材料及碳材料的加工方法

申请号 CN200680024655.6 申请日 2006-06-15 公开(公告)号 CN101218192A 公开(公告)日 2008-07-09
申请人 东洋炭素株式会社; 发明人 近藤照久;
摘要 本 发明 为 碳 材料及其加工方法,所述碳材料在被加工前的碳材料的组织内部含浸 石蜡 、蜡、油脂等防尘剂,在用工作 机械加工 已含浸该防尘剂的碳材料时,使从碳材料自身难以放出粉尘。
权利要求

1.材料,其是被加工的碳材料,其特征在于,在至少加工部分的组织内 部含浸防尘剂。
2.根据权利要求1所述的碳材料,其中,上述防尘剂是石蜡、蜡、油脂的 任一种或者它们的组合。
3.根据权利要求1或2所述的碳材料,其中,上述碳材料是各向同性石墨 材料。
4.碳材料的加工方法,其特征在于,在被加工的碳材料的至少加工部分的 组织内部含浸防尘剂后进行加工。
5.根据权利要求4所述的碳材料的加工方法,其中,上述碳材料被加工成 电火花加工用电极

说明书全文

技术领域

发明涉及被加工成电火花加工用电极等各种的制品的被加工用碳材料 及被加工用碳材料的加工方法,特别涉及能够防止加工时的粉尘发生的碳材料 及其加工方法。

背景技术

例如电火花加工用电极使用石墨材料作为碳材料。该石墨材料以焦炭作为 填料并以沥青作为粘合剂,通过成形、烧结石墨化,成形成例如1立方米这 样的比较大型的被加工用碳材料。
将该大型的碳材料进行用于切削为电火花加工用电极所具备的规定形状的 机械加工。在该机械加工时,构成组织的微细填料等的骨料被分离分散,而成 为粉尘飘浮在周围。这种碳的粉尘使作业环境恶化,操作者不得已使用粉尘面 具。
因此,为了在不使粉尘从该石墨材料放出下进行机械加工,以往,实行以 下的粉尘对策,(1)围绕工作机械进行覆盖密闭,做到粉尘不放出到外部的机 械密闭式,或(2)在液体中进行加工的液中加工式,或(3)如实开平7-633 号全文中所公开,在工作物上浇流喷流液,使粉尘与喷流液一起流动,过滤喷 流液,回收粉尘的喷流式那样的粉尘对策。

