專利名稱：：石墨材料和石墨材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及石墨材料和該石墨材料的制造方法。特別是，本發(fā)明涉及一種適合作為構(gòu)件的石墨材料，該構(gòu)件可被精密加工為放電處理用電極、電子零件用夾具或彈性體。
背景技術(shù)：
：由于石墨材料具有諸如優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和加工特性等性質(zhì)，因此該材料己經(jīng)用于許多領(lǐng)域，例如作為放電處理用電極、用于電子零件的玻璃密封及釬焊的夾具和彈性體。近年來，隨著家用電器和汽車部件的小型化，需要在用于壓模鑄造成型和塑性鑄造成型的模具上精確地加工出薄的肋和槽、細(xì)銷和細(xì)孔等。制造這樣的精密模具需要由能夠經(jīng)受精密加工的石墨材料構(gòu)成的放電處理用電極。為了使用作為電極的石墨材料通過放電處理獲得諸如薄肋等精密形狀，同時又不致使該電極破損，該石墨材料必須具有一定程度的強度。而且，重要的是，為了提高待加工模具的尺寸精度，該石墨材料在放電處理時不會因熱和外力而變形。作為適合于這樣的用途的高強度和高密度石墨材料，日本特開平1-97523號公報公開了使用中間相碳微球作為原料。作為制造高強度和高密度的石墨材料的另一種方法，日本特開平4-240022號公報公開了下述方法以具有特定的(3樹脂含量、灰分含量、水分含量、揮發(fā)物含量、固定碳和平均粒徑的中間相碳微球為原料，在冷壓下使其成型，隨后在預(yù)定溫度下進行燒制和石墨化。由于利用在日本特開平1-97523號公報和日本特開平4-240022號公報中公開的制造方法獲得的石墨材料具有高強度和高密度，因此有利之處在于，即使當(dāng)這些材料被加工為諸如薄肋等精密形狀時也不容易破損。同時，日本特開平6-144811號公報公開了一種碳質(zhì)巻簧以彌補傳統(tǒng)彈簧如金屬彈簧和陶瓷彈簧的缺點。更確切地說，金屬彈簧的彈簧常數(shù)具有較大的溫度依存性，因而通常在20(TC以下使用，其耐熱性也受限于600°C，高于該溫度強度快速下降。而且，金屬彈簧的防銹和耐化學(xué)藥品腐蝕性能較差。陶瓷彈簧的耐熱性也受限于IOO(TC，并且陶瓷彈簧的抗熱沖擊性較差。由于金屬彈簧和陶瓷彈簧均具有較高的比重，因而它們的不利之處在于，具有金屬或陶瓷彈簧的裝置的重量較大。獲得在日本特開平6-144811號公報中所公開的碳質(zhì)巻簧的方法包括使能夠碳化的有機材料或有機線狀體(stringbody)形成為巻形，所述有機材料或有機線狀體中均勻分散有碳纖維、石墨須晶、石墨粉末或無定形碳纖維等，并且所述有機材料或有機線狀體被高度增強；需要時對所述材料進行碳前體處理；通過在惰性氣氛中的熱處理使所述材料碳化；以及用對應(yīng)預(yù)期功能的金屬被覆碳化彈簧的整個表面。碳質(zhì)巻簧即使在氧氣的存在下處于高溫時也具有優(yōu)異的耐熱性和耐腐蝕性，并可以認(rèn)為具有較高的強度和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容不過，由于在上述的日本特開平1-97523號公報和日本特開平4-240022號公報中公開的傳統(tǒng)的石墨材料具有高強度和高密度，因此在使用切削工具進行加工時，這些材料常常表現(xiàn)出很大的切削阻力，這往往導(dǎo)致碎屑的產(chǎn)生。而且，由于這些材料對切削工具有很高的切削阻力，在加工薄肋和細(xì)銷時，該石墨材料因反作用力而變形，從而又導(dǎo)致該材料的厚度的精度下降。此外，當(dāng)使用端銑刀或鉆孔機加工具有小角度R的小框架的內(nèi)表面或底面、薄的溝槽和深細(xì)孔等時，該端銑刀或鉆孔機變形，這意味著不僅僅不可能實現(xiàn)高精度加工，而且這些切削工具本身也常常受到損壞。從原理上說，可以通過減少切削工具所要求的切削量來防止出現(xiàn)這些問題。不過，為做到這一點，必須采取這樣一種對策，即，減小該切削工具的進動速度或者增加該切削工具的轉(zhuǎn)速。在這樣的方法中，必須使用具有高剛性的高性能加工機器和切削工具，所述的加工機器和切削工具即使在高速旋轉(zhuǎn)時也能在中心處保持穩(wěn)定。該方法花費較長的加工時間。此外，當(dāng)傳統(tǒng)的石墨材料用作精加工中的放電處理用電極時，對于該石墨材料一般存在以下關(guān)系隨著該材料的肖氏硬度的增大，電極消耗減小。因此，這對獲得低石墨化溫度和高肖氏硬度的石墨材料是有利的。不過，具有高肖氏硬度的石墨材料也顯示出很高的切削阻力，這使切削工具迅速消耗。同時，在上述的傳統(tǒng)碳質(zhì)巻簧的情況中，難以形成具有高精度的彈簧，這是因為有機線狀體的碳化過程伴隨著尺寸收縮。此外，由于通過該方法形成的碳材料是具有高硬度的玻璃碳，因而難以通過后處理而調(diào)整其形狀。應(yīng)當(dāng)注意的是，可以設(shè)想將廣泛使用的各向同性石墨材料加工成諸如巻形等預(yù)定形狀以制得彈簧。然而，由于各向同性石墨材料中的氣孔通常為扁平形且較大，裂紋容易從扁平形氣孔的邊緣部分?jǐn)U展以導(dǎo)致彈簧破裂，因而廣泛使用的各向同性石墨材料不適宜用作彈簧用材料。本發(fā)明的各方面涉及上述問題。本發(fā)明的至少一個方面提供了一種石墨材料和該石墨材料的制造方法，所述石墨材料具有高強度和高密度以及優(yōu)異的加工特性。