CN101665251A - 一种各向同性石墨的制备方法 - Google Patents

一种各向同性石墨的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种各向同性石墨的制备方法,包括以下步骤:①将石墨化度≥60%的太西无烟煤原煤粉碎至粒度D95±5≤75μm的粉末;②在100-140MPa的压力下等静压成型,其中升压时间≥20分钟,保压时间为5-30分钟,泄压时间≥15分钟;③将压制好的生坯进行一次焙烧,以≤3℃/小时的速度升温至800-1400℃,并保持温度18-30小时;④在3-10MPa的压力下,保持3-10小时沥青浸渍,其中浸渍沥青加热温度:160-180℃,焙烧品预热温度:320-350℃,预热时间:6-10小时;⑤将浸渍品按照一次培烧的方法进行二次培烧,最高焙烧温度1200℃。⑥石墨化。该方法原料成本低,产品成品率高,成品密度高、强度大。

Description

一种各向同性石墨的制备方法
技术领域
本发明涉及一种各向同性石墨制品的制备方法,特别是涉及一种各向同性、高密度、高强度石墨制品的制备方法。
背景技术
各向同性、高密度、高强度石墨材料,是工业用途极为广泛的一种石墨产品。高强度、高密度,主要由不同粒度的焦炭或人造石墨加入粘结剂沥青,经混捏、压片,粉碎、挤压、模压或等静压成型,再经炭化、石墨化制造。在炭化阶段,由于所加入的粘结剂沥青的小分子分解、挥发,形成大量气孔,使其密度、强度很低。长期以来,为了提高制品的强度和密度,减少气孔率,一直采取的是反复浸渍、焙烧的工艺,而且炭块生坯培烧时容易开裂,产品成品率低。
近年来,又公开了采用中间相炭微球为原料制造等静压石墨的方法,中间相炭微球,具有良好的自烧结性及很少的挥发份,经冷压成型即可成为致密的培体,高温热处理时,球体相互粘结并均匀收缩,形成高密度各向同性炭、石墨材料。但是,中间相炭微球原料成本高,并且培烧时产品的成品率也不高。且不能制备大尺寸等静压石墨材料.
发明内容
本发明对传统生产方法进行了改进,原料成本低,产品成品率高,成品密度高、强度大。
一种各向同性石墨的制备方法,包括以下步骤:
①将石墨化度≥60%的太西无烟煤原煤粉碎至粒度D95±5≤75μm的粉末;
②在100-140MPa的压力下等静压成型,其中升压时间≥20分钟,保压时间为5-30分钟,泄压时间≥15分钟;
③将压制好的生坯进行一次焙烧,以≤3℃/小时的速度升温至800-1400℃,并保持温度18-30小时;
④在3-10Mpa的压力下,保持3-10小时沥青浸渍,其中浸渍沥青加热温度:160-180℃,焙烧品预热温度:320-350℃,预热时间:6-10小时;
⑤将浸渍品按照一次培烧的方法进行二次培烧,最高焙烧温度1200℃。
⑥石墨化。
其中步骤①中所述的石墨化度≥60%的太西无烟煤原煤为石炭纪老无烟煤,其电阻率≤200μΩ·m。
其中步骤②中升压时间为30-100分钟,保压时间为5-10分钟,泄压时间30-50分钟。
其中步骤③中升温速度控制包括如下阶段:
阶段1,升温范围:100~350℃;升温速度:≤2.5℃/h;
阶段2,升温范围:350~400℃;升温速度:≤1℃/h;
阶段3,升温范围:400~500℃;升温速度:≤0.7℃/h;
阶段4,升温范围:500~600℃;升温速度:≤1℃/h;
阶段5,升温范围:600~700℃;升温速度:≤1.4℃/h;
阶段6,升温范围:700~800℃;升温速度:≤2℃/h;
阶段7,升温范围:800~1100℃;升温速度:≤3℃/h。
其中步骤④中浸渍压力为3-5Mpa,浸渍时间为18-15小时。
本发明具有如下有益效果,采用太西煤原煤作为原料降低了成本,产品经过一次浸渍两次培烧即可制出高强度、高密度各向同性等静压石墨制品,成品率提高到80-90%。所获得的等静压石墨制品检测结果为:抗压强度在70Mpa以上,密度在1.8g/cm3以上,各向同性度在1∶1.1以下。
具体实施方式
实施例1
以石墨化度为63%的石炭纪太西无烟煤原煤为原料,其各项指标为(电阻率≤200μΩ·m,灰分≤2%,挥发份≤5%,硫≤0.4%)。先将太西煤原煤经洗选出精煤,先用盘磨磨成1mm以下的粒子,再用气流粉粉碎机磨成粒度D95±5=75μm的糊粉;在压力为120Mpa的等静压条件下压制成型,升压时间20分钟,保压时间为5分钟,泄压时间15分钟;将生坯装入铁制坩埚中,采用河沙作填充料,生坯与铁坩埚壁须相隔至少50mm,以表1所示升温曲线进行一次焙烧,最高焙烧温度1100℃。
  阶段   升温范围(℃)   实际升温(℃)   持续时间(h)   升温速度(℃/h)
  1   100~350   250   100   2.5
  2   350~400   50   50   1
  3   400~500   100   140   0.7
  4   500~600   100   100   1