发明内容

可是,像上述的机械密闭式、液中加工式、喷流式都以大规模的装置作为 必要,应用于大型的碳材料的机械加工是不现实的。
因此,本发明以提供从被加工的碳材料自身难以放出粉尘的碳材料及其加 工方法为目的。
发明人为了解决上述的课题进行深入研究的结果发现,若在碳材料的组织 内部含浸石蜡等防尘剂,就阻止构成组织的每个单元的分离,能够大幅度地抑 制粉尘的发生,从而达到完成了本发明。
即,本发明第一方面的碳材料,其是被加工的碳材料,其特征在于在至少 加工部分的组织内部含浸防尘剂。本发明第一方面的防尘剂优选的是石蜡、蜡、 油脂的任一种或者它们的组合(本发明第二方面)。本发明第一、二方面的碳材 料优选的是各向同性石墨材料(本发明第三方面)。
另外,本发明第四方面的碳材料的加工方法,其特征在于,在被加工的碳 材料的至少加工部分的组织内部含浸防尘剂后进行加工。本发明第四方面的碳 材料优选加工成电火花加工用电极(本发明第五方面)。
如下更详细地说明本发明。在本发明中使用的碳材料是基本上只由碳构成 的材料,包括所谓炭化物或石墨化物等各种碳材料。具体地有经冷各向等压加 压形成工序的高密度各向同性石墨材料或使用热加压法的高密度石墨等的石墨 材料、烧结碳材料等。另外,除此以外,有碳纤维增强碳材料或膨胀石墨材料 等。
在本发明中,特别优选使用确保加工的均匀性,而且各向异性比是1.2以 下的各向同性高的材料。是因为无论在什么样的方向进行机械加工,都能够制 作均质的部件。这里,所谓各向异性比是1.2以下,意味着碳材料中任意形成直 的方向测定的固有电阻比平均值是1.2以下。为了能够制作更均质的部件,碳 材料的各向异性比优选是1.1以下,特别优选碳材料的各向异性比是1.05以下。
上述碳材料优选开口气孔率为5至20%、平均气孔半径为0.3至2.5μm的 碳材料。通过在碳材料的气孔中含浸后述的防尘剂,由此直至至少包含加工部 分的组织内部能够不过分不足地含浸防尘剂。再有为了直至至少包含加工部分 的组织内部能够充分地含浸防尘剂,能够使防尘剂充分地保持,特别优选的是 碳材料的开口气孔率为10至20%、平均气孔半径为0.5至2.0μm。
上述碳材料的平均气孔半径,规定试料尺寸:Φ10×20mm、和碳的接 触角:141.3°、水银的表面张:0.480N/m,使用测定装置:FISONS公司制孔 率计2000,能够作为相当于用水银压入法测定的累积气孔容积(cm3/g)的1/2 的半径值(μm)确定,开口气孔率可以用(松密度)×(全气孔容积)×100来计算。 这里,全气孔容积(cm3/g)称做压力达到预定的最高压力,例如达到100MPa时 的累积气孔容积。
对于在该碳材料的气孔中含浸的防尘剂来说,从下述的(1)~(4)的观 点出发,使用石蜡、蜡、油脂的任一种或者它们的组合。
(1)熔点不高、常温或者利用少许加热成为液状,能够容易地得到进行浸 渍碳材料的全部或者一部分的含浸作业性。
(2)因为能够以液状含浸,所以至碳材料的气孔深处能够含有防尘剂。
(3)石蜡、蜡、油脂都不是有害的,机械加工时的作业员能够安全地操作。 在成为部件后的使用时,即使残留而成为有害的情况也少。
(4)石蜡、蜡、油脂还具有润滑功能,碳材料的加工能够容易进行。例如 如果含浸金属、陶瓷或热固性树脂,机械加工性恶化,但石蜡、蜡、油脂反而 使机械加工性提高。
作为含浸在上述碳材料中的防尘剂的量,优选含浸率是45%以上。向碳材 料的含浸率是以式:I=100G/PD的I(%)表示的数值。但是,P表示碳材料的开 口气孔的体积的实测值(cm3),D表示防尘剂的真密度(g/cm3),G表示实际含浸 的防尘剂的重量(g)。总之,I值表示在开口气孔中占有的防尘剂的体积比。
石蜡是以CnH2n+2表示的脂肪族饱和,但使用在常温为液体的C5以上、 在常温为固体状的C16以上的石蜡,或者成为液体混合物的液体石蜡或石蜡油
蜡是以脂肪酸和一价或者二价的高级醇的酯作为主成分的,使用在常温赋 予滑溜感的脂肪状固体或者液体的蜡。例如可举出月桂酸酯、肉豆蔻酸酯、棕 榈酸酯、硬脂酸酯、油酸酯、酸酯、癸二酸酯等的脂肪酸酯,巴西棕榈蜡、 米蜡、小烛树蜡、日本蜡等的天然蜡等。
油脂是以脂肪酸的甘油酯作为主成分的,通常使用在常温是固体状的油脂。 例如可举出来自大豆油、亚麻油、蓖麻油椰子油桐油、红花油等植物性油 脂、鱼油等动物油这样的天然的油脂,以脂肪酸的甘油酯作为主成分的人造油 脂等。
这些石蜡、蜡、油脂可以单独使用或者组合使用。
在容器中装满利用根据需要的加热成为规定粘度的液状的防尘剂,通过将 碳材料的整体或者一部分浸在该防尘剂中来进行这些防尘剂向碳材料的含浸。 上述的防尘剂向碳材料的浸透性优良,随时间通过开口气孔向组织内部浸透。 根据需要,可以将容器内的防尘剂加压,提高浸透性,或真空牵拉碳材料的一 面也可以将防尘剂吸引至组织内部。另外,在对碳材料的加工部分被限制的情 况下,也可以是仅含浸该部分。
使防尘剂浸透后的碳材料通过仅放置规定时间,使多余的防尘剂排出。另 外,擦去残留在表面的防尘剂。这样一来,在用工作机械进行的加工中,碳材 料能够保持容易操纵的状态。
像这样,防尘剂含浸至碳材料内部组织的碳材料,在此后用各种工作机械 进行加工。包括铣床等的切削加工、研磨机等的表面加工的各种机械加工被包 括在用工作机械进行的加工中。
