CN1048834A

CN1048834A - 碳素材料的制造方法

Info

Publication number: CN1048834A
Application number: CN 90105823
Authority: CN
Inventors: 郑渊; 谢雄伟; 郑惠芳
Original assignee: DONGXIN ELECTRIC CARBON FACTORY
Current assignee: DONGXIN ELECTRIC CARBON FACTORY
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1991-01-30

Abstract

本发明提供了一种高强度、高密度碳素材料的制造方法。应用这一方法不再需要多次浸渍沥青及多次焙烧，原料直接采用未经煅烧的延迟焦。

将挥发分含量为7～20％的延迟焦，经破碎、磨粉及添加焦油类成型剂后压制成型，在焦炭床中经 900℃以上温度碳化，再经2000～3000℃温度石墨化。碳化后产品的体积密度达1.70g/cm³，抗弯强度达55MPa以上。石墨化后的产品的体积密度达 1.90g/cm³，抗弯强度达52MPa以上。

Description

本专利介绍了一种高强度、高密度、低气孔率碳素材料的制造方法。

传统的碳素材料的制造方法是将经过煅烧的石油焦或沥青焦破碎并同粘结剂沥青混合，再经磨粉、压制、焙烧和石墨化而成为成品。一般一次焙烧产品的气孔率为20%以上，抗弯强度15～25MPa。为了实现高密度及高强度，人们将一次焙烧品经一次或多次沥青浸渍及再焙烧。应用这一工艺流程生产碳素材料周期长，能耗极高，但这一流程至今仍在工业上广泛采用。

在英国专利GB1496695、GB1492832和GB1464946说明书中介绍了一种不同粘结剂制造碳素材料的方法。该方法简单而产品性能优良。但其说明书指出，原材料必须是经过充分氧化或热聚合的沥青（文献上称为变质沥青），还指出任何一种工业石油焦均无自身烧结性。以上所述的变质沥青需专门制备，因此限制了这一方法的工业应用。

另外，在GB1585591说明书中提出了应用未经煅烧的工业延迟焦化石油焦为原料，加入少量水、醇作成型剂，经焙烧、石墨化成为高性能材料。此方法要求生焦的挥发分为7～10%（质量），如果生焦的挥发分太高还需特殊处理。成型中要求模壁光滑，配合紧密，否则压块会有裂纹。另外，大规格产品焙烧时成品率低，难于投入生产。

本专利提供了一种十分简单的工艺流程，生产高质量碳素材料。

本专利介绍的方法是以未经煅烧的延迟焦化石油焦或延迟焦化沥青焦为原料，经过破碎、磨粉及微粉碎。因为这种物料松脆、多孔，所以粉碎极为容易。上述物料可直接成型，经900℃以上温度碳化后的产品的体积密度为1.45g/Cm³，抗弯强度35MPa，再经2000～3000℃温度石墨化后的产品的体积密度为1.55g/Cm³，抗弯强度25MPa。如果在以上物料中加入10～60%（质量）焦油类物质作成型剂，可大大地提高压块强度和产品质量。经上述处理的较粗物料可在40～200MPa压力下成型，压坯在隔绝空气的焦碳床中加热到1000℃碳化。碳化时的升温速率为5～15℃/h，升温速率的高低由物料组成决定。用此法制造的碳化后的产品的体积密度达1.60g/Cm³以上，气孔率12%以下，抗弯强度35MPa以上，抗压强度90MPa以上，焙烧品不需浸渍沥青，而直接经2800℃温度石墨化，石墨化后的产品的体积密度达1.75g/Cm³以上，抗弯强度达27MPa以上，抗压强度70MPa以上，气孔率17%以下。

在上述方法中调整成型前粗细颗粒的配比能得到更为满意的结果。当细粒度组分的平均粒径为最大粒度组分平均粒径的十分之一时，细粒度组分同粗粒度组分的质量比为1∶3～1∶1时，材料性能有更大提高，碳化品的体积密度可达1.70g/Cm³，气孔率在1%以下，抗弯强度60MPa，抗压强度190MPa，石墨化后的体积密度1.90g/Cm³，气孔率0.5%，抗弯强度60MPa，抗压强度130MPa。

本专利介绍的方法中，当全部采用微粉作原料，压制前料粉平均粒径小于10μm时，碳化产品体积密度达1.70g/Cm³以上，气孔率达1%以下，抗弯强度120MPa，石墨化后的体积密度为2.0g/Cm³，气孔率0.5%以下，抗弯强度为110MPa。

