CN102408106A - 以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，该方法包含以下步骤：纯化，用以去除石墨粉中所含杂质；粒径控制，用以控制石墨粉的粒径；混合造粒，用以将黏着剂及发泡剂与石墨粉相互混合并造粒，而获得一成型原料；成型，使原料成型为一生胚；以及热处理，用以加热生胚至一设定温度且维持一设定时间后进行冷却，以获得一具有多孔性结构的石墨块材。此方法具有工艺简单且成本低的优点。
Description
技术领域
本发明有关一种制作石墨块材的方法，特别是有关一种以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法。
背景技术
石墨是一种具有优良导电性与导热性的材料，且石墨化学稳定性高，因此常被制作成柱体状以应用于化工或冶金产业中当作石墨电极；也常被制作成薄片状以应用于电子或电机产业中当作高导热均温片使用。
不论是石墨电极或石墨均温片，在制造的过程中都以高致密性为诉求，运用各种方法来提高产品致密性，目前石墨产品的密度都在1.5g/cm3以上，甚至高达2.1g/cm3。
目前一种多孔性石墨块材的制作方法是采用沥青通气方法，亦即灌气体于液态沥青中，使其产生泡泡，以便于凝固沥青后形成多孔性的石墨块材；然而此种沥青通气的方法在工艺操作上较为困难，成本较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的之一是提出一种以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，该方法工艺简单且成本低。
为了达到上述目的，本发明的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，包含以下步骤：纯化，去除一石墨粉中所含的杂质；粒径控制，进行研磨并过筛该石墨粉，以控制该石墨粉的粒径；混合造粒，将黏着剂及发泡剂与该石墨粉相互混合，而获得成型原料；成型，使该原料成型为一生胚；以及热处理，加热该生胚至一设定温度且维持一设定时间后进行冷却，以获得一具有多孔性结构的石墨块材。
本发明的有益技术效果是：本发明方法通过纯化步骤、粒径控制步骤、混合造粒步骤、成型步骤及热处理步骤而获得一具有多孔性结构的石墨块材，其中通过混合造粒步骤中所加入的发泡剂所造成的石墨块材的多孔性结构，相较于传统利用沥青通气工艺所得到的多孔性结构而言，本发明的工艺具有工艺简单且成本低的优点。
附图说明
图1所示为本发明的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法的一实施例的流程示意图，该方法包含以下步骤：纯化11、粒径控制12、混合造粒13、成型14及热处理15。
纯化步骤11是利用酸洗纯化、碱洗纯化或高温纯化方式，去除石墨粉中所含杂质；于一实施例中，纯化步骤是利用硫酸与氢氟酸酸洗一石墨粉后再采用2300℃的高温热处理30分钟，以去除石墨粉中所含杂质，达到纯化效果。
粒径控制步骤12是将纯化后的石墨粉研磨并过筛至平均粒径200微米(μm)以下，通过粒径的限制以提高产品的品质稳定性。
混合造粒步骤13是将经粒径控制步骤的石墨粉与黏着剂和发泡剂相互混合，经烘烤与过筛后获得一成型原料；其中黏着剂可选自沥青、树酯、聚碳酸脂(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或饱和多元酯(PET)...等其中之一；发泡剂可选自化学发泡剂之一，如：碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺和偶氮二异丁腈...等；进一步地，在混合造粒步骤13中，除了黏着剂和发泡剂之外，亦可加入添加物与石墨粉相互混合，添加物可选自金属(铝、铁、铜...)、陶瓷(高磷土、氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钛，或硅铝酸盐...)，及其任两种以上的组合。于一实施例中黏着剂为采用聚丙烯(PP)，发泡剂为采用碳酸氢钠，添加物则为氮化铝。
成型步骤14是采用压力压结或粉末射出该成型原料成为一生胚，其中，压力压结可采冷压法或热压法其中之一方式，于一实施例中是以冷压法于100kg/cm2以上的压力下压结成型原料成为一生胚。
热处理步骤15是将生胚置于一热处理炉中，且将热处理炉抽真空后通入纯度99％以上的惰性气体，并将生胚在惰性气体的气氛保护下加热至一设定温度以上且维持一设定时间后再冷却至室温，使黏着剂、发泡剂和添加物得以与研磨后的石墨粉结合并碳化。而其中的惰性气体可以是氦、氖、氩、氪、氙、氡、氮其中之一，所设定的温度需达700℃以上，所设定的加热时间需达30分钟以上，再以自然冷却或通过气体或液体强制冷却到室温。于一实施例中，是以纯度99％以上的氮气做为保护气体，并将生胚于1600℃加热60分钟，再自然冷却至室温，而获得一具有多孔性结构的石墨块材。
进一步地，一二次加工步骤16还可应用于经热处理步骤15后所获得的具有多孔性结构的石墨块材，如图1所示，二次加工步骤16是利用机械的方法对热处理步骤15所得的具有多孔性结构的石墨块材进行加工，其中的机械加工法可能是研磨、切削或钻孔...等。于一实施例中，是以机械研磨与钻孔的方式加工而获得一具有多孔性结构的石墨产品。