  5   600~700   100   70   1.4
  6   700~800   100   50   2
  7   800~1100   300   100   3
  9   1100±25   保温   20
表1:实施例1培烧升温曲线
将经过一次培烧压坯预热至330℃,预热时间8小时,放入盛有软化点为150℃的煤焦油沥青的耐压容器中,在10-20mmHg的减压下,徐徐加热到170℃,然后,在真空度≥0.95的条件下,加压到3Mpa,并在此维持5小时进行沥青浸渍。接着,采用同一次培烧的方法,在1100℃进行二次培烧,然后再将经过二次培烧品于2800℃进行石墨化。
获得最终制品的各项物理指标为:
  体积密度g/cm3   抗压强度MPa   抗折强度MPa   肖氏硬度HSD   电阻率μΩ·m
  1.87   104   42   63   13
实施例2
以石墨化度67%的石炭纪太西无烟煤原煤为原料,其各项指标为(电阻率≤200μΩ·m,灰分≤2%,挥发份≤5%,硫≤0.4%)。先将太西煤原煤经洗选出精煤,先用盘磨磨成1mm以下的粒子,再用气流粉粉碎机磨成粒度D95±5=70μm的糊粉;在压力为130Mpa的等静压条件下压制成型,升压时间50分钟,保压时间为8分钟,泄压时间40分钟;将生坯装入铁制坩埚中,采用河沙作填充料,生坯与铁坩埚壁须相隔至少50mm,以表2所示升温曲线进行一次焙烧,最高焙烧温度1200℃。
  阶段   升温范围(℃)   实际升温(℃)   持续时间(h)   升温速度(℃/h)
  1   100~350   250   125.0   2
  2   350~400   50   62.5   0.8
  3   400~500   100   142.9   0.7
  4   500~600   100   111.1   0.9
  5   600~700   100   76.9   1.3
  6   700~800   100   58.8   1.7
  7   800~1200   300   133.3   3
  9   1200±25   保温   25
表2:实施例2培烧升温曲线
将经过一次培烧压坯预热至320℃,预热时间9小时,放入盛有软化点为150℃的煤焦油沥青的耐压容器中,在10-20mmHg的减压下,徐徐加热到175℃,然后,在真空度≥0.95的条件下,加压到5Mpa,并在此维持8小时进行沥青浸渍。接着,采用同一次培烧的方法,在1200℃进行二次培烧,然后再将经过二次培烧品于2800℃进行石墨化。
获得最终制品的各项物理指标为:
  体积密度   抗压强度   抗折强度   肖氏硬度   电阻率
  g/cm3   MPa   MPa   HSD μΩ·m
  1.91   113   45   70 11
实施例3
以石墨化度70%的石炭纪太西无烟煤原煤为原料,其各项指标为(电阻率≤200μΩ·m,灰分≤2%,挥发份≤5%,硫≤0.4%)。先将太西煤原煤经洗选出精煤,先用盘磨磨成1mm以下的粒子,再用气流粉粉碎机磨成粒度D95±5=75μm的糊粉;在压力为125Mpa的等静压条件下压制成型,升压时间70分钟,保压时间为7分钟,泄压时间35分钟;将生坯装入铁制坩埚中,采用河沙作填充料,生坯与铁坩埚壁须相隔至少50mm,以表3所示升温曲线进行一次焙烧,最高焙烧温度1200℃。
  阶段   升温范围(℃)   实际升温(℃)   持续时间(h)   升温速度(℃/h)
  1   100~350   250   104.2   2.4
  2   350~400   50   62.5   0.9
  3   400~500   100   142.9   0.7
  4   500~600   100   100.0   1
  5   600~700   100   83.3   1.2
  6   700~800   100   52.6   1.9
  7   800~1200   300   133.3   3
  9   1200±25   保温   27
表3:实施例3培烧升温曲线
将经过一次培烧压坯预热至325℃,预热时间7小时,放入盛有软化点为150℃的煤焦油沥青的耐压容器中,在10-20mmHg的减压下,徐徐加热到165℃,然后,在真空度≥0.95的条件下,加压到8Mpa,并在此维持7小时进行沥青浸渍。接着,采用同一次培烧的方法,在1200℃进行二次培烧,然后再将经过二次培烧品于2800℃进行石墨化。
获得最终制品的各项物理指标为:
  体积密度g/cm3   抗压强度MPa   抗折强度MPa   肖氏硬度HSD   电阻率μΩ·m
  1.89   113   47   65   12
上述实施例中,如果要获得更高强度和密度的石墨制品,则需要经过二到三次浸渍和培烧工序。

