CN101189320A - 高密度碳泡沫 - Google Patents

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Abstract

本申请描述了高密度碳泡沫及其生产方法。用来制备高密度碳泡沫的方法可涉及把粉碎的聚结烟煤加热到足以使煤粒软化并熔化在一起而形成基本均匀的连续开孔碳材料的高温。然后把该均匀的开孔碳材料在高温下保持一段时间，这段时间要足以充分降低或基本消除烟煤的塑性。按照需要，可以使所得的高密度碳泡沫冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的高温，然后冷却。

Description

高密度碳泡沫
发明领域
本发明涉及高密度多孔碳材料，尤其涉及高密度碳泡沫。
发明概述
本发明包括高密度碳泡沫材料及其生产方法。在有些实施方案中，用来制备高密度碳泡沫的方法涉及把粉碎的聚结烟煤加热到足以使煤粒软化并熔化在一起而形成基本均匀的连续开孔碳材料的高温。然后把该均匀的开孔碳材料在高温下保持一段时间，这段时间要足以充分降低或基本消除烟煤的塑性，以得到高密度碳泡沫。按照需要，可以把所得的高密度碳泡沫冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的高温，然后冷却。
在有些实施方案中，本发明可包括生产高密度碳泡沫的方法，该方法包括下列步骤：把固体粒状聚结碳质原料加热到第一高温，其中第一高温足以使聚结碳质原料颗粒软化，至少部分熔化和互混形成基本均匀的非烧结开孔碳材料，并在高温下继续加热该碳材料一段时间，这段时间要足以使碳材料不再呈塑性或不再能变成塑性的，以得到高密度碳泡沫。按照需要，可以把所得高密度碳泡沫冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的高温，然后冷却。
在有些实施方案中，本发明还可包括生产高密度碳泡沫的方法，该方法包括下列步骤：在容器内装进粉碎煤，以形成煤床，其中粉碎煤是聚结烟煤；用底面覆盖物覆盖容器底面，其中底面覆盖物位于煤床与容器底面之间。该方法也可包括下列步骤：用煤床覆盖物覆盖煤床；在煤床覆盖物上放刚性片材；用盖子盖上容器；加热该煤床到第一高温，其中第一高温足以使煤粒软化，至少部分熔化并互混而形成基本均匀的非烧结开孔碳材料；然后在高温下继续加热该碳材料一段时间，这段时间要足以使碳材料不再呈塑性或不再变成塑性的，以得到高密度碳泡沫。按照需要，可以把所得高密度碳泡沫冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的高温，然后冷却。
更进一步，本发明可包括含连续的泡沫体部分的高密度碳泡沫，所述泡沫体部分包含限定空隙空间的互连泡壁，其中非烧结连续泡沫体的密度高于约0.8g/cm3。
此外，本发明还可包括含连续的泡沫体部分的高密度碳泡沫，所述泡沫体部分包含遍布整个体的限定空隙空间的互连泡壁，还包含大于约1％的灰分含量，其中非烧结连续泡沫体的密度高于约0.8g/cm3。
附图简述
图1是按照本发明的实施方案装有粉碎煤的容器的示意截面视图。
图2表示用来加热煤以生成实施例2的高密度碳泡沫的温度-时间曲线。
图3表示用来加热煤以生成实施例3的高密度碳泡沫的温度-时间曲线。
发明实施方案详述
