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等方向性石墨材料及其制造方法

阅读：29发布：2020-05-12

专利汇可以提供等方向性石墨材料及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明揭露一种等方向性石墨材料的制造方法，其是将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，利用多阶段碳化处理，可有效缩短整体制程时间，且所得的等方向性石墨材料具有较佳的等方向性、表面完整无裂纹缺陷又具有良好的机械、热学与电学性质。，下面是等方向性石墨材料及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种等方向性石墨材料的制造方法，包含：
将经或未经一前处理的中间相碳微球，经由一冷等均压法进行模压，以形成一生坯，其中未经所述前处理的中间相碳微球的TI与QI的差值为0.1wt％至2.0wt％；
在一第一保护气氛的存在下，将所述生坯进行一多阶段碳化处理，以利用多种升温速率将所述生坯由室温10℃至40℃升温至1000℃，而形成一碳化材料，其中当所述生坯的温度为300℃至1000℃时，所述生坯的升温速率为随制程处理时间递增的单调递增函数，且所述升温速率为不超过10℃/min；以及
在一第二保护气氛的存在下，将所述碳化材料进行一石墨化处理，藉此形成所述等方向性石墨材料，其中所述等方向性石墨材料的表面为完整无裂纹缺陷，且所述等方向性石墨材料于X轴、Y轴与Z轴的热膨胀系数的任二者的差异度为小于10％，且其中所述多阶段碳化处理的升温速率包含由室温升温至300℃的第一升温速率、由
300℃升温至500℃的第二升温速率、由500℃升温至800℃的第三升温速率以及由800℃升温至1000℃的第四升温速率，所述第一升温速率是等于或大于所述第二升温速率，所述第三升温速率大于所述第二升温速率，且所述第四升温速率大于所述第三升温速率。
2.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述冷等均压法是对所述
2 2
经或未经一前处理的中间相碳微球施加500kg/cm至3000kg/cm 的压力以形成生坯。
3.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述冷等均压法是对所述
2 2
经或未经一前处理的中间相碳微球施加1000kg/cm至2000kg/cm 的压力以形成生坯。
4.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述前处理为一粉碎处理。
5.如权利要求4所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述前处理在粉碎处理之前，还至少包含一热处理。
6.如权利要求4所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中经所述前处理的中间相碳微球的平均粒径为1μm至10μm。
7.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述第一保护气氛为氮气、氩气、氦气以及上述的任意组合。
8.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中当所述生坯的温度为
300℃至1000℃时，所述第三升温速率为所述第二升温速率的2.5倍至3.5倍，而所述第四升温速率为所述第二升温速率的7倍至8倍。
9.如权利要求1所述的等方向性石墨材料的制造方法，其中所述第二保护气氛为氮气、氩气、氦气以及上述的任意组合。

说明书全文

等方向性石墨材料及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明是有关于一种等方向性石墨材料及其制造方法，且特别是有关于一种利用中间相碳微球但不添加任何粘结剂的等方向性石墨材料及其制造方法。

背景技术

[0002] 石墨材料是碳元素所构成的，藉由不同制造方法，可得到非晶系碳、石墨系碳、热分解碳及碳纤等不同特性的独特碳材。其中，等方向性石墨(isotropic graphite)材料具有耐高温、导电、导热、润滑、多孔性、可塑和抗腐蚀等性能，近来广泛应用于冶金、机械及半导体等各产业。传统的石墨制程，一般使用焦碳(coke)作为原料，与煤焦沥青(coal tar pitch)混合后，注入模内挤压，接着在非氧化的条件下加热至约1000℃，形成具有孔洞的无定型碳(amorphous carbon)。之后，再经过浸渍沥青及再烧焙，如此进行多次，以填补孔洞。随后，再利用热处理至2500℃至3000℃，使无定型碳形成高密度的石墨。

