CN103121671A - 一种等静压石墨的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种等静压石墨的制备方法，包括以下工序一次磨粉、煤沥青的磨粉、煤沥青粉与焦粉骨料的混合。本发明方法中焦粉骨料和煤沥青粉先进行充分的混合，使得在下一步加热混捏的过程中，煤沥青粉熔化，充分渗透到骨料颗粒细粉的气孔中，并能够均匀的徒步到颗粒细粉表面，达到材料结构均质的目的。通过本发明方法制备的等静压各向同性石墨材料，具有结构精细致密、均匀性好、力学性能优异、耐磨、各向同性等特点。

Description

一种等静压石墨的制备方法

技术领域

本发明属于石墨材料的制备领域，特别是涉及一种等静压石墨材料的制备方法。

背景技术

等静压石墨是二十世纪60年代发展起来的一种新型石墨材料，具有一系列优异的性能。譬如，等静压石墨的耐热性好，在惰性气氛下，随着温度的升高其机械强度不但不降低，反而升高，在2500℃左右时达到最高值；与普通石墨相比，结构精细致密，而且均匀性好；热膨胀系数很低，具有优异的抗热震性能；各向同性，在各个方向上的性能是一致的；耐化学腐蚀性强，能经受住熔融金属和玻璃的渗透侵蚀；导热性能和导电性能良好；具有优异的机械加工性能，几乎可以加工成任意形状的物品。正是由于具有这一系列的优异性能，等静压石墨被广泛应用于制作直拉单晶硅用热场（发热体、坩锅等）、多晶硅熔炼炉、核反应堆堆芯结构、放电加工用电极、连铸金属用石墨结晶器等等。等静压石墨在冶金、化学、电气、航空宇宙及原子能工业等领域得到广泛应用，而且，随着科学技术的发展，应用领域还在不断地扩大。

与普通石墨，比如炼钢用石墨电极、镁电解用石墨阳极、铝电解用石墨化阴极等等一样，等静压石墨也要经过原料的煅烧、破碎、筛分、磨粉，粘接剂的熔化，以及配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化等工序的处理。但是，等静压石墨的生产工艺与石墨电极、石墨阳极或者是石墨化阴极截然不同。等静压石墨需要结构上各向同性的原料，需要磨制成更细的粉末，需要应用等静压成型技术，焙烧周期会非常的长，为了达到目标密度，需要多次的浸渍-焙烧循环，石墨化的周期也要比普通石墨长得多。

因为等静压石墨的骨料是由平均粒径从不到1微米到几十微米的石油焦或沥青焦颗粒细粉构成，比表面积很大，所以在混捏锅里加入煤沥青进行混捏时，煤沥青与骨料细粉不容易混捏均匀，不易达到所要求的煤沥青充分渗透到骨料颗粒细粉的气孔中，并均匀的涂布在骨料颗粒细粉表面的目的。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种骨料颗粒细粉与煤沥青容易混捏均匀以及充分渗透均匀涂布的等静压石墨制备方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种等静压石墨的制备方法，按先后次序包括以下工序：混捏和凉料、破碎和磨粉、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化，在混捏工序前，还包括以下步骤：

a）、一次磨粉

将煅烧后的石油焦或沥青焦经粗碎后，用雷蒙磨、冲击磨或气流粉碎机进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料；

b）、煤沥青的磨粉

将原料煤沥青在球磨机中快速磨粉，然后过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用；

c）、煤沥青粉与焦粉骨料的混合

将煤沥青粉与焦粉骨料按比例一起投入到三维混合机里进行混合。

优选地，所述步骤b）中，磨粉为时间1～10分钟。

优选地，所述步骤b）中，筛目度在200目以上。

优选地，所述步骤c）中，煤沥青粉与焦粉骨料的重量比例分别为：煤沥青粉40～27%、焦粉骨料60～73%。

优选地，所述步骤c）中，混合时间0.5～3小时。

进一步地，所述制备方法的具体步骤如下：

a）、一次磨粉

将煅烧后的石油焦或沥青焦经粗碎后，用雷蒙磨、冲击磨或气流粉碎机进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料；

b）、煤沥青的磨粉

将原料煤沥青在球磨机中快速磨粉，磨粉时间1～10分钟，然后用200目筛子进行过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用；