高密度泡沫是如下这类泡沫：当加热到高于约700℃，更典型地，高于约950℃的温度，然后冷却到基本为环境温度时，其密度大于约0.8g/cm3，更典型地，大于1.0g/cm3。在有些实施方案中，密度可以为约0.8g/cm3～约2.0g/cm3。在另一些实施方案中，密度可以为约1.2g/cm3～约1.8g/cm3。在还有一些实施方案中，密度可以为约1.3g/cm3～约1.6g/cm3。对于肉眼，这类碳可能象无孔固体。但显微观察可证明，这类高密度碳泡沫具有一定程度的孔隙率。孔隙一般均匀地分布在泡沫内。高密度碳泡沫的孔隙提供泡沫内的空隙体积，孔隙大多彼此互连并与泡沫外部连通，因此形成可称之为“开孔”或“多孔”的结构。另一方面，无内部空隙体积或只有与材料外部不连通的空隙体积的材料可称为“闭孔”或“无孔”材料。
在有些实施方案中，在约90倍放大下的显微观察证明，本发明的碳泡沫并非简单地包含烧结粉末。也就是说，用来制备泡沫的绝大部分煤粒基本上不再是仅在相互接触区粘结在一起的单个颗粒，而已成为烧结材料。表观上，高密度碳泡沫的微观结构可能与低密度煤基碳泡沫和网状玻璃碳类似，但不等价。也就是说，高密度碳泡沫可以由厚且略弯曲的互连碳泡壁界定的确定而规则的空隙空间构成，它形成连续的开孔泡沫状致密碳体。一般地，高密度碳泡沫的空隙空间不具有大量的低密度煤基碳泡沫的明确球形空隙中常存在的那种宽弯曲壁。
在其它实施方案中，高密度碳泡沫的结构，在约90倍的显微观察中可表现为由尺寸和取向均无规的许多无规互连和交织的小碳泡壁构成。这类互连泡壁在整个高密度碳泡沫内是连续的。这些泡壁的表面可以是弯曲且相对光滑的，非均匀的，不规则的或有时甚至包埋有可能因尚未达到高度塑性而残留的煤粒。在这类实施方案中，由泡壁限定的空隙空间可具有无规的尺寸和形状，而球形特征，即使有，也非常有限。
高密度碳泡沫在加热到高于约700℃，更典型地，高于约950℃的温度，然后冷却到基本为环境温度时，其抗碎强度可大于约5000磅/英寸2，在有些实施方案中，大于约10,000磅/英寸2，以及在其它实施方案中，大于约20,000磅/英寸2。这些高密度泡沫体可以是很大程度上各向同性的。
用来制备高密度碳泡沫的方法一般涉及下列步骤：把粉碎的聚结烟煤加热到足以使煤粒软化并熔化在一起而形成基本均匀的连续开孔碳材料的高温。然后把该均匀的开孔碳材料在高温下保持一段时间，这段时间要足以充分降低或基本消除碳材料的塑性，以形成高密度碳泡沫。按照需要，可以使得到的高密度碳泡沫冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的高温，然后冷却。
高密度碳泡沫可直接从聚结烟煤制成。适用的烟煤是在加热时变成塑性(即软化)的那些煤。这类煤可以是自由溶胀指数(ASTM标准D720-67，“煤的自由溶胀指数的标准测试方法”)大于约1，以及在有些实施方案中，大于约2的那些。烟煤可以是任何烟煤等级，包括低挥发性、中挥发性和高挥发性A、高挥发性B和高挥发性C烟煤。可以用烟煤的混合物，条件是所得混合物是聚结体并对应于上述自由溶胀指数参数。
用来制备本发明高密度碳泡沫的聚结烟煤首先要经粉碎。在有些实施方案中，煤要粉碎到基本上所有或约98％以上的煤将通过80目网筛(U.S.标准筛系列)。这种80目网筛的孔径约为0.18mm。在另一些实施方案中，煤要粉碎到基本上所有或约98％以上的煤将通过140目网筛(U.S.标准筛系列)。这种80目网筛的孔径约为0.105mm。在还有一些实施方案中，也可以用已粉碎到其它筛目大小的适用煤。在各种实施方案中，可以把煤粉碎到尺寸小于约0.42mm，在另一些实施方案中，小于约0.18mm，在还有一些实施方案中，小于约0.105mm。
