CN104016333A

CN104016333A - 一种等静压微晶石墨制品的制备方法

Info

Publication number: CN104016333A
Application number: CN201410221405.8A
Authority: CN
Inventors: 林前锋
Original assignee: Individual
Current assignee: Hunan Guosheng Graphite Technology Co Ltd
Priority date: 2014-05-25
Filing date: 2014-05-25
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-05-25
Also published as: CN104016333B

Abstract

本发明涉及一种等静压微晶石墨制品的制备方法。其各组分重量百分比如下：微晶石墨35～50%，人造石墨10～25%，电煅沥青焦10～25%，改质煤沥青30～40%。通过原料预处理、配料、混捏、轧片、破碎制粉、预成型、等静压成型、焙烧、浸渍、高温热处理等工艺步骤得到制品。本发明的独特之处在于使用天然微晶石墨作为主要骨料，可合理利用资源，且产品无须经过2500℃以上高温石墨化热处理，因此可缩短制备周期，大幅度降低能源消耗。通过本发明技术制备的等静压微晶石墨制品，具有体积密度、机械强度高，电阻率低，结构精细致密，各向同性等优异性质。

Description

一种等静压微晶石墨制品的制备方法

技术领域

本发明涉及微晶石墨深加工领域，具体涉及一种等静压微晶石墨制品的制备方法。

技术背景

等静压石墨材料具有体积密度高、机械强度高、导电导热性能好、耐高温、耐腐蚀和各项同性等诸多优良特性，是制造单晶炉、金属连铸石墨结晶器、电火花加工用石墨电极等不可替代的材料，更是制造火箭喷嘴、核反应堆减速材料和反射材料的绝好材料，在尖端工业和国防科技等领域占有重要的地位。

目前，等静压石墨的生产主要是采用超细二次焦粉和中间相炭微球等原材料以获得较好的各向特性，同时为了达到所需的导电性能等指标必须经过2500℃以上的高温石墨化热处理，导致生产流程长，能耗高、成本高。

微晶石墨是一种晶体直径小于1微米的随机取向的石墨微晶集合体，具有各向同性的特点。我国微晶石墨矿产资源丰富，湖南郴州出产的微晶石墨石墨化度达90%以上，导电性良好，经纯化并超细磨粉后是一种制造等静压石墨制品的理想原料。由于微晶石墨本身石墨化程度较高，采用其为原料制造等静压石墨制品时，可不用进行2500℃以上的高温石墨化热处理，因此可缩短制备周期，大幅度降低能源消耗，同时也为拓宽微晶石墨的应用领域，提高产品附加值开辟了新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种等静压微晶石墨制品的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种等静压微晶石墨制品的制备方法，所用的生产原料组分包括微晶石墨、人造石墨、电煅沥青焦、改质煤沥青；其中各组分的质量百分比为：微晶石墨35～50%，人造石墨10～25%，电煅沥青焦10～25%，改质煤沥青30～40%；其制备方法主要包括以下步骤：

a）、原料预处理

分别将微晶石墨、人造石墨、电煅沥青焦粗碎后，用气流粉碎机粉碎，制成平均粒径为3～10μm的超细粉，作为骨料备用；将改质煤沥青加热到温度160～180℃，充分熔化；

b）、配料

取磨粉后的微晶石墨、人造石墨和电煅沥青焦以及改质煤沥青按照上述的重量百分比称重；

c）、混捏

常压下将称重好的骨料投入强力混捏锅中干混15～30min，然后加入已完全熔化的改质煤沥青进行混捏，混捏温度150～180℃，混捏时间0.5～3.0h；得到糊料；

d）、轧片

将混捏好的糊料趁热轧片，轧片温度130～170℃，轧片厚度0.5～3mm，轧片次数3～10次；

e）、破碎制粉

将轧片后的糊料冷却后，先进行破碎，然后进行磨粉，并过100～200目筛，制得压粉；

f）、预成型

在压粉中加入按压粉重量百分比0.5～2.0%的油酸或硬脂酸，搅拌混匀，然后装入钢制模具中，在15～25MPa压力条件下预成型；

g）、等静压成型

将预成型的坯体装入橡胶模具中后进行抽真空，真空度10000～25000Pa，然后放入冷等静压机中，在100～300MPa压力下等静压成型，保压10～30min后脱模，制得生坯；