此外，本發(fā)明的至少一個方面提供由石墨材料制成的彈性體和用于制造該彈性體的方法。在對上述問題完成了詳盡的研究后，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在對薄肋、細(xì)銷、窄槽、細(xì)孔等進行精加工過程中，具有特定結(jié)構(gòu)的石墨材料能夠確保精確加工而不會損壞切削工具。本發(fā)明的一個方面提供一種石墨材料，該石墨材料具有由石墨(是多個石墨顆?；虻米远鄠€石墨顆粒)和多個氣孔形成的微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過掃描電子顯微鏡觀察該微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面時，該截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)為每6000,2250個以上，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均面積為5,2以下，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下。如上所述，該石墨材料具有微細(xì)結(jié)構(gòu)，其中在截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)為每6000pm2250個以上，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均面積為5pm2以下，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下。微細(xì)的石墨微粒和氣孔優(yōu)選均勻分布。因此該材料顯現(xiàn)出高強度和高彈性模量以及優(yōu)異的加工特性。由此，使用如上所述的石墨材料作為放電處理用電極對薄肋等進行精密加工時，可以實現(xiàn)高精度加工而不會損壞該石墨材料或切削工具。此外，由于如上所述的石墨材料能夠進行高精度加工而且放電處理時的消耗小，因此可以容易地制造具有精細(xì)圖案的模具。因此，該材料非常適宜用作在精加工中的放電處理用電極。在下列附圖中-圖1A顯示了用于實施例1的二次原料粉末的粒度分布的圖1B顯示了用于實施例1的二次原料粉末的粒度分布的數(shù)值；圖2A顯示了用于實施例2的二次原料粉末的粒度分布的圖2B顯示了用于實施例2的二次原料粉末的粒度分布的數(shù)值；圖3A顯示了用于比較例1的二次原料粉末的粒度分布的圖3B顯示了用于比較例1的二次原料粉末的粒度分布的數(shù)值；圖4A顯示了用于比較例2的二次原料粉末的粒度分布的圖4B顯示了用于比較例2的二次原料粉末的粒度分布的數(shù)值；圖5A顯示了實施例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片；圖5B顯示了對實施例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像；圖5C顯示了對實施例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像的橢圓擬合圖6A顯示了實施例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片；圖6B顯示了對實施例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像；圖6C顯示了對實施例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像的橢圓擬合圖7A顯示了比較例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片；圖7B顯示了對比較例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像；圖7C顯示了對比較例1中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像的橢圓擬合圖8A顯示了比較例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片；圖8B顯示了對比較例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像；圖8C顯示了對比較例2中制備的石墨材料的截面的SEM照片進行圖像處理而得到的二值化圖像的橢圓擬合圖9顯示了由石墨材料制成的彈性體的透視圖10顯示了在制造由石墨材料制成的彈性體時使用的車床的一個例子；和圖11A11E顯示了用于制造由石墨材料制成的彈性體的過程圖。具體實施方式[第一實施方式]下面對本發(fā)明的石墨材料的實施方式進行詳細(xì)說明。本發(fā)明的一個方面提供了一種石墨材料，所述石墨材料具有由多個石墨顆粒和多個氣孔形成的微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過掃描電子顯微鏡觀察該微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面時，該截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)為每6000pm2250個以上，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均面積為5pm2以下。