完全な真空-加圧含浸プロセス：真空レベル、圧力、保持時間が多孔率を2％以下に抑える仕組み

カーボングラファイトリングはまず「焼成」され、その後「含浸」されます。焼成中にバインダーが炭化し、相互に連結した毛細管状の孔のネットワークが形成されます。通常、この孔率は10%-20%です。これらの孔が埋まるまでは、媒体がリング壁を通り抜けてしまい、リングはシールできません。含浸は孔を液状の樹脂または金属で満たす工程であり、真空・加圧処理が現在最も信頼性の高い方法です。

I. なぜ真空が最初に必要か

大気圧下では、樹脂は毛細管現象で1～2 mmしか浸透しません。これは、閉じ込められた空気が液体の浸透を押し戻すためです。

真空はその空気を除去し、通路を開きます。標準的な手順は以下の通りです：

1.リングを60～80℃に予熱し、オートクレーブにセットする — 温かい樹脂は流動性が良い

2.-0.095 MPa（約5 kPa絶対圧）以下の真空を引き、30～60分保持する

3.真空不足が最も一般的な失敗原因であり、残留空気が加圧工程中に孔の奥深くに押し込まれ、孔を塞いでしまう

保持時間は壁厚に比例します。20 mm未満の壁厚なら30分で十分ですが、厚肉や大断面のリングは60分以上必要です。

II. 加圧工程：圧力と保持時間

真空が確立した後、樹脂を容器内に引き込み、次に圧力をかけて外径表面から孔のネットワークの奥深くまで樹脂を押し込みます。

• 一般的な圧力は0.6～1.0 MPaで、高密度部品は1.2～1.5 MPaを使用する場合もある
• 保持時間は壁厚と樹脂の粘度に応じて1～4時間
• 圧力が高ければ良いわけではなく、薄肉リングは過剰な荷重で変形や微細な亀裂が生じることがある

浸透は毛細管流動の物理法則に従い、保持時間の影響が圧力より大きいです。30分より2時間の保持の方が数ミリメートル深く浸透することがあります。重量増加が実用的な指標であり、最初のサイクルで通常3%-8%増加し、2回目のサイクルで1%未満の増加なら完全浸透を示します。

III. 硬化：見落とされがちな工程

硬化は単なる「乾燥」ではありません。樹脂は重合縮合し、小分子を放出します。温度上昇が速すぎると、これらの揮発成分が孔内で蒸発し気泡を作り、含浸の一部を破壊します。

1.5～10℃/hの昇温速度で段階的に保持する

2.最終硬化温度は樹脂系によるが、フェノール樹脂は通常150～180℃

3.硬化後は加工余裕を残す — 樹脂が豊富な表面層は精密研削で除去される

IV. 樹脂の粘度と多孔性

粘度は物理的なボトルネックです。含浸用樹脂は通常30～80 mPa·sに管理され、150 mPa·sを超えると正しい圧力でも20 mm以上の壁厚を完全に浸透できません。

含浸・硬化・再含浸のサイクルは通常2～3回繰り返されます。最終目標は開孔率2%以下で、静水圧試験や気密試験で漏れがないことです。適切に含浸されたエポキシまたはフェノール系グラファイトは、素地の150～200 MPaの圧縮強度から250～300 MPaクラスに向上し、化学耐性も改善されます。

V. 品質管理ポイント

• 各ロットからサンプルを採取し、多孔性（水吸収または水銀浸透法）を検査する
• 各リングの重量増加を記録し、重量不足のリングは再含浸する
• 硬化後に寸法を再測定する — 樹脂の膨張でサイズが0.05～0.1 mm変化することがある

Huahao Sealingは安徽省六安市の工場で含浸、硬化、ラッピング、検査を社内で完結し、個別の多孔性と圧力クラスの検証を伴うカスタム含浸グラファイトリングを出荷しています。真空レベル、圧力、保持時間、硬化曲線は連動しており、いずれかが不適切だと最終的な多孔性数値は後工程で回復できません。