h）、焙烧、浸渍

将生坯装入焙烧炉中，在氮气保护下，以1～20℃/h的升温速度升温至900～1200℃，完成第一次焙烧；等焙烧后的坯体自然冷却后，放入浸渍罐中，在温度为200～260℃、压力为2.0～4.0MPa条件下，用中温煤沥青浸渍3～6h，完成第一次浸渍；将第一次浸渍后的坯体，又装入焙烧炉中，以1～20℃/h的升温速度进行第二次焙烧，焙烧温度800～1000℃；第二次焙烧后的坯体自然冷却后，又放入浸渍罐中，在温度为260～320℃、压力为2.0～4.0MPa条件下，用高温煤沥青浸渍3～6h，以此完成第二次浸渍；

i）、高温热处理

将第二次浸渍后的坯体放入高温炉中，先以1～20℃/h的升温速度升温至800～1000℃，再在氩气或氦气保护下，以100～200℃/h的升温速度继续升温至1600～2000℃，恒温1～3h，自然冷却出炉后既得等静压微晶石墨制品。

所述微晶石墨为天然微晶石墨，灰分含量≤1.0%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.20g/cm³，粉末电阻率≤150μΩ·m。

所述的人造石墨灰分含量≤0.3%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.20g/cm³，粉末电阻率≤90μΩ·m。

所述的电煅沥青焦灰分含量≤0.3%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.15g/cm³，粉末电阻率≤200μΩ·m。

为了清楚地表述本发明的保护范围，本发明对一些术语进行如下界定：

所述的真密度是指材料单位真体积(不含孔隙和颗粒间空隙)的质量；本发明采用GB/T 24203-2009测试真密度。

所述的粉末电阻率是用来表示各种颗粒料电阻特性的物理量，将待测颗粒料置于一个圆柱形的上部和底部带有两个电极片的试样筒中，在试样两端施加一定的压力，确保试样与电极片接触良好并通上直流电流，测出颗粒柱的电压降和颗粒柱的高度，计算出粉末电阻率值；本发明采用YS/T 587.6-2006测试粉末电阻率，试样颗粒0.5～1.0mm，测试压力3MPa，测试电流500mA。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用天然微晶石墨为主要原料，与目前国际上普遍采用中间相炭微球、二次焦为原料相比，具有原料充足、原料性能稳定等优点，并可合理利用微晶石墨矿产资源；

2、微晶石墨具有石墨化程度高、导电性好等优点，采用微晶石墨为主要原料制造等静压石墨可不用进行2500℃以上的高温石墨化热处理，因此可缩短制造周期，大幅度降低能源消耗；

3、微晶石墨晶体直径小于1微米，具有各向同性的特点，采用平均粒径为3～10μm的超细微晶石墨粉为主要原料制备等静压石墨，制得的成品具有结构精细致密、各向同性、机械强度高、均匀性好等优异性质。

附图说明

图1为本发明生产工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细描述，但本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不局限于以下所述，凡是依据本发明技术原理所作的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

实施例1

在本实施例中，粘结剂为改质煤沥青，其主要性能指标为：软化点103℃；甲苯不溶物28.6%；喹啉不溶物9.0%；挥发分54.2%；结焦值55.7%；

浸渍剂为中温煤沥青以及高温煤沥青，其主要性能指标如下：

中温煤沥青：软化点85℃；甲苯不溶物24.4%；喹啉不溶物7.6%；挥发分58.3%；结焦值52.6%；高温煤沥青：软化点112℃；甲苯不溶物30.2%；喹啉不溶物8.4%；挥发分53.3%；结焦值56.9%；

骨料为微晶石墨、人造石墨以及电煅沥青焦，其主要性能指标如下：

微晶石墨：灰分0.32%；硫含量0.05%；真密度2.22g/cm³；粉末电阻率120μΩ·m；

人造石墨：灰分0.08%；硫含量0.02%；真密度2.24g/cm³；粉末电阻率76μΩ·m；

电煅沥青焦：灰分0.28%；硫含量0.06%；真密度2.18g/cm³；粉末电阻率160μΩ·m。

参见图1，本发明生产工艺按以下步骤进行：

a）、原料预处理

b）、配料

取磨粉后的微晶石墨、人造石墨和电煅沥青焦以及改质煤沥青按照微晶石墨50%、人造石墨10%、电煅沥青焦10%、改质煤沥青30%的重量百分比称重配比；

c）、混捏

常压下将称重好的骨料投入强力混捏锅中干混15min，然后加入已完全熔化的改质煤沥青进行混捏，混捏温度170℃，混捏时间2.0h；得到糊料；

d）、轧片：将混捏好的糊料趁热轧片，轧片温度160℃，轧片厚度1mm，轧片次数5次。

e）、破碎制粉

将轧片后的糊料冷却后，先进行破碎，然后进行磨粉，并过100目筛，制得压粉；

f）、预成型

在压粉中加入按压粉重量百分比1.5%的油酸，搅拌混匀，然后装入钢制模具中，在15MPa压力条件下预成型；

g）、等静压成型

将预成型的坯体装入橡胶模具中后进行抽真空，真空度10000～25000Pa，然后放入冷等静压机中，在200MPa压力下等静压成型，保压10min后脱模，制得生坯；