依據(jù)上述內(nèi)容可知，分布在該石墨材料中的氣孔足夠小，且該石墨材料的單位體積內(nèi)存在的氣孔的個數(shù)足夠大。因此，不會脫落大顆粒單位的碎屑，并可以獲得平滑的加工面。此外，由于氣孔與對該石墨材料實施通常加工而成的形狀相比非常小，因而可以減少細(xì)銷加工時由顆粒脫落所致的破裂，并可減少薄肋切削時的裂紋和穿孔的發(fā)生。另外，當(dāng)通過掃描電子顯微鏡觀察所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面時，該截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下。于是，相對于由加工時的切削工具所施加的壓縮強度，所述石墨材料的彈性模量增大。因此，可以減小加工時產(chǎn)生的切削碎屑的尺寸。切削工具的切削阻力較小，這使得加工容易進行。據(jù)推測，上述的石墨材料的氣孔形狀與其加工特性之間的關(guān)系由下列機制所致。在切削石墨材料時，壓縮力沿切削工具的行進方向作用于該石墨材料。此時，由切削工具的行進運動而蓄積的應(yīng)變能量超過破壞所需的能量時，該材料被切削。為了得到平滑的加工面，必須在加工的同時排出微細(xì)的切削粉末，而且重要的是在蓄積大量的應(yīng)變能量之前發(fā)生破壞。為了避免蓄積大量的應(yīng)變能量，材料必須具有較低的壓縮強度和較大的彈性模量。可以說，待切削的顆粒的直徑與(壓縮強度)/(彈性模量)的值正相關(guān)。因此，具有較大的彈性模量的石墨材料非常適合用于獲得待切削顆粒的粒徑較小(微細(xì))的加工面。下面將描述石墨材料的彈性模量與氣孔形狀之間的關(guān)系。一般而言，石墨顆粒的彈性模量由以下的Knudsen的經(jīng)驗式表示E(P)=E(0)exp(-bP)其中，E(P):彈性模量，P:氣孔率，以及b:經(jīng)驗常數(shù)。該經(jīng)驗常數(shù)b在很大程度上取決于氣孔的形狀。已知當(dāng)氣孔的形狀為球形時b的值較小，而隨著形狀由扁球體變?yōu)辇斄褷畹臍饪仔螤?，該值急劇增?《新炭素材料入門(GuidetoCarbonMaterial)》，日本炭素材料學(xué)會編)。因此，圓形(較小的長寬比)的石墨材料有利于增大彈性模量。據(jù)認(rèn)為，以上導(dǎo)出了石墨材料的氣孔形狀與其加工特性之間的關(guān)系。即，由于可以通過使氣孔的形狀變圓(即，在被觀察的截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下)來增大石墨材料的彈性模量，因而可獲得細(xì)紋加工面并由此還獲得具有優(yōu)異加工特性的石墨材料。其次，關(guān)于壓縮強度，即使在氣孔為扁球體或龜裂狀氣孔時，施加的壓縮荷重也會發(fā)生作用以使氣孔破碎，因而氣孔的形狀并未影響壓縮強度。氣孔率對壓縮強度的影響更大。氣孔率較小時，壓縮強度增大，因而變得很難切削該材料，反過來這又會增大加工面的凹凸不平。氣孔率較大時，壓縮強度可以降低，但得到的石墨材料變軟，導(dǎo)致即使在精細(xì)加工時也容易開裂或破碎。而且，在放電處理時容易發(fā)生消耗。石墨材料的氣孔率與其堆密度密切相關(guān)。在使用同一原料并對其進行相同的石墨化處理的情況下，氣孔率相同時堆密度也大體相同。在本發(fā)明的一個方面中，由于瀝青主要用作起始物料，而且雖然存在已通過瀝青焦炭而轉(zhuǎn)化的成分和直接炭化及石墨化的成分，但是該起始物料和石墨化溫度均落在有限的范圍內(nèi)，因此該石墨材料的堆密度為1.78g/cm31.86g/cm3，優(yōu)選為1.82g/cm31.85g/cm3。在本發(fā)明中，通過測定所述材料的體積和重量得到該堆密度。在本發(fā)明的一個方面中，截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積和平均長寬比可通過用電子顯微鏡等觀察石墨材料而求算。具體而言，該石墨材料的截面用截面拋光儀(CP)法加工。在對制得的截面實施平面銑削處理(45°，3分鐘)后，利用FE-SEM(場發(fā)射式掃描電子顯微鏡)觀察截面可獲得氣孔的個數(shù)、平均面積和平均長寬比。作為對所得圖像的解析的一部分，利用圖像解析軟件(IMAGEJ1.37)二值化后計算各空隙(截面上出現(xiàn)的氣孔)的面積。通過氣孔的總面積除以氣孔的個數(shù)得到平均面積。此外對各空隙進行橢圓擬合，并基于橢圓的長軸值和短軸值計算長寬比。在本文中，長寬比是指對空隙(截面上出現(xiàn)的氣孔)擬合得到的橢圓的(長軸-短軸)/(長軸)的值。在測定截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積和平均長寬比時，使用如上所述的SEM。這是因為，SEM可確保在確定微米級的氣孔形狀時具有足夠的分辨率，并能夠明確區(qū)分氣孔和顆粒。顆粒部分以單一濃度的灰色表示，而根據(jù)氣孔深度的不同，氣孔部分在深氣孔的情況中以黑色表示，而在淺氣孔的情況中以白色表示。在測定截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積和平均長寬比時，使用未填充樹脂的石墨材料可能是有利的。