等方加圧グラファイトの詳しい解説(2)

1.4 二次研削

ペーストは、均一に混合される前に、砕かれ、粉砕され、サイズが数十から数百マイクロメートルの粒子にふるいにかけられます。プレスパウダーと呼ばれるプレス材として使用されます。二次粉砕の装置としては、通常、縦型ローラーミルやボールミルが使用されます。

1.5 成形

通常の押出成形とは異なり、静水圧加圧グラファイト冷間静水圧プレス技術を使用して形成されます (図 2)。原料粉末をゴム型に充填し、高周波電磁振動により粉末を圧縮成形します。密封後、粉末粒子を真空にして粒子間の空気を排出します。水や油などの液体媒体が入った高圧容器に入れ、100～200MPaまで加圧し、円筒形または角形の製品にプレスします。

パスカルの原理によれば、水などの液体媒体を介してゴム型に圧力がかかり、その圧力は全方向で均等になります。このように、粉末粒子は金型内の充填方向に配向せず、不規則な配置で圧縮されます。したがって、黒鉛は結晶学的性質において異方性を持っていますが、全体的には等方加圧黒鉛は等方性です。成形品の形状は円筒形、角形だけでなく、円筒形、るつぼ形などもあります。

静水圧プレス成形機は主に粉末冶金業界で使用されます。航空宇宙、原子力産業、超硬合金、高電圧電磁などのハイエンド産業の需要により、静水圧プレス技術の開発は非常に速く、作動シリンダーを備えた冷間静水圧プレス機を製造する能力を備えています。内径3000mm、高さ5000mm、最高使用圧力600MPa。現在、炭素産業で等方加圧グラファイトを製造するために使用されている冷間静水圧プレス機の最大仕様はΦ 2150mm × 4700mm、最大使用圧力は 180MPa です。

1.6 ベーキング

焙煎プロセス中に、骨材とバインダーの間で複雑な化学反応が発生し、バインダーが分解して大量の揮発性物質を放出すると同時に、縮合反応も起こります。低温予熱段階では加熱により原料が膨張し、その後の加熱工程では縮合反応により体積が収縮します。

生製品の体積が大きくなるほど揮発分が放出されにくくなり、生製品の表面と内部に温度差が生じ、熱膨張・収縮が不均一となり、生製品にクラックが発生する場合があります。

等方加圧グラファイトはその微細な構造により、特にゆっくりとした焙煎プロセスを必要とし、炉内の温度は、特にアスファルト揮発性物質が急速に排出される温度段階では非常に均一である必要があります。加熱プロセスは慎重に実行し、加熱速度は 1 ℃/h を超えず、炉内の温度差は 20 ℃ 未満にしてください。このプロセスには約 1 ～ 2 か月かかります。

1.7 含浸

焙煎中にコールタールピッチの揮発分が排出されます。ガスの排出や体積収縮の際に製品中に微細な気孔が残りますが、そのほとんどは開気孔です。

製品の嵩密度、機械的強度、導電性、熱伝導性、耐薬品性を向上させるために、開気孔を通して製品内部にコールタールピッチを含浸させる加圧含浸法が用いられます。

製品は最初に予熱する必要があり、次に含浸タンク内で真空引きおよび脱気する必要があります。次に、溶融したコールタールアスファルトを含浸タンクに加え、加圧して製品の内部に含浸剤アスファルトを浸透させます。通常、等方加圧グラファイトは複数サイクルの含浸焙煎を受けます。

1.8 黒鉛化

焼成物を約3000℃に加熱すると、炭素原子の格子が規則的に配列し、黒鉛化と呼ばれる炭素から黒鉛への変態が完了します。

黒鉛化法には、アチソン法、内部熱直列接続法、高周波誘導法などがあります。通常のアチソン法では、製品の炉への装入と炉からの排出に約1〜1.5か月かかります。各炉では数トンから数十トンの焙煎品を処理することができます。