[0003] 近年来储能材料的迅速发展，因此对于高密度、高强度、高纯度且加工性能好的等方向性石墨材料需求亦快速增加。然而，传统石墨制程复杂、且所得的制品质量无法满足需求。因此，近来开发出利用自烧结式(self-sintering)的中间相碳微球(mesocarbon microbeads；MCMBs)，其是不需混合、揉捏及粉碎步骤，亦不需再经过浸渍沥青及再烧结等程序来填补孔洞，即可制造高强度、高密度、高纯度的石墨碳材，不仅大幅提升了石墨机械性质，亦简化了等方向性石墨材料复杂的生产流程。上述制程与材料的相关文献可参阅相关前案，如美国专利公告号US5,525,276、US5,547,654、US5,609,800、US4,929,404，以及中国台湾专利公告号TW326027、TW379202、TW424079等，在此一并列为本文的参考文献。

[0004] 然而上述石墨材料的制程仍存在以下问题。举例而言，上述制程在利用中间相碳微球形成生坯时，在后续碳化与石墨化处理时，容易释放出大量的挥发性成分，而造成后续所得的石墨碳材的表面，产生裂缝或缺陷而表面不完整的问题。其次，上述制程若需要在真空状态进行碳化处理(例如上述的中国台湾专利所载)，在量产时会造成本的大幅提升。倘若，为了避免碳化与石墨化处理时挥发性成分逸散的问题，而放慢碳化处理的升温速率，将会使得碳化处理时程更加冗长且更耗能。

[0005] 综言之，已知等方向性石墨材料的制程处理时间较长且耗能，而所得的石墨材料的表面容易有裂缝、甚至破裂，进而限制其应用的范围。

[0006] 因此，亟需提供一种等方向性石墨材料的制造方法，以彻底解决已知制程所得的石墨材料的表面有裂缝或缺陷，而限制其应用的范围等问题。

发明内容

[0007] 因此，本发明的一个方面在于提供一种等方向性石墨材料的制造方法，其是将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，利用多阶段碳化处理，以缩短碳化处理的时间，继而进行石墨化处理，而形成等方向性碳质材料。

[0008] 其次，本发明的另一方面在于提供一种等方向性石墨材料，其是利用上述方法所制得，且所得的等方向性石墨材料的表面为完整无裂纹缺陷且具有良好的机械、热学与电学性质。

[0009] 根据本发明的上述方面，提出一种等方向性石墨材料的制造方法。在一实施例中，此等方向性石墨材料的制造方法是将经或未经前处理的中间相碳微球，利用冷等均压法进行模压，以形成一生坯。接着，将生坯进行多阶段碳化与石墨化处理，而形成等方向性石墨材料。

[0010] 在上述实施例中，未经前处理的中间相碳微球的平均粒径为20μm至30μm，其中前述的中间相碳微球具有甲苯不溶(toluene insoluble)成分(TI)以及喹啉不溶(quinoline insoluble)成分(QI)，且TI与QI的差值为0.1重量百分比(wt%)至2.0wt%。

[0011] 在上述实施例中，前述的冷等均压法中，其是对经或未经前处理的中间相碳微球2 2
施加500kg/cm至3000kg/cm 的压力，以形成生坯。

[0012] 在制成生坯后，生坯接着于第一保护气氛的存在下，进行多阶段碳化处理，以利用多种升温速率将生坯由室温(约10℃至40℃)升温至1000℃，而形成一碳化材料，其中当生坯的温度为300℃至1000℃时，生坯的升温速率为随制程处理时间递增的单调递增函数。

[0013] 在多阶段碳化处理后，接着将前述的碳化材料进行石墨化处理，藉此形成等方向性石墨材料。在一例示中，上述的等方向性石墨材料的一表面为完整且不具裂纹缺陷，该等方向性石墨材料于X轴、Y轴与Z轴的热膨胀系数的任二者的差异度为小于10%。

[0014] 依据本发明一实施例，上述的多阶段碳化处理的多个升温速率更包含由室温(约10℃至40℃)升温至300℃的第一升温速率、由300℃升温至500℃的第二升温速率、由
500℃升温至800℃的第三升温速率以及由800℃升温至1000℃的第四升温速率。在此实施例中，第一升温速率是等于或大于第二升温速率，第三升温速率大于第二升温速率，且第四升温速率大于第三升温速率。