按照上述构成,碳材料成为至组织内部包含防尘剂的状态。由于机械加工, 即使发生组织的微粉,该防尘剂也作为粘合剂发挥功能,而发生微粉的集合, 成为不在周围飞散程度的颗粒或者粉,落在工作机械中。由此,能够防止粉尘 的飞散。另外,碳材料在机械加工后利用声波洗涤去除表面的微粉,但此时, 由于微粉的防尘剂引起的凝缩等而能够使表面洗涤简单。再有,根据用途,即 使成为加工后的制品,也发挥防尘功能。例如在碳材料被加工成电火花加工用 电极的情况下,在液中电火花加工时的电极的消耗中发生的碳粉末也通过防尘 剂在液中凝缩,能够抑制微粉向液中的分散。
实施例
以下基于实施例具体地说明本发明,但本发明不受这些例的限制。
例1
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率17%、 平均气孔半径0.5μm)中,含浸石蜡(デンソ—制カタメルチャツクS55)至含 浸率60%。用铣床加工该含浸结束后的各向同性石墨,制成电火花加工用电极。
在加工时发生的粉尘被大幅度地抑制,加工粉在铣床中能够回收大致100 %。加工精度照样是良好的。不需要表面的超声波洗涤。
例2
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率10%、 平均气孔半径1.0μm)中,含浸石蜡至含浸率60%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例3
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率15%、 平均气孔半径1.6μm)中,含浸石蜡至含浸率70%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例4
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率20%、 平均气孔半径1.7μm)中,含浸石蜡至含浸率70%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例5
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率13%、 平均气孔半径2.0μm)中,含浸石蜡至含浸率70%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例6
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率16%、 平均气孔半径2.4μm)中,含浸石蜡至含浸率60%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例7
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率12%、 平均气孔半径0.2μm)中,含浸石蜡至含浸率50%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。
在加工时发生的粉尘被大幅度地抑制,加工粉在铣床中能够回收大致100 %。加工精度照样是良好的。用目视确认的粉尘发生的抑制效果,与例1至例6 相比,稍差,但不需要表面的超声波洗涤。
例8
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率26%、 平均气孔半径3.0μm)中,含浸石蜡至含浸率50%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。
在加工时发生的粉尘被大幅度地抑制,加工粉在铣床中能够回收大致100 %。加工精度照样是良好的。用目视确认的粉尘发生的抑制效果,与例1至例6 相比,稍差,但不需要表面的超声波洗涤。
例9
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率10%、 平均气孔半径1.0μm)中,含浸蜡(花王制ェキセパ—ル)至含浸率50%。以 后,按照和例1相同的顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例10
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率10%、 平均气孔半径1.0μm)中,含浸油脂(花王制ェキセル)至含浸率50%。以后, 按照和例1相同的顺序,制成电火花加工用电极。和例1是同样的结果。
例11
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率22%、 平均气孔半径2.4μm)中,含浸石蜡至含浸率50%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。
在加工时发生的粉尘显著,加工粉的机械的回收率是70%。另外,加工后 的制品表面是附着微粉的状态,实施了超声波洗涤。
例12
在東洋炭素株式会社制碳烧成材(各向异性比1.05、开口气孔率4%、平 均气孔半径1.0μm)中,含浸石蜡至含浸率45%。以后,按照和例1相同的顺 序,制成电火花加工用电极。是和例2相同的结果。
例13