Claims (5)

1、一种各向同性石墨的制备方法,包括以下步骤:
①将石墨化度≥60%的太西无烟煤原煤粉碎至粒度D95±5≤75μm的粉末;
②在100-140MPa的压力下等静压成型,其中升压时间≥20分钟,保压时间为5-30分钟,泄压时间≥15分钟;
③将压制好的生坯进行一次焙烧,以≤3℃/小时的速度升温至800-1400℃,并保持温度18-30小时;
④在3-10Mpa的压力下,保持3-10小时沥青浸渍,其中浸渍沥青加热温度:160-180℃,焙烧品预热温度:320-350℃,预热时间:6-10小时;
⑤将浸渍品按照一次培烧的方法进行二次培烧,最高焙烧温度1200℃。
⑥石墨化。
2、根据权利要求1所述的一种各向同性石墨的制备方法,其特征在于步骤①中所述的石墨化度≥60%的太西无烟煤原煤为石炭纪老无烟煤,其电阻率≤200μΩ·m。
3、根据权利要求1所述的一种各向同性石墨的制备方法,其特征在于步骤②中升压时间为30-100分钟,保压时间为5-10分钟,泄压时间30-50分钟。
4、根据权利要求1所述的一种各向同性石墨的制备方法,其特征在于步骤③中升温速度控制包括如下阶段:
阶段1,升温范围:100~350℃;升温速度:≤2.5℃/h;
阶段2,升温范围:350~400℃;升温速度:≤1℃/h;
阶段3,升温范围:400~500℃;升温速度:≤0.7℃/h;
阶段4,升温范围:500~600℃;升温速度:≤1℃/h;
阶段5,升温范围:600~700℃;升温速度:≤1.4℃/h;
阶段6,升温范围:700~800℃;升温速度:≤2℃/h;
阶段7,升温范围:800~1100℃;升温速度:≤3℃/h。
5、根据权利要求1所述的一种各向同性石墨的制备方法,其特征在于步骤④中浸渍压力为3-5Mpa,浸渍时间为18-15小时。
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Denomination of invention: A preparation method for isotropic graphite

Granted publication date: 20120104

Pledgee: Tangshan Branch of China Postal Savings Bank Co.,Ltd.

Pledgor: TANGSHAN KIMWAN SPECIAL CARBON&GRAPHITE Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980008260

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