[0015] 依据本发明一实施例，当生坯的温度为300℃至1000℃时，上述的第三升温速率可为第二升温速率的2.5倍至3.5倍，而第四升温速率可为第二升温速率的7倍至8倍。

[0016] 根据本发明的另一方面，提出一种等方向性石墨材料，其是利用上述的等方向性3 3
石墨材料的制造方法所制得，其中所得的等方向性石墨材料具有1.75g/cm至1.95g/cm 的密度以及50至90的萧氏硬度。

[0017] 应用本发明的等方向性石墨材料及其方法，其是将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，利用多阶段碳化处理，可缩短整体制程时间，且由此所得的等方向性石墨材料具有较佳的等方向性、表面完整无裂纹缺陷又具有良好的机械、热学与电学性质。附图说明

[0018] 为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

[0019] 图1是绘示根据本发明一实施例的等方向性石墨材料的制造方法的部分流程图；

[0020] 其中，主要元件符号说明：

[0021] 100：方法；

[0022] 101：将经或未经前处理的中间相碳微球，经由冷等均压法模压成生坯的步骤；

[0023] 103：将生坯进行多阶段碳化处理，以形成碳化材料的步骤；

[0024] 105：将碳化材料进行石墨化处理，以形成等方向性石墨材料的步骤。

具体实施方式

[0025] 承前所述，本发明提供一种等方向性石墨材料及其制造方法，其是将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，利用多阶段碳化处理，可获得等方向性较佳且表面完整无裂纹缺陷的等方向性石墨材料，并缩短整体制程时间。

[0026] 申言之，本发明的等方向性石墨材料的制造方法可利用下述方法制得。请参阅图1，其是绘示根据本发明一实施例的等方向性石墨材料的制造方法的部分流程图。在一实施例中，此方法100可先如步骤101所示，将前述经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法进行模压，以形成生坯，其中前述的冷等均压法是对上述经或未经前处理的中间相碳
2 2
微球施加500kg/cm至3000kg/cm 的压力达1分钟至10分钟，其中前述压力是指最大成型压力。在其它例子中，前述的冷等均压法是对上述经或未经前处理的中间相碳微球施加
2 2
1000kg/cm至2000kg/cm 的压力。

[0027] 在一实施例中，前处理可为一粉碎处理。在另一实施例中，前处理可为在粉碎处理之前，更至少包含一热处理。

[0028] 在此实施例中，前述未经前处理的中间相碳微球的粉体原料的平均粒径(D50)为20μm至30μm，而经前处理的中间相碳微球的粉体原料的平均粒径为1μm至10μm。一般而言，中间相碳微球的球体表面吸附适量的β-树脂(β-resin)，使其具有良好自烧结特性，经过冷等均压法成型、碳化、石墨化处理后，可制备高密度等方向性石墨材料。其中，中间相碳微球具有甲苯不溶(toluene insoluble)成分(以下简称为TI)以及喹啉不溶(quinoline insoluble)成分(以下简称为QI)，而β-树脂是指不溶于甲苯但溶于喹啉的成分，因此β-树脂的含量是界定为TI与QI的差值。适用于本发明的中间相碳微球的β-树脂含量极低，在一例子中，TI与QI的差值为0.1重量百分比(wt%)至2.0wt%。在另一例子中，TI与QI的差值为0.2wt%至2.0wt%。在又一例子中，TI与QI的差值为0.4wt%至2.0wt%。

[0029] 惟在此说明的是，倘若β-树脂含量低于0.1重量百分比(wt%)，则中间相碳微球在后续碳化与石墨化处理时，其自烧结(self-sintering)性不佳，不容易形成表面完整的等方向性石墨材料。倘若β-树脂含量大于2.0wt%，则在后续碳化与石墨化处理时，碳微球内部溢出的挥发性成分会造成后续所得的等方向性石墨材料的表面，容易有裂缝或破裂问题。

[0030] 然后，如步骤103所示，在第一保护气氛的存在下，将前述的生坯进行多阶段碳化处理，其是利用多种升温速率将生坯由室温(约10℃至40℃)升温至1000℃，而形成碳化材料。在一例子中，前述的第一保护气氛为氮气、氩气、氦气以及上述的任意组合。在另一例子中，前述的第一保护气氛为氮气。