這是因為，一旦石墨材料被樹脂填充，存在于該石墨材料內(nèi)部的開口氣孔被樹脂密封，因而不能判別正確的氣孔個數(shù)和氣孔形狀。最大氣孔直徑(氣孔的長軸或最大尺寸)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為20pm以下。該最大氣孔直徑大于20nm時，切削時裂紋沿氣孔擴展，因而細(xì)銷折斷且薄肋在切削過程中破裂，導(dǎo)致形成孔洞。最大氣孔尺寸(直徑)也可以通過以與上述相同的方式用SEM觀察截面而測定。在本文中，由SEM觀察截面得到的氣孔直徑不同于利用水銀測孔計等得到的氣孔與石墨顆粒的直徑。前者測量的是實際尺寸，而后者測定的是連續(xù)氣孔的入口部分的直徑。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該石墨材料的肖氏硬度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為5580的范圍。該肖氏硬度小于55時，放電處理時顆粒更容易脫落，且電極消耗變大，因此得到的材料不適宜用作放電處理用電極。該肖氏硬度超過80時，切削電極時對切削工具的切削阻力增大，因此該切削工具被迅速磨耗，該材料也容易破裂或產(chǎn)生碎屑。該肖氏硬度可根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)Z2246測定。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該石墨材料的電阻率的范圍為1000|anCm2300fxQcm，更優(yōu)選為1000pQcm2000jiQcm。該電阻率與石墨材料的肖氏硬度相關(guān)；當(dāng)該電阻率減小時，該石墨材料變軟。當(dāng)該電阻率小于lOOO)iQcm時，肖氏硬度降至低于55，導(dǎo)致電極的消耗顯著。在該情況下，即使給該材料加工出精細(xì)的圖案并用作電極，由于電極嚴(yán)重消耗，加工精度并不能傳遞至模具。當(dāng)該電阻率大于2300^cm并且該材料用作放電處理用電極時，會發(fā)生異常放電，被加工物的加工面上易于產(chǎn)生凹凸不平。該電阻率可根據(jù)JISR7222電壓降下法測定。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該石墨材料特別適宜用作精加工中的放電處理用電極。粗加工時，對模具進行粗略加工，而不提供特別精細(xì)的加工。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，能夠?qū)υ撌牧蠈嵤┳罱K的精加工所需的精細(xì)且高精度的圖案的加工。下面將說明本發(fā)明一個方面的石墨材料的制造方法。該方面的石墨材料的制造方法包括通過如下方式制造二次原料將碳質(zhì)細(xì)粉添加至瀝青中，將所得物捏合(混合)，并在調(diào)整揮發(fā)物含量的同時于400°C50(TC實施熱處理。該方法的下一步驟包括，在調(diào)整粒徑以避免過度粉碎的同時粉碎所得的二次原料。該步驟在粉碎機中實現(xiàn)，所述粉碎機除去粒徑較小的細(xì)粉。該步驟形成了二次原料粉末(顆粒)，所得粉末然后利用冷等靜壓成型機(cip成型機)壓制成立方體，在約為ioocrc的燃燒爐中燒制，并在約250(TC的石墨化爐中進行石墨化處理，從而獲得本發(fā)明的石墨材料。用于本發(fā)明的一個方面的瀝青是碳質(zhì)瀝青或石油瀝青或其混合物。碳質(zhì)瀝青可能是這些原料中最為適宜的，因為光學(xué)各向異性很難在碳質(zhì)瀝青中發(fā)展(晶體難以發(fā)展為針狀)，從而可以獲得高強度和高彈性模量的石墨材料。用于本發(fā)明的實施方式的瀝青的軟化點應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為5crc以下。軟化點高于5(TC時，捏合時的粘度增大，制造變得困難。用于本發(fā)明一個方面的碳質(zhì)細(xì)粉在中間相的發(fā)展過程中變成核。適宜的碳質(zhì)細(xì)粉的實例是炭黑、石墨細(xì)粉、粗瀝青焦細(xì)粉或經(jīng)煅燒的瀝青焦細(xì)粉。該細(xì)粉的尺寸應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為5,以下。當(dāng)細(xì)粉大于5pm時，粉碎捏合后得到的二次原料時難以調(diào)整粒度分布。這增大了粒度分布的粗粒徑側(cè)。添加至瀝青中的量應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為3重量％10重量％的范圍。加入的細(xì)粉大于10重量％時，瀝青的粘度增大，制造變得困難。當(dāng)該量小于3重量％時，焦炭的鑲嵌組織不能充分發(fā)展。當(dāng)該原料通過上述方法進行熱處理時，調(diào)整溫度和時間以確保由JIS8812測定的揮發(fā)物含量的范圍為6%12%，更優(yōu)選8%11%。由此可獲得二次原料。當(dāng)揮發(fā)物含量小于6重量％時，由于顆粒間的不充分粘結(jié)，僅能獲得低密度的二次原料。當(dāng)揮發(fā)物含量大于12重量％時，燒制時內(nèi)部產(chǎn)生大量的烴類氣體，因此不但得到的材料易于破裂，而且蓄積的氣體形成大氣孔。