根据本专利介绍的方法，在原料料粉中加入少量添加剂，可以改善产品的单项性能。如加入0.5～2%的石墨微粉，可明显降低其电阻系数。

按本专利的方法实施时，要注意如下问题：

（1）、原料为未经煅烧的工业延迟焦（俗称生焦），包括延迟焦化石油焦和延迟焦化沥青焦，焦碳的挥发分为7～20%（质量），最好选用13～18%（质量）的。

（2）、用粗、细颗粒配合的方法可制成高性能材料，一般地细粒度组分含量占固体物料总质量的25～50%。

（3）、与成型剂混合时，可加入适量稀释剂及表面活性剂，如水、醇、油酸等，以提高成型剂的铺展性，克服混合中的热效应。

（4）、成型剂一般选用固定碳低于10%的焦油类物质，如煤焦油、萘油、蒽油及乙烯底油等。

（5）、成型方法可采用等静压、模压、挤压及粉浆浇注等。

（6）、碳化应在惰性气氛的密闭条件下进行。

本专利所述的各项性能按下列方法测试：

固定碳、挥发分、水分、灰分按SY2871-77的方法测定;

体积密度、气孔率、抗弯强度、抗压强度、肖氏硬度、电阻系数按GB1994-80的方法测定。

实施例1

某厂生产的工业延迟焦化石油焦性能为：

水分 1.0%

灰分 1.0%

挥发分 14%

上述延迟焦经破碎、磨粉及添加煤焦油混合等，料粉的筛分结果为-320目占59%。将制备好的料粉装入90mm×72mm的钢模内，在室温、100MPa压力下成型，压块在惰性气氛的焦碳床中碳化，碳化温度达1000℃，升温速率为15℃/h。碳化后的产品再在惰性气氛中经2800℃温度石墨化，产品性能见表1。

表1

成型剂及其加入量	产品类型	抗弯强度MPa	抗压强度MPa	肖氏硬度	电阻系数μΩm	体积密度g/Cm³	气孔率％
								煤焦油20％	碳化	25	116	92	55	1.65	14
石墨化	24	55	60	18	1.74	17
							煤焦油25％		碳化	37	120	102	60	1.60	12
石墨化	27	70	65	24	1.73	16

实施例2

原料性能同实施例1，同时配入一定量的细粉，细粉平均粒径为3.2μm。上述物料径与实施例1相同的加工步骤。其中粗生焦粉占固体物料总质量的70%，细粉占30%。另外还加入固体物料总质量30%的煤焦油，产品性能见表2。

表2

产品类型	抗弯强度MPa	抗压强度MPa	肖氏硬度	电阻系数μΩm	体积密度g/Cm³	气孔率％
							碳化	60	190	110	40	1.70	1
石墨化	60	130	81	16	1.90	0.5

实施例3

原料性能同例1，全部原料生焦粉均采用平均粒径为3.2μm的细粉，其余加工步骤与实施例1相同。煤焦油添加量为固体物料总质量的50%。产品性能见表3。

表3

产品类型	抗弯强度MPa	抗压强度MPa	肖氏硬度	电阻系数μΩm	体积密度g/Cm³	气孔率％
							碳化	120	－	110	42	1.75	0.5
石墨化	110	－	90	10	2.0	0.5

用本专利所述的方法制造的碳素材料可用于制造轴承、密封环、填料环、活塞环、旋转泵叶片、流量计元件、阀门元件、真空涂膜机石墨舟皿、金属冶炼用坩埚、金属连续铸用结晶器内衬、金属压铸模、粉末冶金用舟皿、热压模以及电火花加工用石墨电极等，并能在航天、航空、原子能、化学等工业中广泛用作耐高温、耐腐蚀和耐辐照材料。

Claims

1、一种高强度、低气孔率碳素材料的制造方法，其特征包括：

(1)、以延迟焦化石油焦或延迟焦化沥青焦为原料，不经高温煅烧而直接应用，延迟焦挥发分含量为7～20%(质量)，

(2)以焦油类物质为成型剂，焦油类物质是指煤焦油、萘油、蒽油等，也可以同时添加稀释剂、活性剂，如水、醇、油酸等，

(3)、在900℃以上温度的惰性气氛或焦碳床中碳化成型了的延迟焦压块，

(4)、如果有必要可在2000～3000℃温度的惰性气氛中石墨化。

2、按照权利要求1的方法，并用粒径差别悬殊不同的组分按适当比例配合成压粉，经历权利要求1中各步骤制造碳素材料。

3、按照权利要求1的方法，使成型前颗粒的平均粒径达10μm或更小，经权利要求1中各步骤制造碳素材料。

4、按照权利要求1、2及3的方法，并在原料焦碳粉中添加少量添加剂，调节部分性能。