现在参考图1，该图示意一般包括容器12的高密度碳泡沫成形设备10的实施方案。在过筛后，把粉碎煤14放进容器12。容器12可具有任何形状或设计。在有些实施方案中，用平底锅。容器12可任选地包括盖子24。容器12内粉碎煤14的装料量不受特别限制。煤的用量一般要足以形成煤床，其中构成煤床的煤粒与相邻煤粒相互接触。在有些实施方案中，放进容器的煤质量是平均每平方英寸容器底面积上有约13g。可以用其它煤载量在容器内形成所得煤床。容器12可以用不受所选温度和压力的工艺条件明显影响的任何材料制成。此外，构成容器的材料不应受塑性煤的明显浸润或因暴露在所选工艺条件下的煤或煤产物中而受明显劣化。此外，构成容器的材料可根据结构材料在所需工艺条件范围内的热传递性质和/或尺寸稳定性进行选择。容器的一些适用结构材料可以是，但不限于，陶瓷材料和金属，包括铝、不锈钢和其它类似材料。
容器内底面一般可以是清洁而光滑的。给定容器的多次使用可劣化容器内底面，由于，例如，来自先前泡沫生产和暴露于相关工艺条件和气体所产生的残留物的堆积。这类劣化作用对高密度碳泡沫产物底面的外观、光洁度和/或完整性都有负面影响。容器底面可以用传统方法清理，如，但不限于，洗涤、用磨料等。或者，也可以在装进煤之前先在容器底面上放一片薄金属箔或板22。与容器底一样，这类可被称做底面覆盖物22的金属箔或板可以在必要时加以清理，以提供清洁而光滑的表面与煤接触。但优选用铝箔作为底面覆盖金属箔。使用铝箔可提供每次用过后经济处理的底面覆盖物，从而取消或减少清理容器或底面覆盖物的需要。此外，用底面覆盖物，如铝箔，能更容易从容器内取出所得高密度碳泡沫。
可以用其它材料代替金属箔或板作为底面覆盖物22。金属箔、金属板和其它材料可以是至少有一面是光滑坚实表面的片材。这些金属箔、金属板和其它材料应能承受高密度碳泡沫生产中所用的工艺温度和压力。此外，底面覆盖物22与原料煤或其任何产物应基本上是非反应性的。而且，底面覆盖物22最好不会被塑性原料煤明显浸润。优选底面覆盖物22不应明显吸收或吸附发泡原料煤。一般优选底面覆盖材料在容器底与原料煤和所得高密度碳泡沫之间提供良好的热传递。适用的底面覆盖材料22可包括金属箔和片、无孔或上釉陶瓷板、纸或片等。底面覆盖物可打有一个或多个一般为小直径的孔。其它实施方案可包括满足上述判据的石墨或碳的箔或片作为底面覆盖物。一般优选底面覆盖物22上与原料煤接触的光滑表面，在使用之前基本上无污垢、灰尘、碎屑、残煤和其它污染物。
一般来说，一旦粉碎煤14已放进容器，则要使之均匀地分布在容器底。在有些实施方案中，所得煤床可经压实。压实作用使粉碎煤床致密化。这种致密作用可以使高密度碳泡沫的密度更高。压实也能防止在高密度碳泡沫上或泡沫内形成裂纹、裂隙或其它大的空隙体积。压实可以用夯、振动或施加力(即挤压力)等方法实现，以压实粉碎煤粒。压实力一般不足以使煤床变成自支持粘结块。但是，在另一些实施方案中，压实力可足以使煤床变成自支持粘结块。在实施方案中，当用足以使煤床变成自支持粘结块的压实力时，煤可先经压实后再引进容器12。
在粉碎煤已放进容器12之后，可任选地用刚性片材16覆盖煤床的上表面18。刚性片材16可以是至少有一面是光滑坚实面的金属片、金属板或其它材料。该光滑坚实面优选朝煤原料床的上表面放置。适用的刚性金属片、金属板和其它材料应能承受高密度碳泡沫生产中所用的工艺温度和压力。此外，刚性片材16对原料煤或其任何产物都应是基本非反应性的。而且，刚性片材16不应被塑性原料煤明显浸润。优选刚性片材16不应明显吸收或吸附塑性原料煤。在有些实施方案中，刚性片材16可以在刚性片材以上的气氛与刚性片材以下的原料煤或所得高密度碳泡沫之间提供良好的热传递。适用的刚性片材16可包括金属片和板、无孔或上釉陶瓷板或片等。其它实施方案可包括满足上述判据的石墨片或碳片作为刚性片材。一般优选刚性片材上与原料煤接触的光滑面在使用之前基本无污垢、灰尘、碎屑、残煤和其它污染物。适用刚性片材16的实例包括，但不限于，厚1/16英寸的铝板、厚1/8英寸的铝板和约0.070英寸的316不锈钢片。