[0031] 根据本发明的一实施例，当步骤103的生坯的温度为300℃至1000℃时，生坯的升温速率可定义为随制程处理时间递增的单调递增函数。申言之，在一例式中，步骤103的多阶段碳化处理可包括但不限于由室温(约10℃至40℃)升温至300℃的第一升温速率、由300℃升温至500℃的第二升温速率、由500℃升温至800℃的第三升温速率以及由800℃升温至1000℃的第四升温速率，其中第一升温速率是等于或大于第二升温速率，第三升温速率大于第二升温速率，且第四升温速率大于第三升温速率。

[0032] 上述第二升温速率至第四升温速率为逐步或连续变化且为随制程处理时间递增的单调递增函数。多阶段碳化处理由300℃升温至1000℃时，温度相对于制程处理时间的导数即为升温速率，此升温速率以不超过10℃/min为较佳。换言之，第二升温速率、第三升温速率以及第四升温速率可保持恒定或随时程而增加，其中，自第二升温速率起，多阶段碳化处理的温度以不再下降为较佳。

[0033] 举例而言，当生坯的温度为300℃至1000℃时，第三升温速率可为第二升温速率的2.5倍至3.5倍，而第四升温速率可为第二升温速率的7倍至8倍。由此所得的等方向性石墨材料具有较佳的等方向性且表面完整无裂纹缺陷。

[0034] 在一例示中，第二升温速率可为每分钟0.02℃(℃/min)至1.0℃/min。在另一例示中，第二升温速率可为0.02℃/min至0.7℃/min。在又一例示中，第二升温速率可为0.02℃/min至0.05℃/min。

[0035] 在此需说明的是，在其它实施例中，上述多个升温速率更可各自进一步在温度范围更小的区间中，进行升温速率调控。举例而言，由500℃升温至800℃的第三升温速率可进一步区分为由500℃升温至600℃的第三(1)升温速率以及由600℃升温至800℃的第三(2)升温速率，其中第三(2)升温速率可等于或大于第三(1)升温速率。惟本发明的升温速率调控的方式并不限于此处所举，其它温度范围的区间亦可自由地在温度范围更小的区间中进行升温速率调控。

[0036] 之后，如步骤105所示，在第二保护气氛的存在下，将前述的碳化材料进行一石墨化处理，藉此形成等方向性石墨材料。在一例子中，前述的第二保护气氛为氮气、氩气、氦气以及上述的任意组合。在另一例子中，前述的第二保护气氛为氩气。

[0037] 在步骤105中，前述的石墨化处理是以5.0℃/min至8.0℃/min的第五升温速率，将前述的碳化材料加热至温度2500℃至3000℃并持温30分钟至90分钟。在另一例子中，前述的石墨处理是以6.0℃/min至7.0℃/min的第五升温速率，将前述的碳化材料加热至温度2750℃并持温30分钟至90分钟。

[0038] 在前述的碳化处理与石墨化处理之间，或石墨化处理之后，更可选择性进行降温步骤。申言之，在前述的碳化处理与石墨化处理之间，可选择性进行第一自然降温步骤，在不使用任何冷却设备且于45小时至50小时，使前述的碳化材料的温度降至25℃至40℃。

[0039] 另外，在石墨化处理之后，更可选择性进行第二自然降温步骤，在不使用任何冷却设备使前述的等方向性石墨材料的温度降至25℃至40℃。前述进行第一自然降温步骤及/或第二自然降温步骤，可使所得的等方向性石墨材料更加致密且表面完整无裂纹缺陷。

[0040] 在此说明的是，上述所称的“等方向性石墨材料”是指利用上述方法制得的高密度石墨材料，其表面为完整且不具裂纹缺陷，且此等方向性石墨材料于X轴、Y轴与Z轴的热膨胀系数的任二者的差异度为小于10%，代表其具有较佳的等方向性。其次，此等方向性石3 3
墨材料的密度为1.75g/cm至1.95g/cm ，且其萧氏硬度为50至90。在其它例子中，此等方
3 3
向性石墨材料的密度为1.84g/cm至1.93g/cm ，且其萧氏硬度为58至85。

