CN105294105B - 一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 - Google Patents
一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105294105B CN105294105B CN201510876836.2A CN201510876836A CN105294105B CN 105294105 B CN105294105 B CN 105294105B CN 201510876836 A CN201510876836 A CN 201510876836A CN 105294105 B CN105294105 B CN 105294105B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron carbide
- graphite
- carbon
- phenolic resin
- graphite composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 66
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 42
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 14
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 16
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 16
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 13
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012237 artificial material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法。将不同粒度分布的碳化硼粉末、石墨粉末与无水乙醇、酚醛树脂充分混合，造粒，通过多次预成型及一次终成型的方法，提高成型坯体的密度。将成型坯体放入真空气氛烧结炉中充入氮气、氩气或氦气的一种与甲烷、乙烯或丙烷的一种混合气体进行增强烧结。利用酚醛树脂与碳化硼粉末、石墨粉末的充分混合，使得碳化硼颗粒与石墨粉末的颗粒表面形成一定厚度的酚醛树脂膜，通过压力及固化实现酚醛树脂将碳化硼粉末颗粒、石墨粉末颗粒初步结合,然后坯体通过高温烧结，使酚醛树脂转变为碳连接，充入气体也转变为碳，渗入到坯体孔洞中，实现对坯体进一步的致密化和增强。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，属于高性能结构及功能材料领域，属于核防护及控制材料技术领域。
背景技术
碳化硼材料为非金属，难熔、极难烧结的化合物，其硬度仅次于金刚石及立方氮化硼的超硬人造材料之一。碳化硼材料具有密度低、高硬度、化学稳定性好、高耐磨损、高耐热冲击、高的热中子吸收等性能，在现代制造、核能、国防军工、冶金、精细化工等领域得以广泛的应用。石墨是碳质元素结晶矿物，是碳的同素异形体，熔点高，导电性能优良、导热性好。热膨胀系数低、具有润滑性，慢化中子特性，主要应用于核能领域中的密封材料、反应堆堆心结构材料、原子能反应堆中的减速材料、电池电极等。
随着现代科学技术的发展，特别是第四代先进核反应堆的研究开发，需要将反应堆中的中子慢化减速、并且吸收掉，在整个过程中不能产生二次污染，达到清洁、可靠地控制核裂变速度和反应堆停堆的需求，本发明制备的碳结合碳化硼、石墨复合材料完全能够满足这种需求，而且具有成本低、稳定性和可靠性高的特点。
尽管国内外对碳化硼、石墨复合材料制备技术做过较多的研究，但是性能的可靠性、产业化的可行性都存在大量的问题，特别是碳结合碳化硼、石墨复合材料制备技术方面。
发明内容
本发明针对国内对制备碳化硼、石墨复合材料难题和碳结合技术，提供一种碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法。其原理是基于碳化硼与石墨极难结合，特别是这种复合材料中不允许有除碳化硼、碳以外的其它元素，所以只能采用多种碳的同素异形体作为结合剂，为碳化硼、石墨复合材料的制备带来了难度。
本发明的技术方案是这样实现的：一种碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，步骤如下：1）将酚醛树脂、碳化硼粉末、石墨粉末与无水乙醇按比例混合,在造粒设备中进行造粒；2）坯体多次成型：将造粒料添加到模具中进行多次坯体成型，成型的顺序是先常压成型，后真空环境下加压成型；3）气氛烧结：将成型坯体放入气氛烧结炉中，进行气氛烧结，实现碳结合和增强。
进一步地，配方为：酚醛树脂10～25%，碳化硼粉末5～30%，石墨粉末60-85%，无水乙醇加入量为（碳化硼粉末重量+石墨粉末的重量）的1.5～2.5倍。