按照需要，可以在煤床的上表面18与刚性片材16的底面之间用煤床覆盖物20。可以用象底面覆盖物所用的相同类型材料作为煤床覆盖物20。例如，可以在煤床14与刚性片材16之间放铝箔。当如此放置时，这类材料所起的作用与底面覆盖物的作用非常相同。因此，这类材料的可用类型和理想特性基本上与底面覆盖物的相同。
一般可建议优化由刚性片材施加在煤床上的挤压力，如果用的话。一般地，对于给定的一组工艺条件，所得高密度碳泡沫的密度可随由刚性片材所施挤压力的增加而提高。但是，挤压力不应大到使软化煤形成无孔的块。如果形成了这种无孔块，则软化煤可在加热步骤中溶胀并形成低密度碳泡沫。限制挤压力上限的其它因素可包括，例如，可操作性、容器尺寸和传热限度。有效的挤压力不一定大。例如，对于有些煤和工艺条件，已经发现，低至每平方英寸煤床上表面约0.02磅的力就有利于形成致密碳泡沫。对于另一些煤和工艺条件，每平方英寸0.2磅的力已导致很高质量的致密碳泡沫。挤压力可通过增加刚性片材的质量而增加。增加刚性片材的质量常导致其厚度增加，后者又转而产生较低传热能力的不良结果。
与其通过增加刚性片材的厚度来增加其质量和施加在煤床上的挤压力，倒不如用一个或多个砝码来增加挤压力。砝码可以放在刚性片材的上表面或与之连接，以进一步增加挤压力。按照需要，砝码可以有突出部分，如腿，从而使砝码的质量通过刚性片材对施于煤床的挤压力作出贡献，而又不与刚性片材明显接触。以此种或类似方法，使用砝码可尽量减小对刚性板材以上的气氛与刚性片材以下的原料煤和所得高密度碳泡沫之间的传热的影响。
容器12上可以放一个容器盖子24并覆盖煤床14。一般可建议把煤中释出的挥发性物质尽可能多地保留在煤周围的气体体积内。在容器12上加盖24有利于这种保留。无意受任何理论的限制，认为这种保留有利于煤在高温下软化。有些不包括盖子的容器设计优选具有在至少一段时间内把释出的挥发性物质保留在煤周围气体体积(即气氛)内的措施。
然后可以把粉碎煤14和容器12加热到第一高温。加热优选在基本惰性的非氧化性或非反应性气氛下进行，除煤在高温下释出的气体或蒸气之外。这种气氛可部分或全部由，例如，氮、氖、氩、氙、二氧化碳等构成。该气氛的压力可以是局部环境压力(例如0 psig)～500psig或更高的范围内的任何压力。第一高温的大小要足以使煤粒变软(即塑性)，至少部分熔化(即至少部分变成流体)并互混在一起，这时，单独的煤粒基本上失去其各自的特性并变得彼此基本均匀，由此形成基本均匀的非烧结开孔碳材料。煤粒因熔化并互混成连续的开孔结构而失去它们各自特性或本性的程度，一般随温度增加到至少第一高温而增加。一般地，煤粒熔化并互混在一起的程度越高，则高密度碳泡沫的强度就越大。因此，通常优选使用工艺控制范围内尽可能高的第一温度。把煤粒加热到太高的温度，即高于第一高温的温度，可使煤粒熔化在一起而形成基本均匀的闭孔碳材料。继续加热时闭孔碳材料可发展成低密度碳泡沫或焦炭。因此，第一高温可以是低于发展闭孔碳材料的温度。在有些实施方案中，第一高温是刚低于发展闭孔碳材料的温度。对于因工艺条件或其它原因在高温下不会呈现所需流度而形成闭孔碳材料的那些煤，第一高温可以是使煤最大程度软化的温度。在有些实施方案中，该高温将使所得高密度碳泡沫的密度最高。