[0041] 值得一提的是，本发明的等方向性石墨材料的制造方法，是直接将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，再利用多阶段碳化处理，可缩短生坯进行碳化的处理时间并提高良率，因此本发明的方法排除进行已知的浸渍、再烧结等制程以修补裂缝。

[0042] 由于本发明的等方向性石墨材料的制造方法不仅环保节能，且所得的等方向性石墨材料具有较佳等方向性、其表面完整无裂纹缺陷，又大幅提升其机械、热学以及电学性质，进而应用于扩大其产业利用范围并增加经济价值。举例而言，前述所得的等方向性石墨材料可应用于电火花加工、连续铸造、单晶硅长晶炉等。

[0043] 以下利用实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，本发明技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。

[0044] 制备等方向性石墨材料

[0045] 实施例1至实施例4

[0046] 实施例1至实施例4使用中间相碳微球B为原料，其中中间相碳微球B的基本资料是列于表1(其TI为99.4%，QI为98.9%，平均粒径(D50)为21μm；中钢碳素化学股份有限公司)。

[0047] 将约55克的上述未经前处理的中间相碳微球B，充填于内径约25mm的圆筒状橡胶模具(模壁厚度1.0mm)内，其中中间相碳微球于模具内的充填高度为约140mm。模具盖上同质的橡胶盖压实后，进行简易包装(例如，利用例如电气胶布缠绕紧实)，以避免在冷等均压操作过程中，加压液体不慎侵入模具内而造成污染。

[0048] 上述含有中间相碳微球的模具置于冷等均压设备(CL4.5-22-30，Nikkiso2
Co.,Ltd.,Japan)中，加压至约1,800kg/cm并于此压力下维持至少约5分钟。之后，泄压至常压，从橡胶模具中取出压制成型的圆柱状生坯，并将其对切为生坯样品。此种生坯的直径为约21mm，长度为约55mm。

[0049] 接着，将前述生坯放入一般市售的管型气氛炉中，例如三区温控管型炉(尧富精密公司，台湾)，在第一保护气氛例如氮气的存在下，进行多阶段碳化处理，其是根据表1所列的多阶段升温条件，将前述的生坯由室温(约10℃至40℃)加热至1000℃，以进行碳化处理，而形成碳化材料。之后，进行第一自然降温步骤，在不使用任何冷却设备且于第一保护气氛的存在下，使炉体自然降温至低于100℃。

[0050] 实施例1至实施例4所得的碳化材料的密度为1.58g/cm3至1.63g/cm3，萧氏硬度为93至101，其表面为完整且不具裂纹缺陷。

[0051] 实施例5

[0052] 实施例5使用中间相碳微球G为原料，其中中间相碳微球G的基本资料是列于表1(其TI为99.0%，QI为98.6%，平均粒径(D50)为24μm；中钢碳素化学股份有限公司)。

[0053] 在通氮气作保护的情况下，将中间相碳微球G置于200℃至500℃温度范围内，进行6小时的热处理。其后，利用气引式粉碎设备(ALG-2，凌广工业公司，台湾)进行粉碎。TM
之后，利用粒径分析仪(Multisizer 3，Beckman Coulter,Inc.,U.S.A.)分析此中间相碳微球经粉碎后的粉体原料，其平均粒径(D50)为约7μm。

[0054] 接着，将约860克的上述经前处理的粉体，充填于内径100mm的圆筒状橡胶模具(模壁厚度4.0mm)内，其中粉碎粉体于模具内的充填高度为约160mm。模具盖上同质的橡胶盖并压实后，进行简易包装(例如，利用例如电气胶布缠绕紧实)，以避免在冷等均压操作过程中，加压液体不慎侵入模具内而造成污染。