將通過對原料進行上述的熱處理而獲得的二次原料粉碎，同時調(diào)整粒徑。然后從得到的二次原料粉末中除去細(xì)粉。粉碎方法包括使用配有內(nèi)部分級機的粉碎機的方法；使用配有粉碎機和精密氣流分級機的粉碎設(shè)備的方法；和在精密氣流分級機中分別單獨調(diào)整已經(jīng)在粉碎機中粉碎的原料的粒徑的方法等。在使用包含細(xì)粉的二次原料粉末的石墨材料中，難以釋放在燒制時產(chǎn)生的氣體，這易于導(dǎo)致材料破裂。此外，氣體在該材料中蓄積并形成大氣孔。由激光衍射型粒度測定儀測定的二次原料粉末的中值粒徑(DP-50:50%累積直徑)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為5pm10iim，更優(yōu)選為6pm9pm。顆粒間存在的氣孔常常具有尖銳邊緣和較大的長寬比。在粒徑較大的情況中，氣孔的大小和形狀顯示出協(xié)同效應(yīng)，并造成彈性模量的大幅度下降。當(dāng)中值粒徑大于10pm時，彈性模量下降，不能得到本發(fā)明的石墨材料。而且，當(dāng)中值粒徑小于5pm時，燒制時由該二次原料粉末的成型體所產(chǎn)生的揮發(fā)物不能迅速釋放至該材料的外部，因而該材料易于破裂。此外，氣體在該材料中蓄積并形成大氣孔。此外，關(guān)于二次原料粉末，利用激光衍射型粒度測定儀測定的粒度分布應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為1pm80|_im。當(dāng)包含小于1pm的原料時，燒制時由該二次原料粉末的成型體所產(chǎn)生的揮發(fā)物不能迅速釋放至該材料的外部，因而該材料易于破裂。此外，氣體在該材料中蓄積并形成大氣孔。包含大于80pm的顆粒時，在大顆粒的外周部以及在大顆粒之間的界面附近易于形成扁平狀氣孔。氣孔的個數(shù)和平均截面面積也增大。例如由堀場制作所制造的LA-750可用作激光衍射型粒度測定儀。測定時，二次原料粉末利用諸如吐溫(tween)20等表面活性劑分散。下面的實施例提供了對本發(fā)明的各方面更詳細(xì)的描述。不過本發(fā)明并不限于下述實施例。實施例l.石墨材料的制造(實施例1和2)在95重量份的軟化點為4(TC的碳質(zhì)瀝青中加入5重量份的已粉碎成平均粒徑為2nm的煅燒焦炭中，并進行捏合。然后實施熱處理，并在415"C的熱處理下調(diào)節(jié)揮發(fā)物含量，從而獲得二次原料。該二次原料然后利用粉碎機粉碎，所述粉碎機配有內(nèi)部分級機以避免過度粉碎。由此得到二次原料粉末。隨后，在等靜壓機中在100MPa的壓力下加壓后，以約5'C/小時的速率升溫?zé)圃摲勰┲?000°C。在250(TC實施石墨化。此外，制造過程中得到的該二次原料粉末不包含利用激光衍射型粒度分布測定儀所測定的粒度分布中直徑為1pm以下的粉末或直徑為80)iim以上的粉末。表1顯示所使用的原料的特性值，表2和3顯示得到的石墨材料的特性值。(比較例1)如實施例1和2所述的那樣制造石墨材料，不同之處在于利用不具有內(nèi)部分級機的粉碎機實施粉碎。因此制造過程中得到的二次原料粉末未進行精密氣流分級等處理，并且不包含直徑為80)im以上的粉末。它以9.3%的量包含利用激光衍射型粒度分布測定儀所測定的粒度分布中直徑為1iLim以下的粉末。表1顯示所使用的原料的特性值，表2和3顯示得到的石墨材料的特性值。(比較例2)在35重量份的軟化點為8(TC的碳質(zhì)瀝青中加入65重量份的粉碎成平均粒徑為14pm的煅燒焦炭中，并進行捏合。然后實施熱處理，并在25(TC的熱處理下調(diào)節(jié)揮發(fā)物含量，從而獲得二次原料。該二次原料然后利用粉碎設(shè)備粉碎，所述粉碎設(shè)備配有粉碎機和精密氣流分級機以避免過度粉碎。由此得到二次原料粉末。隨后，在IOOMPa的壓力下以等靜壓方式加壓后，以約5。C/小時的速率升溫至100(TC燒制該粉末。在250(TC實施石墨化。此外，在利用激光衍射型粒度分布測定儀所測定的粒度分布中，制造過程中得到的該二次原料粉末不包含直徑為1pm以下的粉末，但以約3%的量包含直徑為80)im以上的粉末。表1顯示所使用的原料的特性值，表2和3顯示得到的石墨材料的特性值。2.特性評價測定以下項目以評價上述獲得的石墨材料的特性。(堆密度、肖氏硬度、電阻率)由如上制造的石墨材料切削出尺寸為08x60mm的試樣，并按照前述方法測定和/或計算堆密度、肖氏硬度和電阻率。(截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積、平均長寬比)利用下列程序計算截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積、平均長寬比。(a)試樣的粗研磨將以上述方式制得的試樣切成厚度約為5mm的圓柱狀。該試樣的兩面均使用GATAN,INC.制造的夾具MODEL623和SiC耐水研磨紙#2400進行表面修整處理。然后，將該試樣固定在黃銅試樣臺上。(b)CP加工使用JEOLLTD.制造的SM09010于6kV的加速電壓進行CP加工。(c)研磨使用HitachiHigh-TechnologiesCorporation制造的平面銑削設(shè)備E-3200,在加速電壓為5kV、0.5mA、試樣傾斜角為45。