可以较高的速率(即迅速)加热煤床到一部分煤床达到足以使煤变得刚有些软化的温度。自该温度至第一高温，进行加热的速率要使组成煤床的煤块内不会产生大的温度梯度。通常要避免在组成煤床的煤内发展这样的温度梯度，因为它们会使所得高密度碳泡沫开裂和/或在泡末内发展其它不均匀性。在把煤床加热到第一高温的期间，构成煤床的煤块转化为基本均匀的非烧结开孔碳材料。
一旦碳材料已达到第一高温，则加热可在该温度下或在较低温度下继续到所得基本均匀的非烧结开孔碳材料不再呈塑性或不再能变成塑性。也就是说，加热可继续到基本均匀的非烧结开孔碳材料不再是能被基本软化的塑性材料。或者，如果这样的加热以如下速率进行：基本均匀的非烧结开孔碳材料的热塑性特征随第一高温以上的温度提高而减小，则基本均匀的非烧结开孔碳材料可以被加热到高于第一高温的温度。也就是说，基本均匀的非烧结开孔碳材料可以被加热到高于第一高温的温度，如果基本均匀的非烧结开孔碳材料的碳材料在这些高温下变得不比第一高温下的碳材料更软化或更塑性。碳材料在如此高温下的加热可持续一段时间，该时间要足以基本消除基本均匀的非烧结开孔碳材料的塑性。
一旦该基本均匀的非烧结开孔碳材料基本上不再呈塑性，则所得材料就是高密度碳泡沫。按照需要，所得高密度碳泡沫可以被冷却到基本为环境温度或立即或随后加热到高达约3200℃的第二高温，然后冷却下来。通过在制成后如此加热到高温，然后冷却，所得高密度碳材料的各项性能可得以明显改善。这类性能可包括，但不限于，包括抗碎强度在内的力学强度和导电性。在有些实施方案中，该第二高温可高于约700℃，更典型地，高于约950℃。加热和冷却的速率都应做到不因泡沫内产生很大的热梯度而出现不希望的泡沫开裂或其它劣化。在某些实施方案中，这种加热和冷却都可以在基本惰性的非氧化性或非反应性气氛中进行。
对于给定的煤，第一高温值受许多工艺变量的影响。一般而言，较高的工艺气压会拓宽适合于形成本发明高密度碳泡沫的温度范围并降低温度范围值。也就是说，随工艺气压的增加，第一高温值可以降低而且可用较宽的温度范围作为第一高温。
此外，在高温下，甚至在低于或等于第一高温的那些高温下，较长的加热时间会降低煤的塑性，以致使第一高温移向较高温度值。在有些情况下，由于在高温下较长的加热时间，煤的塑性可变得不足以使所得高密度碳泡沫象原本可达到的那样致密。如果在远低于第一高温的高温下的加热时间过长，则会生成烧结产物而非碳泡沫。与高密度碳泡沫相比，这种烧结产物可表现出低强度。
预期所有煤的塑性都会受暴露于足够高的温度的影响。因此，在有些实施方案中，对于加热时呈现高流度的煤，可以把可用作第一高温的温度限制在很窄的温度范围内。相反，在另一些实施方案中，对于加热时呈现低流度的煤，可以从较宽的温度范围内选择作为第一高温的温度。
对于有些烟煤，第一高温可约等于用Arnu/Ruhr膨胀计测定的“起始膨胀温度”(ASTM D5515“用膨胀计测定烟煤溶胀性能的标准测试方法”)。“起始膨胀温度”值对每种被测试的煤样品都是特定的。如前面讨论，煤在形成高密度碳泡沫中所经受的工艺条件可影响使最佳第一高温明显的温度。缓慢加热到第一高温，会把该温度值提高到“起始膨胀温度”以上的值。在高工艺气压下加热煤块，可把最佳第一高温值降到远低于“起始膨胀温度”的值。因此，尽管“起始膨胀温度”之类的值能为选择或预估最佳第一高温提供一定的指南，但工艺变量严重影响最佳第一高温值。因此，推荐用特定原料煤和工艺条件范围的实验研究来确定最佳第一高温和其它相关工艺条件。
此外，一般不希望煤或所得开孔碳材料在加工期间暴露于氧。这种暴露对煤可能发展的流度会产生负面影响并会导致不良的高密度碳泡沫产品。
