煤衍生物的双环芳香族化合物。煤衍生物的双环芳香族化合物，即使在加热状态下也稳定，与煤的亲和性优异。因此，作为芳香族溶媒而使用这样的双环芳香族化合物，能够提高被溶剂萃取的煤成分的比例(以下，也称为“萃取率”)，并且能够以蒸馏等的方法很容易地回收溶剂并循环使用。作为芳香族溶剂的沸点，优选为180℃以上且330℃以下。芳香族溶剂的沸点低于上述下限时，加热萃取之时萃取率降低，并且所需压力有可能变高。另外，除了在后述的分离工序中所需要压力也会变高以外，在回收芳香族溶剂的工序中因挥发造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳材料的制造方法，其中，具备如下工序：将通过煤的溶剂萃取处理得到的无灰煤和对于无灰煤进行干馏而成的无灰煤焦炭加以混合而得到混合物的混合工序；加热成形上述混合物而得到成形体的加热成形工序；和使上述成形体碳化的碳化工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.19 JP 2014-1038371.一种碳材料的制造方法，其中，具备如下工序：将通过煤的溶剂萃取处理得到的无灰煤和对于无灰煤进行干馏而成的无灰煤焦炭加以混合而得到混合物的混合工序；加热成形上述混合物而得到成形体的加热成形工序；和使上述成形体碳化的碳化工序。2.根据权利要求1所述的碳材料的制造方法，其中，使上述混合工序中的上述混合物的无灰煤的含有率为5质量％以上且35质量％以下。3.根据权利要求1或根据权利要求2所述的碳材料的制造方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田祥平，滨口真基，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：日本;JP