和研磨時間為3分鐘的條件下進行Ar研磨處理。(d)FE-SEM觀察使用由HitachiHigh-TechnologiesCorporation制造的超高分辨率場發(fā)射式掃描電子顯微鏡S-4800于2kV的加速電壓觀察如上制得的試樣。(e)圖像解析使用由NationalInstitutesofHealth研制的分析軟件ImageJ1.37解析以上述方式獲得的SEM圖像。用于該場合的放大倍率為2000倍，在降噪處理后實施平面部分/空隙(氣孔)部分的二值化處理。此外，用于解析的空隙(氣孔)具有的尺寸超過0.2該尺寸為可以判斷它們是否為空隙(氣孔)的尺寸。對利用圖像分析軟件(ImageJ)而獲得的空隙(氣孔)部分實施面積測定和最佳橢圓擬合，同時計算空隙部分的個數(shù)。然后，由通過上述處理獲得的值算出截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)、平均面積、平均長寬比。(壓縮強度)根據(jù)JISR7222實施測定。(彈性模量)根據(jù)JISR7222實施測定。3.性能評價測試將在上述各實施例和比較例中得到的石墨材料加工成尺寸約為(D70xl00mm的圓棒。在車床上進行加工，切削深度為1mm，進動速度為1mm/轉(zhuǎn)。車床的轉(zhuǎn)速設(shè)定為120rpm。作為切削工具，使用由KYOCERACorpoartion制造的TNGG160408R誦A3。收集由此得到的切削碎屑，并將其應(yīng)用于多級振動篩以測定其中值粒徑(DP-50:50%累積直徑)。此外，由于可使用的篩的個數(shù)受限，因此很難通過該多級振動篩獲得中值粒徑的精確值。不過，在對于50重量％碎屑通過的最下段篩眼的通過量和對于50重量％碎屑不能通過的最上段篩眼的通過量之間進行內(nèi)插，可以獲得中值粒徑值。基于得到的DP-50值評價石墨材料的加工特性?？梢源_定，具有較低的DP-50值的材料具有優(yōu)異的加工特性，并顯示出較少的開裂和脫落碎屑。表3顯示各實施例和比較例的試樣的加工特性的評價結(jié)果。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>如表3所示，與比較例1和2相比，由于屬于本發(fā)明的范圍的實施例1和2的石墨材料得到的切削碎屑較少，因而可以進行更為精密的加工。因此它們具有優(yōu)異的加工特性。此外，從附圖5A5C和附圖6A6C顯示的截面照片可知，大量相對較小的圓形氣孔均勻分布在本發(fā)明的實施方式的石墨材料中。與此相反，附圖7A7C和附圖8A8C所示的比較例的石墨材料中存在少量的圓形氣孔和大量相對較大的氣孔。本發(fā)明的石墨材料即使在精加工時也幾乎不會發(fā)生開裂和產(chǎn)生碎屑等。因此，該石墨材料可用作具有微細(xì)圖案、細(xì)孔、細(xì)銷、薄肋等的放電處理用電極、電子零件用夾具和彈性體等。下面將描述彈性體，該彈性體是根據(jù)本發(fā)明一個方面的石墨材料的示例性應(yīng)用。由石墨材料制成的彈性體適合在用于化學(xué)合成的各種裝置、太空環(huán)境使用的裝置、核反應(yīng)堆、熱核反應(yīng)堆、用于熱處理的高溫爐、傳感器、差熱天平、化工泵、發(fā)動機用零件中使用。特別是，當(dāng)由本發(fā)明的一個方面的石墨材料制成的彈性體具有板形時，可以在所述由石墨材料制成的彈性體的厚度方向上施加負(fù)荷，并且所述彈性體可用作例如壓力傳感器和測壓元件等中的隔膜、板簧和錐形彈簧等。對于由石墨材料制成的彈性體具有線形的情況，可以在所述由石墨材料制成的彈性體的厚度方向或其扭曲方向上施加負(fù)荷；所述彈性體不僅可以為直線形，還可以為螺旋形，并可用作巻簧和扁平巻簧等。圖9顯示了由石墨材料制成的彈性體的透視圖。下面將要描述的巻簧11是由本發(fā)明的一個方面的石墨材料制成的彈性體的一個實例。巻簧11通過如下方法獲得在由石墨材料制造的圓筒形彈簧基材13的外周13a切削(雕刻)出螺旋切削槽15，從而形成巻簧形，其軸線L處于中央。§卩，巻簧ll形成為巻繞的彈簧形，在其中成螺旋形地巻繞具有正方形截面的棒。在通過巻繞棒狀物而形成的常用巻簧中，邊緣部分(座部)13b應(yīng)當(dāng)被加工成扁平形。然而，在巻簧ll的情況中，由于圓筒形彈簧基材13的扁平形圓筒邊緣部分13b可直接使用，因而容易實施平整加工。這樣，如果圓筒形彈簧基材13形成為錐形，則通過類似的方法可獲得錐形巻簧。以下將說明巻簧11的制造方法。圖10顯示了在制造由石墨材料制成的彈性體時使用的車床的一個例子。圖11A11E顯示了用于制造由石墨材料制成的彈性體的過程圖。由石墨材料制成的彈性體的制造方法包括如圖IIA所示的由石墨材料制成的圓筒形彈簧基材13的制造。應(yīng)當(dāng)注意，石墨材料本身的制造已在第一實施方式中說明。如圖11B中所示，使用粘結(jié)劑將圓柱體17固定到所述圓筒形彈簧基材13的內(nèi)周，從而得到工件W1。圓柱體17可由石墨材料制成。可以使用任意的熱分解性和蒸發(fā)性的粘結(jié)劑。例如，優(yōu)選使用(x-氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑(瞬間粘結(jié)劑)。a-氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑通過加熱至20(TC23(rC的范圍而解聚。