从粉碎煤粒直接生成的高密度碳泡沫可含主要组分碳。但在高密度碳泡沫材料中也存在其它非挥发性煤组分。高密度碳泡沫可具有灰分含量和灰组分，反映出用来制备高密度碳泡沫的原料的那些组分。对于煤原料，这种灰分含量一般可以在约1重量％以上。一般地，在有些实施方案中，从煤制成的高密度碳泡沫的灰分含量可以为约1％～约20％的灰值。在另一些实施方案中，从煤制成的高密度碳泡沫的灰分含量可以为约2％～约20％的灰值。在还有一些实施方案中，从煤制成的高密度碳泡沫的灰分含量可以为约5％～约20％的灰值。更进一步，高密度碳泡沫，在加热到高于约700℃，更典型地，高于约950℃的温度，然后冷却到基本为环境温度时，其抗碎强度(即压缩强度)可大于约5,000磅/英寸2，有时大于约10,000磅/英寸2，以及在有些实施方案中，大于约20,000磅/英寸2。在某些实施方案中，高密度碳泡沫的抗碎强度可以为约5,000磅/英寸2～约25,000磅/英寸2。这些高密度碳泡沫体可以是很大程度上各向同性的。
虽然本发明已就聚结煤为原料进行了描述，但预期其它固态聚结碳基材料也可用作生产高密度碳泡沫的原料。可以被粉碎、聚结和在加热时暂时变成塑性的固态碳质材料可用于作为原料。例如，其它原料可包括，但不限于，加热时至少暂时变成塑性和聚结体的固态煤萃、氢化煤萃和中间相材料。煤沥青、合成沥青、石油沥青、中间相沥青、包括酚醛在内的树脂等都可以与一种或多种上述固态聚结原料联用来形成高密度碳泡沫。
高密度碳泡沫可适用于作烧蚀屏、热障、窑设备、火箭喷口、防冲屏、热交换器、热防护系统以及要求高压缩强度、耐高温和/或热导率在高密度碳泡沫所呈范围内的其它应用中的材料。此外，高密度碳泡沫还可用于先前曾用石墨的许多应用中。
以下实施例是为说明本发明的某些实施方案而给出的且无意限制本发明。
实施例1
把一般被类为低挥发性烟煤的聚结烟煤粉碎成尺寸小于约140目(U.S.标准系列筛)的颗粒。把一部分粉碎煤放进平底容器，以形成每平方英寸底面约13g的基本均匀装料。在引进煤之前，容器内先已放有铝箔底面覆盖物。然后通过把该容器从数英寸高度落下多次而压紧所得的煤床。然后，用一片铝箔覆盖所得的密实煤床，以提供煤床覆盖物。然后在煤床覆盖物上放一块1/8英寸厚的铝板。在铝板上加砝码，使煤床上面受到约0.11磅/英寸2的挤压力。然后把容器盖放在容器上。
然后，在环境压力下的基本惰性的非氧化性气氛下，以约5℃/min的速率把该容器从环境温度加热到约410℃。然后，以约0.25℃/min的速率把该容器从约410℃加热到约490℃。然后保持该容器在约490℃下约8h。在如此加热后，使容器以不大于约2.5℃/min的速率冷却到环境温度。
然后在基本惰性的非氧化性气氛下把所得的高密度碳泡沫加热到高于约1100℃的温度。一部分所得碳泡沫的密度为约1.33g/cm3，以及抗碎强度为约7,900磅/英寸2。
实施例2
把与实施例1中所用的同类烟煤粉碎成尺寸小于约140目(U.S.标准系列筛)的颗粒。把一部分该粉碎煤放进平底容器，以形成每平方英寸底面约13g的基本均匀装料。在引进煤之前，容器内先已放有铝箔底面覆盖物。然后用一片铝箔覆盖煤床，以提供煤床覆盖物。然后在煤床覆盖物上放一块1/8英寸厚的铝板。在铝板上加砝码，使煤床上面受到约0.025磅/英寸2的挤压力。然后把容器盖放在容器上。
然后，在压力为约400～约430磅/英寸2的基本惰性的非氧化性气氛下，用图2所示的温度曲线加热该容器。在如此加热后，使容器缓慢冷却到环境温度。在冷却期间，当容器温度为约100℃时，把基本惰性的非氧化性气氛的压力减至接近于环境压力。