在東洋炭素株式会社制碳烧成材(各向异性比1.05、开口气孔率18%、平 均气孔半径2.7μm)中,含浸石蜡至含浸率50%。以后,按照和例1相同的顺 序,制成电火花加工用电极。是和例2相同的结果。
例14
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率11%、 平均气孔半径0.2μm)中,含浸石蜡至含浸率50%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。是和例2相同的结果。
例15
在東洋炭素株式会社制各向同性石墨(各向异性比1.05、开口气孔率10%、 平均气孔半径1.0μm)中,含浸石蜡至含浸率35%。以后,按照和例1相同的 顺序,制成电火花加工用电极。
在加工时发生的粉尘显著,加工粉的机械的回收率是60%。另外,加工后 的制品表面是附着微粉的状态,实施了超声波洗涤。
例16
为了比较,用铣床直接加工不含浸防尘剂的東洋炭素株式会社制各向同性 石墨(各向异性比1.05、开口气孔率10%、平均气孔半径1.0μm),制成电火花 加工用电极。
在加工时发生的粉尘是大量的,加工粉的机械的回收率是50%。另外,加 工后的制品表面是附着微粉的状态,实施了超声波洗涤。
另外,于电火花加工液中在金属(材质:S55C)的加工中使用例1的电火 花加工用电极时,未看到1小时后的液中污浊,但例16的电火花加工用电极在 电火花加工液中加工使用时,在1小时后液变黑。
以上的例1~16的结果汇总示于表1中。
表1
    碳材料 开口气孔率(%)   平均气孔半径   (μm)   防尘剂   含浸率   (%)     加工方法     加工粉回收率     (%)     备注   例1   各向同性石墨     17     0.5   石蜡     60     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例2   各向同性石墨     10     1.0   石蜡     60     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例3   各向同性石墨     15     1.6   石蜡     70     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例4   各向同性石墨     20     1.7   石蜡     70     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例5   各向同性石墨     13     2.0   石蜡     70     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例6   各向同性石墨     16     2.4   石蜡     60     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例7   各向同性石墨     12     0.3   石蜡     45     铣床     大致100     不需要表面的超声波洗涤   例8   各向同性石墨     20     2.5   石蜡     45     铣床     大致100     不需要表面的超声波洗涤   例9   各向同性石墨     10     1.0   蜡     60     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例10   各向同性石墨     10     1.0   油脂     45     铣床     100     不需要表面的超声波洗涤   例11   烧成材     22     2.4   石蜡     50     铣床     70     微粉附着在制品表面   例12   各向同性石墨     4     1.0   石蜡     45     铣床     70     微粉附着在制品表面   例13   各向同性石墨     18     2.7   石蜡     50     铣床     70     微粉附着在制品表面   例14   各向同性石墨     11     0.2   石蜡     45     铣床     70     微粉附着在制品表面   例15   各向同性石墨     10     1.0   石蜡     35     铣床     60     微粉附着在制品表面   例16   各向同性石墨     10     1.0   -     -     铣床     50     微粉附着在制品表面
根据以上的结果可知,通过使用在被加工的碳材料的组织内部含浸防尘剂 这样的简单方法,就能够提供从加工成电火花加工用电极等各种碳制品的碳材 料自身难以放出粉尘的碳材料及其加工方法。
另外,在不脱离权利要求的范围内对本发明进行设计变更,并不限定于上 述实施方式或实施例。
专利文献1:实开平7-633号全文
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