[0055] 上述充填经前处理的中间相碳微球的模具，置于冷等均压设备(井丰油压公司制2
的湿式冷均压机，成型室直径130mm、高度400mm，最大成型压力2500kg/cm)中，加压至约
2
1,400kg/cm并于此压力下维持约5分钟。之后，泄压至常压，从橡胶模具中取出压制成型的圆柱状生坯。如此，所制得生坯的直径为79mm，长度为134mm。

[0056] 接着，将前述生坯放入一般市售的气氛炉中，在第一保护气氛例如氮气的存在下，进行多阶段碳化处理，其是根据表1所列的多阶段升温条件，将前述的生坯由室温(约10℃至40℃)加热至1000℃，以进行碳化处理，而形成碳化材料。之后，进行第一自然降温步骤，在不使用任何冷却设备且于约48小时内，使炉体自然降温至室温(约10℃至40℃)，如此3
进行碳化处理所得的碳化材料，其表面完整、无裂纹缺陷，经测其密度为1.67g/cm。

[0057] 然后，将前述碳化材料放入真空高温炉(Vacuum Furnace Type45，Centorr Vacuum Industries,Inc.)中，在第二保护气氛例如氩气的存在下，以平均6.7℃/min的第五升温速率，将前述的碳化材料由室温(约10℃至40℃，或约30℃)加热至2750℃并持温1小时，以进行石墨化处理。之后，进行第二自然降温步骤，在不使用任何冷却设备下，使炉体自然降温至室温(约10℃至40℃)附近，其中所得的石墨材料即为等方向性石墨材料。实施例3
5所得的等方向性石墨材料的密度为1.85g/cm，萧氏硬度为58，其表面为完整且不具裂缝缺陷，且此等方向性石墨材料于各方向的热膨胀系数其间的差异度为小于10%(其于X、Y、Z-6 -1 -6 -1
方向的热膨胀系数均为5.7×10 K 至6.0×10 K )。

[0058] 实施例5所得的等方向性石墨材料进一步检测其抗折强度、抗压强度以及电阻系数，其检测相关方法详如后述，其结果如表2所示。

[0059] 实施例6

[0060] 实施例6使用中间相碳微球M为原料，其中中间相碳微球M的基本资料是列于表1(其TI为96.9%，QI为95.0%，平均粒径(D50)为24μm；中钢碳素化学股份有限公司)。

[0061] 中间相碳微球M在使用前，先利用气引式粉碎设备(同于实施例5所用者)进行粉碎；使用粒径分析仪(同于实施例5者)分析此中间相碳微球经粉碎后的平均粒径(D50)为约5μm。

[0062] 接着，将约250克的上述经前处理的粉体，充填于内径71mm的圆筒状橡胶模具(模壁厚度1.0mm)内，其中粉碎粉体于模具内的充填高度为约118mm。

[0063] 上述充填经粉碎前处理的中间相碳微球的模具，置于冷等均压设备2
(CL4.5-22-30，Nikkiso Co.,Ltd.,Japan)中中，加压至约1,400kg/cm进行生坯成型。如此，所制得生坯的直径为52mm，长度为92mm。

[0064] 接着，将前述生坯如实施例5一般，在气氛炉中进行多阶段碳化处理，而多阶段升温条件其是根据表1所列。如此进行碳化处理所得的碳化材料，其表面完整、无裂缝，经测3
其密度为1.74g/cm。

[0065] 然后，将前述碳化材料进行石墨化处理，其方法及条件则是完全同于实施例5者。3
如此，所制得的等方向性石墨材料，其密度为1.93g/cm，萧氏硬度为85，其表面为完整且不具裂缝缺陷，且此等方向性石墨材料于各方向的热膨胀系数其间的差异度为小于10%(其-6 -1 -6 -1
于X、Y、Z方向的热膨胀系数均为6.8×10 K 至7.2×10 K )。

[0066] 实施例6所得的等方向性石墨材料进一步检测其抗折强度、抗压强度、热传导系数以及电阻系数，其结果如表2所示。

[0067] 比较例1至比较例2

[0068] 比较例1至比较例2是使用与实施例1相同的方法进行冷等均压成型、碳化及石墨化处理。不同的是，比较例1至比较例2的碳化处理的制程条件不同于实施例1，其制程条件是列于表2。