h）、焙烧、浸渍

将生坯装入焙烧炉中，在氮气保护下，以10℃/h的升温速度升温至1100℃，完成第一次焙烧；等焙烧后的坯体自然冷却后，放入浸渍罐中，在温度为250℃、压力为4.0MPa条件下，用中温煤沥青浸渍4h，完成第一次浸渍；将第一次浸渍后的坯体，又装入焙烧炉中，以15℃/h的升温速度进行第二次焙烧，焙烧温度900℃；第二次焙烧后的坯体自然冷却后，又放入浸渍罐中，在温度为320℃、压力为4.0MPa条件下，用高温煤沥青浸渍4h，以此完成第二次浸渍；

i）、高温热处理

将第二次浸渍后的坯体先以15℃/h的升温速度升温至900℃，再在氩气保护下，以120℃/h的升温速度升温至2000℃，恒温1h，自然冷却出炉后既得等静压微晶石墨制品。

本实施例制备的等静压微晶石墨制品的理化性能见表1。

表1：

实施例2

在本实施例中，粘结剂为改质煤沥青，其主要性能指标为：软化点98℃；甲苯不溶物29.3%；喹啉不溶物8.5%；挥发分54.8%；结焦值56.3%。

中温煤沥青：软化点80℃；甲苯不溶物22.7%；喹啉不溶物6.8%；挥发分58.3%；结焦值53.1%；

高温煤沥青：软化点108℃；甲苯不溶物28.2%；喹啉不溶物8.9%；挥发分54.1%；结焦值57.4%。

骨料为微晶石墨、人造石墨以及电煅沥青焦，其主要性能指标为如下：

微晶石墨：灰分0.06%；硫含量0.03%；真密度2.24g/cm³；粉末电阻率92μΩ·m；

人造石墨：灰分0.11%；硫含量0.04%；真密度2.22g/cm³；粉末电阻率78μΩ·m；

电煅沥青焦：灰分0.25%；硫含量0.06%；真密度2.19g/cm³；粉末电阻率146μΩ·m。

参见图1，本发明生产工艺按以下步骤进行：

a）、原料预处理

b）、配料

取磨粉后的微晶石墨、人造石墨和电煅沥青焦以及改质煤沥青按照微晶石墨35%、人造石墨15%、电煅沥青焦18%、改质煤沥青32%的重量百分比称重配比。

c）、混捏

e）、破碎制粉

f）、预成型

g）、等静压成型

h）、焙烧、浸渍

i）、高温热处理

将第二次浸渍后的坯体先以15℃/h的升温速度升温至900℃，再在氩气保护下，以100℃/h的升温速度升温至1800℃，恒温1h，自然冷却出炉后既得等静压微晶石墨制品。

本实施例制备的等静压微晶石墨制品的理化性能见表2。

表2：

Claims

1.一种等静压微晶石墨制品的制备方法，所用的生产原料组分包括微晶石墨、人造石墨、电煅沥青焦、改质煤沥青；其中各组分的质量百分比为：微晶石墨35～50%，人造石墨10～25%，电煅沥青焦10～25%，改质煤沥青30～40%；其特征在于制备方法主要包括以下步骤：

a）、原料预处理

b）、配料

c）、混捏

d）、轧片

e）、破碎制粉

f）、预成型

g）、等静压成型

h）、焙烧、浸渍

i）、高温热处理

2.根据权利要求1所述的一种等静压微晶石墨制品的制备方法，其特征在于，所述微晶石墨为天然微晶石墨，灰分≤1.0%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.20g/cm³，粉末电阻率≤150μΩ·m。

3.根据权利要求1所述的一种等静压微晶石墨制品的制备方法，其特征在于，所述人造石墨的灰分≤0.3%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.20g/cm³，粉末电阻率≤90μΩ·m。

4.根据权利要求1所述的一种等静压微晶石墨制品的制备方法，其特征在于，所述电煅沥青焦的灰分≤0.3%，硫含量≤0.1%，真密度≥2.15g/cm³，粉末电阻率≤200μΩ·m。