因此，所述粘結(jié)劑可以發(fā)生熱分解而不會氧化石墨材料，因為石墨材料的氧化起始溫度為大約400°C。然后，使用圖10中所示的車床19，平行于圓筒形彈簧基材13的軸線L相對移動切削工具(轉(zhuǎn)動工具)21，同時使工件W1繞軸線L旋轉(zhuǎn)，從而在圓筒形彈簧基材13上切削出達到圓柱體17的螺旋槽23，如圖11C中所示。具體而言，好像在工件W1上實施螺紋切削，以主軸25作為旋轉(zhuǎn)中心使工件Wl旋轉(zhuǎn)。切削工具21沿著與主軸25平行的導(dǎo)引軸31從切削工具支架27移動，同步旋轉(zhuǎn)工件Wl，同時使切削工具21與工件21的外周接觸。從而，形成了螺旋槽23。這樣，圓柱體17用作圓筒形彈簧基材13的加強部件，增強了徑向上朝圓筒形彈簧基材13的內(nèi)部的抗擠壓強度，因而可以對圓筒形彈簧基材13的外周13a進行螺旋槽切削加工。得到如圖11D中所示的形成有螺旋槽23的工件W2之后，對具有螺旋槽23的工件W2在從粘結(jié)劑的分解溫度以上的溫度至石墨材料的氧化溫度以下的溫度的范圍實施熱處理，然后，移走圓柱體17。從而，制得如圖llE所示的巻簧ll。從而，使用包括含多個氣孔的石墨的石墨材料形成巻簧ll。石墨和多個氣孔形成微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面用掃描電子顯微鏡觀察時，截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)為每6000pm2250個以上，截面上出現(xiàn)的氣孔的平均面積為5^11112以下，截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下。因而，微細(xì)石墨顆粒和氣孔均勻地分布，彈性體具有耐熱性、耐腐蝕性和高強度及高彈性模量的切削能力，而且，可以提高尺寸精度。結(jié)果，巻簧ll彌補了碳材料的缺陷，即使在用于化學(xué)合成的各種裝置、太空環(huán)境使用的裝置、核反應(yīng)堆和熱核反應(yīng)堆等中反復(fù)使用后巻簧11也不會破裂，在金屬彈簧不能使用的條件下也可以穩(wěn)定的利用，并且其具有較長的工作壽命。此外，用于制造巻簧ll的方法包括使用上述石墨材料制造圓筒形彈簧基材13;通過使用粘結(jié)劑將圓柱體固定到圓筒形彈簧基材13的內(nèi)周，從而得到工件;平行于圓筒形彈簧基材13的中心軸線相對移動切削工具，同時繞中心軸線旋轉(zhuǎn)工件Wl，從而在圓筒形彈簧基材13上切削出達到圓柱體17的螺旋槽23;加熱切削出螺旋槽23的工件W2以使所述粘結(jié)劑解聚；以及從圓筒形基材13中移走圓柱體17。因此，在使用圓柱體17作為圓筒形彈簧基材13的增強部件的同時可以對圓筒形彈簧基材13的外周13a進行螺旋槽切削加工，而不會在徑向上向內(nèi)擠碎圓筒形彈簧基材13，由此獲得由石墨材料制成的具有巻簧形的彈性體。以下實施例提供了對本發(fā)明各方面的更為詳細(xì)的說明。不過，本發(fā)明并不限于下列實施例。在第二實施方式中，在第一實施方式中描述的實施例1和2以及比較例1和2用于制造巻簧。因此，將省略這些實施例中關(guān)于石墨材料的細(xì)節(jié)。l.巻簧的制造將各實施例和比較例中的石墨材料加工成厚度為2.5mm的中空圓筒形，其用作圓筒形彈簧基材13(圖IIA)。使用a-氰基丙烯酸酯將圓柱體17粘著到圓筒形彈簧基材13的內(nèi)周，以形成圓筒形彈簧基材13與圓柱體17結(jié)合的工件Wl(圖IIB)。使用圖10所示的車床19，在工件Wl上形成寬度為1mm和螺距為2mm的螺旋槽23(圖IIC)。所得的工件W2于330'C進行熱處理，然后移走圓柱體17(圖IID)。由此，獲得巻簧ll(圖IIE)。2.巻簧的評價各實施例的巻簧(使用實施例1和2的石墨材料的巻簧)和各比較例的巻簧(使用比較例1和2的石墨材料的巻簧)經(jīng)目測證實均沒有明顯的不同。然而，從圖5A5C、圖6A6C、圖7A7C和圖8A8C所示的石墨材料的截面照片中可以發(fā)現(xiàn)，大量的相對小尺寸的圓形氣孔均勻地分布在各實施例的石墨材料中，而圓形氣孔數(shù)目較少且大量的相對較大的氣孔存在于各比較例的石墨材料中，因而，由各實施例的石墨材料制成的巻簧和由各比較例的石墨材料制成的巻簧的抗壓性明顯不同。具體而言，對于各比較例中的巻簧的情況，在從固有長度狀態(tài)向最大壓縮狀態(tài)進行壓縮時出現(xiàn)碎屑，因而僅反復(fù)伸縮數(shù)次彈簧就會破裂。反之，對于各實施例的巻簧的情況，即使在固有長度狀態(tài)與最大壓縮狀態(tài)之間反復(fù)伸縮時也不會出現(xiàn)碎屑，因此，即使在伸縮重復(fù)1000次時彈簧也不會破裂。權(quán)利要求1.一種石墨材料，所述石墨材料包含含有多個氣孔的石墨，其中，所述石墨和所述多個氣孔形成微細(xì)結(jié)構(gòu)，以及其中，當(dāng)所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面用掃描電子顯微鏡觀察時，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的個數(shù)為每6000μm2250個以上，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的平均面積為5μm2以下，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的平均長寬比為0.55以下。