c）、煤沥青粉与焦粉骨料的混合

将煤沥青粉与焦粉骨料按照重量百分比记分别为40～27%和60～73%的比例一起投入到三维混合机里进行混合，混合时间0.5～3小时；

d）、混捏和凉料

将煤沥青粉与焦粉骨料的混合物投入到混捏锅里加热混捏，混捏时间1～4小时，温度160～240℃，混捏产生的糊料再投入凉料锅里进行凉料，待温度低于60℃时出锅；

e）、破碎和二次磨粉

冷却后的糊料先进行破碎，然后在雷蒙磨或冲击磨中进行二次磨粉，二次磨粉平均粒径20～45μm；

f）、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化

将二次粉装入橡胶模套进行等静压成型，成型好的坯体经过焙烧、浸渍、石墨化等后续工艺后就制成了等静压石墨。

与现有技术相比，上述技术方案具有如下优点：

1、本发明方法增加了焦粉骨料和煤沥青粉的预混合工序，在三维混合机里，焦粉骨料和煤沥青粉先进行充分的混合，使得在下一步加热混捏的过程中，煤沥青粉熔化，充分渗透到骨料颗粒细粉的气孔中，并能够均匀的徒步到颗粒细粉表面，达到材料结构均质的目的。

2、在混捏过程中，随着加热，温度逐渐上升，煤沥青粉逐渐熔化，一开始煤沥青粘度很大，混捏锅负荷很大，混捏锅铰刀通过强力混捏，使得软化了的煤沥青颗粒细粉和骨料焦粉颗粒牢牢的粘接在一起，温度再高后煤沥青充分熔化，渗透到颗粒细粉中。

3、通过本发明方法制备的等静压各向同性石墨材料，具有结构精细致密、均匀性好、力学性能优异、耐磨、各向同性等特点。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

煤沥青：采用中温沥青（攀钢集团有限公司焦化厂生产），其主要性能为：灰分：0.04%；挥发份58%；软化点85℃；甲苯不溶物含量20%；喹啉不溶物含量6%；结焦值53%。

骨料：采用煅烧石油焦（中国石油抚顺石化分公司生产），其主要性能为：灰分：0.20%；水分：0.06%；挥发份：0.31%；真密度：2.12g/cm³；粉末电阻率：454μΩ.m；硫含量：0.38%。

参见图1，本发明工艺按以下步骤进行：

a）、一次磨粉

将煅烧石油焦粗碎后，用雷蒙磨进行磨粉，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料。

b）、煤沥青的磨粉

将原料中温沥青在球磨机中快速磨粉，磨粉时间1分钟，然后用200目筛子进行过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用。

c）、中温沥青粉与焦粉骨料的混合

将中温沥青粉与焦粉骨料按照以下比例一起投入到三维混合机里进行混合：按重量百分比计分别为中温沥青粉27%、焦粉骨料73%。混合时间3小时。

d）、混捏和凉料

将中温沥青粉与焦粉骨料的混合物投入到混捏锅里加热混捏，混捏时间1小时，温度160～240℃，混捏产生的糊料再投入凉料锅里进行凉料，待温度低于60℃时出锅。

e）、破碎和二次磨粉

冷却后的糊料先进行破碎，然后在雷蒙磨中进行二次磨粉制成二次粉，二次粉平均粒径20～45μm。

f）、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化

将二次粉装入橡胶模套进行等静压成型，成型好的坯体经过一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、石墨化等后续工艺，制成等静压石墨。

本实施例制备得到的静压石墨的理化性能见表1，其中，对比例是按照现有工艺制备得到的静压石墨的理化性能，对比例所使用物料与本实施例相同，工艺条件相同。

表1：

实施例2

煤沥青：采用改质沥青（攀钢集团有限公司焦化厂生产），其主要性能为：灰分：0.04%；挥发份55%；软化点110℃；甲苯不溶物含量29%；喹啉不溶物含量8%；结焦值57%。

骨料：采用煅烧石油焦（中国石化集团锦西炼油化工总厂生产），其主要性能为：灰分：0.26%；水分：0.38%；挥发份：0.49%；真密度：2.10g/cm³；粉末电阻率：380μΩ.m；硫含量：0.34%。

参见图1，本发明工艺按以下步骤进行：

a）、一次磨粉

将煅烧石油焦粗碎后，用气流粉碎机进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料。

b）、煤沥青的磨粉

将原料改质沥青在球磨机中快速磨粉，磨粉时间10分钟，然后用200目筛子进行过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用。

c）、改质沥青粉与焦粉骨料的混合

将改质沥青细粉与焦粉骨料按照以下比例一起投入到三维混合机里进行混合：按重量百分比计分别为：改质沥青细粉40%和焦粉骨料60%。混合时间0.5小时。

d）、混捏和凉料

将改质沥青粉与焦粉骨料的混合物投入到混捏锅里加热混捏，混捏时间2小时，温度160～240℃，混捏产生的糊料再投入凉料锅里进行凉料，待温度低于60℃时出锅。

e）、破碎和二次磨粉

冷却后的糊料先进行破碎，然后在冲击磨中进行二次磨粉制成二次粉，二次粉平均粒径20～45μm。

f）、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化

将二次粉装入橡胶模套进行等静压成型，成型好的坯体经过一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、石墨化等后续工艺，制成等静压石墨。