[0069] 表1、中间相碳微球的基本资料

[0070]

[0071] 评估碳化材料及等方向性石墨材料的效能

[0072] 1.表面外观

[0073] 实施例1至实施例6所得的碳化材料与实施例5至实施例6所得的石墨材料，以及比较例1至比较例2所得的碳化材料，进一步利用目测观察其表面的完整性，并依下列标准评估，其结果如表2所示：

[0074] ○：表面完整且不具裂纹缺陷

[0075] ×：表面不完整，且具有严重裂纹。

[0076] 由表2可得知，实施例1至实施例6所得的碳化材料与实施例5至实施例6所得的石墨材料，其表面完整且不具裂纹缺陷或裂缝。相较之下，比较例1至比较例2所得的碳化材料与石墨材料，其表面不完整且具有裂缝；由于所制的碳化材料破裂、不完整，无法进一步进行石墨化以制出完整的等方向性石墨材料。

[0077] 2.机械强度

[0078] 其次，实施例1至实施例6所得的碳化材料与实施例5至实施例6所得的石墨材料进行机械强度的评估，其是利用市售的萧氏硬度试验机(Shore Hardness Tester,Type D,Sato Seiki Co.,Japan)测量萧氏硬度(Shore硬度；Hs)，利用ASTM(American Society for Testing and Materials)C651的测试方法与Sintech10/GL材料试验机(MTS Test Systems Co.,U.S.A.)测量抗折强度，并利用ASTM C695的测试方法与Sintech10/GL材料试验机测量抗压强度，其结果如表2所示。

[0079] 由表2可得知，实施例5至实施例6所得的等方向性石墨材料，其萧氏硬度为58至85，抗折强度为32MPa至44MPa，抗压强度为68MPa至120MPa

[0080] 依照这些比较例的制程条件进行碳化处理后，所制出的碳化材料坯体表面皆有严重裂缝，亦即无法制出完整的碳化材料；也因而无法进一步以石墨化处理制出完整的等方向性石墨材料。与实施例1至实施例4作比较，比较例1至比较例2无法制得完整的石墨材料的原因，是在碳化处理时某些温度区段的加温速率太快。

[0081] 3.热学与电学性质

[0082] 再者，实施例5与实施例6所得的等方向性石墨材料进行热学与电学性质的评估，其是利用ASTM C714与ASTM E228的测试方法测量热传导系数以及热膨胀系数，并利用ASTM C611的测试方法测量电阻系数，其结果如表2所示。

[0083] 由表2可得知，实施例5与实施例6所得的等方向性石墨材料，其热传导系-6 -6数在40W/mK附近，热膨胀系数为5.7×10 /K至7.2×10 /K，电阻系数为6.6μΩm至
10.8μΩm。

[0084] 其次，由表2的结果可得知，实施例1至6将未经或经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法进行模压，以形成生坯后，利用多阶段碳化处理，可缩短进行碳化及石墨化的处理时间，并进而制出表面完整且不具裂纹缺陷的碳化材料以及等方向性石墨材料，而且等方向性石墨材料的性质良好，因此确实可达到本发明的目的。

[0085] 惟在此需补充的是，本发明的等方向性石墨材料及其制造方法亦可使用其它中间相碳微球或其它反应条件等进行，此为本发明所属技术领域中任何具有通常知识者所熟知，故不另赘述。

[0086] 综言之，由上述本发明实施方式可知，应用本发明的等方向性石墨材料及其制造方法，其优点在于将经或未经前处理的中间相碳微球，经冷等均压法模压成生坯后，利用多阶段碳化处理，可缩短碳化处理时间，且所得的等方向性石墨材料的表面为完整、无裂纹缺陷且等方向性佳，更大幅提升其机械、热学以及电学性质，进而增加其产业应用范围，提高其经济价值，例如可应用于电火花加工、连续铸造、单晶硅长晶炉等。

[0087] 虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。

[0088] 表2

[0089]

[0090] 注：N.D.表示未测试或无法测试。

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等方向性石墨材料及其制造方法

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