然后在基本惰性的非氧化性气氛下，把所得高密度碳泡沫加热到高于约1100℃的温度。一部分所得碳泡沫的密度为约1.39g/cm3，以及抗碎强度为约10,200磅/英寸2。
实施例3
把与实施例1中所用的同类烟煤粉碎成尺寸小于约140目(U.S.标准系列筛)的颗粒。把一部分该粉碎煤放进平底容器，以形成每平方英寸底面约13g的基本均匀装料。在引进煤之前，容器内先已放有铝箔底面覆盖物。然后，用一片铝箔覆盖煤床，以提供煤床覆盖物。然后在煤床覆盖物上放一块1/8英寸厚的铝板。在铝板上加砝码，使煤床上面受约0.12磅/英寸2的挤压力。然后把容器盖放在容器上。
然后，在压力为约400～约460磅/英寸2的基本惰性的非氧化性气氛下，用图3所示的温度曲线加热该容器。在如此加热后，使容器缓慢冷却到环境温度。在冷却期间，当容器温度为约100℃时，把基本惰性的非氧化性气氛的压力减至接近于环境压力。
然后在基本惰性的非氧化性气氛下，把所得高密度碳泡沫加热到约1050℃的温度。一部分所得碳泡沫的密度为约1.48g/cm3，以及抗碎强度为约17,300磅/英寸2。
尽管本发明已就某些实施方案进行了详述，但本发明仅受随后所附权利要求的限制。

Claims (15)

1.高密度碳泡沫，包含由互连的连续碳泡壁构成的开孔体，其中高密度碳泡沫的密度大于约0.8g/cm3以及灰分含量大于约1％。
2.权利要求1的高密度碳泡沫，其中所述灰分含量大于约2％而小于约20％。
3.权利要求1的高密度碳泡沫，其中所述密度大于约1.2g/cm3而小于约1.8g/cm3。
4.权利要求1的高密度碳泡沫，其中所述高密度碳泡沫的抗碎强度为约5,000磅/英寸2～约25,000磅/英寸2。
5.权利要求1的高密度碳泡沫，其中所述灰分含量大于约2％而小于约20％，所述密度大于约1.2g/cm3而小于约1.8g/cm3，以及所述高密度碳泡沫的抗碎强度为约5,000磅/英寸2～约25,000磅/英寸2。
6.一种生产高密度碳泡沫的方法，包括下列步骤：
把粉碎的聚结碳质原料加热到第一高温，其中所述第一高温足以形成基本均匀的非烧结开孔碳材料，和
把所述基本均匀的开孔碳材料在高温下保持一段时间，这段时间要足以基本消除所述基本均匀的非烧结开孔碳材料的塑性，以形成高密度碳泡沫。
7.权利要求6的方法，其中所述固体碳质原料选自下列一组：煤萃、氢化煤萃和中间相材料。
8.权利要求6的方法，其中所述碳质原料是聚结烟煤。
9.权利要求6的方法，还包括把所述高密度碳泡沫在高于约700℃的第二高温下加热的步骤。
10.权利要求17的方法，其中所述第二高温高于约950℃。
11.权利要求6的方法，其中所述加热在基本惰性的非氧化性气氛中进行。
12.一种生产高密度碳泡沫的方法，该方法包括下列步骤：
在容器内装进粉碎煤，以形成煤床，其中粉碎煤是聚结烟煤：
在煤床上施加挤压力；
用盖子盖上容器；
把煤床加热到第一高温，其中第一高温足以形成基本均匀的非烧结开孔碳材料；和
把基本均匀的非烧结开孔碳材料在高温下继续加热一段时间，这段时间要足以基本消除基本均匀的非烧结开孔碳材料的塑性，以形成高密度碳泡沫。
13.权利要求12的方法，还包括把所述高密度碳泡沫加热到超过约700℃的第二高温的步骤。
14.权利要求12的方法，其中所述第二高温高于约950℃。
15.权利要求12的方法，其中所述加热在基本惰性的非氧化性气氛下进行。
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