2.如權(quán)利要求1所述的石墨材料，其中，所述石墨材料的堆密度的范圍為1.78g/cm31.86g/cm3。3.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的石墨材料，其中，所述氣孔的最大長軸為20iam以下。4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的石墨材料，其中，所述石墨材料的肖氏硬度的范圍為5580。5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的石墨材料，其中，所述石墨材料的電阻的范圍為1000|iQcm2300^iQcm。6.前述權(quán)利要求中的任一項所述的石墨材料用于放電的用途。7.—種用于制造石墨材料的方法，所述方法包括混合碳質(zhì)顆粒與瀝青；加熱混合的碳質(zhì)顆粒與瀝青以獲得二次原料，同時控制其揮發(fā)物含粉碎所述二次原料以獲得二次原料顆粒；使所述二次原料顆粒成型；燒制所述成型的二次原料顆粒；以及使所述經(jīng)燒制的二次原料顆粒石墨化。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述瀝青的軟化點為50攝氏度以下。9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述碳質(zhì)顆粒的尺寸為5pm以下。10.如權(quán)利要求79中的任一項所述的方法，其中，與所述瀝青混合的所述碳質(zhì)顆粒的量的范圍為3重量％10重量％。11.如權(quán)利要求710中的任一項所述的方法，其中，對混合的碳質(zhì)顆粒與瀝青進行的所述加熱使得揮發(fā)物含量的范圍為6%12%。12.如權(quán)利要求711中的任一項所述的方法，其中，所述的二次原料顆粒的中值粒徑的范圍為5pm10iim。13.如權(quán)利要求712中的任一項所述的方法，其中，所述的二次原料顆粒的尺寸的范圍為lpm80^im。14.一種由石墨材料制造的彈性體，所述石墨材料包含含有多個氣孔的石墨，其中，所述石墨和所述多個氣孔形成微細(xì)結(jié)構(gòu)，以及其中，當(dāng)所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面用掃描電子顯微鏡觀察時，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的個數(shù)為每6000pm2250個以上，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔平均面積為5pm2以下，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的平均長寬比為0.55以下。15.如權(quán)利要求14所述的彈性體，其中，所述彈性體通過如下方法形成在由所述石墨材料制造的圓筒基材的外周切削出中心軸線與所述圓筒基材的中心軸線相同的螺旋槽，從而形成巻簧形。16.—種制造彈性體的方法，該方法包括使用石墨材料制造圓筒基材，所述石墨材料包含含有多個氣孔的石墨，其中，所述石墨和多個氣孔形成微細(xì)結(jié)構(gòu)，以及其中，當(dāng)所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面用掃描電子顯微鏡觀察時，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的個數(shù)為每6000pm2250個以上，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的平均面積為5pn^以下，所述截面上出現(xiàn)的所述氣孔的平均長寬比為0.55以下；使用粘結(jié)劑將圓柱體固定到所述圓筒基材的內(nèi)周，從而得到工件；平行于所述圓筒基材的中心軸線相對移動切削工具，同時繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所述工件，從而在所述圓筒基材上切削出達到所述圓柱體的螺旋槽；加熱切削出螺旋槽的所述工件以使所述粘結(jié)劑解聚；以及從所述圓筒基材中移走所述圓柱體。全文摘要本發(fā)明提供了一種石墨材料和石墨材料的制造方法，所述石墨材料包含含有多個氣孔的石墨，其中，所述石墨和所述多個氣孔形成微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述微細(xì)結(jié)構(gòu)的截面用掃描電子顯微鏡觀察時，所述截面上出現(xiàn)的氣孔的個數(shù)為每6000μm²250個以上，所述截面上出現(xiàn)的氣孔的平均面積為5μm²以下，所述截面上出現(xiàn)的氣孔的平均長寬比為0.55以下。文檔編號C01B31/04GK101381232SQ20081010892公開日2009年3月11日申請日期2008年6月6日優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日發(fā)明者伊藤敏樹,安田正弘,西脅利幸申請人:揖斐電株式會社