本实施例制备得到的静压石墨的理化性能见表2，其中，对比例是按照现有工艺制备得到的静压石墨的理化性能，对比例所使用物料与本实施例相同，工艺条件相同。

表2：

。

实施例3

煤沥青：采用中温改质沥青（山西宏特煤化工有限公司生产），其主要性能为：灰分：0.11%；挥发份55%；软化点98℃；甲苯不溶物含量29%；喹啉不溶物含量9%；结焦值57%。

骨料：采用煅烧沥青焦（上海宝钢化工有限公司生产），其主要性能为：灰分：0.22%；水分：0.13%；挥发份：0.44%；真密度：2.02g/cm³；粉末电阻率：584μΩ.m；硫含量：0.25%。

参见图1，本发明工艺按以下步骤进行：

a）、一次磨粉

将煅烧沥青焦粗碎后，用冲击磨进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料。

b）、煤沥青的磨粉

将原料中温改质沥青在球磨机中快速磨粉，磨粉时间5分钟，然后用200目筛子进行过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用。

c）、中温改质沥青粉与焦粉骨料的混合

将中温改质沥青细粉与焦粉骨料按照以下比例一起投入到三维混合机里进行混合：按重量百分比计分别为：中温改质沥青细粉33%和焦粉骨料77%。混合时间2小时。

d）、混捏和凉料

将中温改质沥青粉与焦粉骨料的混合物投入到混捏锅里加热混捏，混捏时间4小时，温度160～240℃，混捏产生的糊料再投入凉料锅里进行凉料，待温度低于60℃时出锅。

e）、破碎和二次磨粉

冷却后的糊料先进行破碎，然后在雷蒙磨中进行二次磨粉制成二次粉，二次粉平均粒径20～45μm。

f）、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化

将二次粉装入橡胶模套进行等静压成型，成型好的坯体经过一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧、二次浸渍、三次焙烧、石墨化等后续工艺，制成等静压石墨。

本实施例制备得到的静压石墨的理化性能见表3，其中，对比例是按照现有工艺制备得到的静压石墨的理化性能，对比例所使用物料与本实施例相同，工艺条件相同。

表3：

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种等静压石墨的制备方法，按先后次序包括以下工序：混捏和凉料、破碎和磨粉、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化，其特征在于，在混捏工序前，还包括以下步骤：

a）、一次磨粉

将煅烧后的石油焦或沥青焦经粗碎后，用雷蒙磨、冲击磨或气流粉碎机进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料；

b）、煤沥青的磨粉

将原料煤沥青在球磨机中快速磨粉，然后过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用；

c）、煤沥青粉与焦粉骨料的混合

将煤沥青粉与焦粉骨料按比例一起投入到三维混合机里进行混合。

2.根据权利要求1所述的等静压石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，磨粉为时间1～10分钟。

3.根据权利要求1所述的等静压石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，筛目度在200目以上。

4.根据权利要求1所述的等静压石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤c）中，煤沥青粉与焦粉骨料的重量比例分别为：煤沥青粉40～27%、焦粉骨料60～73%。

5.根据权利要求1所述的等静压石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤c）中，混合时间0.5～3小时。

6.根据权利要求1所述的等静压石墨的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤如下：

a）、一次磨粉

将煅烧后的石油焦或沥青焦经粗碎后，用雷蒙磨、冲击磨或气流粉碎机进行粉碎，制成平均粒径为10～15μm的焦粉，作为骨料；

b）、煤沥青的磨粉

将原料煤沥青在球磨机中快速磨粉，磨粉时间1～10分钟，然后用200目筛子进行过筛，筛上料继续投入球磨机回磨，筛下料留用；

c）、煤沥青粉与焦粉骨料的混合

将煤沥青粉与焦粉骨料按照重量百分比记分别为40～27%和60～73%的比例一起投入到三维混合机里进行混合，混合时间0.5～3小时；

d）、混捏和凉料

将煤沥青粉与焦粉骨料的混合物投入到混捏锅里加热混捏，混捏时间1～4小时，温度160～240℃，混捏产生的糊料再投入凉料锅里进行凉料，待温度低于60℃时出锅；

e）、破碎和二次磨粉

冷却后的糊料先进行破碎，然后在雷蒙磨或冲击磨中进行二次磨粉，二次磨粉平均粒径20～45μm；

f）、等静压成型、焙烧、浸渍和石墨化

将二次粉装入橡胶模套进行等静压成型，成型好的坯体经过焙烧、浸渍、石墨化等后续工艺后就制成了等静压石墨。

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