由于多孔性结构的石墨块材具有较大的比表面积，因此结合石墨高导热的材料特性与多孔性结构的大比表面积特性，应用于散热结构时，可具有良好的散热效果，故可有效应用在高散热需求的电子产品上；另外，石墨亦属高导电性材料，结合多孔性结构的大比表面积特性，在化工或冶金产业中当作石墨电极时，可大幅提高石墨电极与电解液或电镀液的接触面积，进而提升电解与电镀的效率。
在本发明方法中，是通过纯化步骤、粒径控制步骤、混合造粒步骤、成型步骤及热处理步骤而获得一具有多孔性结构的石墨块材，其中通过混合造粒步骤中所加入的发泡剂所造成的石墨块材的多孔性结构，相较于传统利用沥青通气工艺所得到的多孔性结构而言，本发明的工艺具有工艺简单且成本低的优点。
以上所述的实施例仅是说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的专利范围，即凡是根据本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (11)
1.一种以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，包含以下步骤：
纯化，去除一石墨粉中所含的杂质；
粒径控制，进行研磨并过筛该石墨粉，以控制该石墨粉的粒径；
混合造粒，将黏着剂及发泡剂与该石墨粉相互混合，而获得成型原料；
成型，使该原料成型为一生胚；以及
热处理，加热该生胚至一设定温度且维持一设定时间后进行冷却，以获得一具有多孔性结构的石墨块材。
2.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该纯化步骤是选自酸洗纯化方式、碱洗纯化方式、高温纯化方式或其组合方式。
3.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该粒径控制步骤是将该石墨粉的该粒径控制在200微米以下。
4.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该混合造粒步骤中的该黏着剂是选自沥青、树酯、聚碳酸脂、聚乙烯、聚丙烯及饱和多元酯(PET)其中之一，该混合造粒步骤中的该发泡剂是选自碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺及偶氮二异丁腈其中之一。
5.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该混合造粒步骤中还混合一添加物，该添加物是金属、陶瓷或两者的组合。
6.根据权利要求5所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该金属是铝、铁或铜，该陶瓷是高磷土、氧化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化钛或硅铝酸盐。
7.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该成型步骤是采用一压力压结成型方式或一粉末射出成型方式，且该压力压结成型方式是选自冷压法及热压法其中之一。
8.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该热处理步骤中的该设定温度至少为700℃，该设定时间至少为30分钟。
9.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该热处理步骤是于一惰性气体的环境下进行，该惰性气体为氦、氖、氩、氪、氙、氡、氮其中之一或其任两种以上的组合，且该惰性气体的纯度至少为99％。
10.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，该热处理步骤中的该冷却的方式是选自自然冷却、低温惰性气体强制冷却、流体冷却、或任两种以上的组合。
11.根据权利要求1所述的以石墨粉制成多孔性石墨块材的方法，其特征在于，还包含一二次加工步骤，其是利用一机械加工法将该具有多孔性结构的该石墨块材进行加工，以获得一具有多孔性结构的石墨产品，其中该机械加工法是选自研磨、切削、钻孔、或任两种以上的方式组合进行。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115490521A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-20 | 万基控股集团石墨制品有限公司 | 一种高强度石墨电极的制备方法 |
Citations (3)
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| CN1043964A (zh) * | 1989-01-04 | 1990-07-18 | 东北工学院 | 天然石墨阴极炭块及其制造方法 |
| CN1688052A (zh) * | 2005-03-18 | 2005-10-26 | 清华大学 | 利用热塑性树脂为粘合剂制备燃料电池双极板的方法 |
| CN101811885A (zh) * | 2010-05-05 | 2010-08-25 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种用呋喃树脂制备泡沫炭的方法 |
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2010
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