进一步的造粒方法为：混合后的料浆通过专用造粒机造粒后，得到流动性很好的碳化硼粉末、石墨粉末、酚醛树脂分布均匀呈球体形状的造粒料，造粒料的颗粒粒径≤600μm。
进一步地，坯体多次成型方法为：造粒料在模具中进行不同环境下的多次成型，其顺序为：先是在常压环境下进行预成型，成型压力为30～70MPa；然后在真空度为≤150Pa的真空环境下、成型压力为200～300MPa成型。
进一步地，气氛烧结技术为：升温过程中氮气、氩气或氦气的一种以10～15L/min的流量在炉内流动，气氛烧结时充入氮气、氩气或氦气的一种与甲烷、乙烯或丙烷的一种质量比例为1.5～2.5/1的混合气体，气氛烧结的温度为850～1300℃，保温保压10～15h。
进一步地，碳化硼粉末的“10硼”同位素的丰度为≥19.6%；石墨粉末的纯度≥99.8%、颗粒尺寸≤120um。
进一步地，采用该发明制备的碳结合碳化硼、石墨复合材料的体积密度≥1.87g/cm3、抗压强度≥55MPa、导热系数≥35W/M·℃。
本发明的有益效果为：本发明一方面是利用酚醛树脂、多种含碳气体经过温度、压力的作用下形成多种碳的同素异形体，将碳化硼粉末、石墨粉末牢固地结合在一起；另一方面采用不同环境下的多次成型，提高材料的成型密度，达到提高产品性能的目的。通过该方法制备的碳结合碳化硼、石墨复合材料的体积密度≥1.87g/cm3、抗压强度≥55MPa、导热系数≥35W/M·℃。是用于中子减速、吸收及控制裂变速度、屏蔽中子的理想材料。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步解释说明。
实例1：将碳化硼粉末粒度分布为D3≤45μm、D50=10±1.0μm、D94≥1.3μm，重量为7%，石墨粉末粒度分布为D0≤100μm,重量为80%，酚醛树脂重量为13%，加入碳化硼和石墨总重量2倍的无水乙醇，充分混合。通过专用造粒机造粒处理后，制备出碳化硼、石墨、酚醛树脂团聚体呈球形的造粒料，造粒料的颗粒粒径≤600μm。然后采用坯体多次成型方法，将造粒料在模具中进行不同环境下的多次成型，其顺序为：先是在常压环境下进行预成型，成型压力为30～70MPa；然后在真空度为≤150Pa的真空环境下、成型压力为200～300MPa成型，得到圆柱形坯体。然后采用气氛烧结，升温过程中氮气、氩气或氦气的一种以10～15L/min的流量在炉内流动，气氛烧结时充入氮气、氩气或氦气的一种与甲烷、乙烯或丙烷的一种质量比例为1.5～2.5/1的混合气体，气氛烧结的温度为850～1300℃，保温保压10～15h，烧结完毕后，自然降温冷却。
实例2：将碳化硼粉末粒度分布为D3≤30μm、D50=7±0.8μm、D94≥1.0μm，重量为27%，石墨粉末粒度分布为D0≤80μm,重量为63%，酚醛树脂重量为10%，加入碳化硼和石墨总重量1.8倍的无水乙醇，充分混合。通过专用造粒机造粒处理后，制备出碳化硼、石墨、酚醛树脂团聚体呈球形的造粒料，造粒料的颗粒粒径≤400μm。然后采用坯体多次成型方法，将造粒料在模具中进行不同环境下的多次成型，其顺序为：先是在常压环境下进行预成型，成型压力为30～70MPa；然后在真空度为≤150Pa的真空环境下、成型压力为200～300MPa成型，得到圆柱形坯体。然后采用气氛烧结，升温过程中氮气、氩气或氦气的一种以10～15L/min的流量在炉内流动，气氛烧结时充入氮气、氩气或氦气的一种与甲烷、乙烯或丙烷的一种质量比例为1.5～2.5/1的混合气体，气氛烧结的温度为850～1300℃，保温保压10～15h，烧结完毕后，自然降温冷却。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，其特征在于，步骤如下：
1）将酚醛树脂、碳化硼粉末、石墨粉末与无水乙醇按比例混合,造粒；
2）将造粒料添加到模具中进行多次坯体成型，成型的顺序是先常压成型，后真空环境下加压成型；
3）将成型坯体放入气氛烧结炉中，进行气氛烧结，以实现碳结合和增强；所述原料的配方为：酚醛树脂10～25%，碳化硼粉末5～30%，石墨粉末60～85%，无水乙醇加入量为碳化硼和石墨重量的1.5～2.5倍。
2.根据权利要求1所述的碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，其特征在于，造粒料的颗粒粒径≤600μm。
3.根据权利要求1所述的碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，其特征在于，造粒料在模具中进行不同环境下的多次成型，其顺序为：先是在常压环境下进行预成型，成型压力为30～70MPa；然后在真空度为≤150Pa的真空环境下成型，成型压力为200～300MPa。
4.根据权利要求3所述的碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，其特征在于，气氛烧结升温过程中氮气、氩气或氦气的一种以10～15L/min的流量在炉内流动，气氛烧结时充入氮气、氩气或氦气的一种与甲烷、乙烯或丙烷的一种质量比例为1.5～2.5：1的混合气体，气氛烧结的温度为850～1300℃，保温保压10～15h，烧结完毕后，泄压、关闭气体、加热电源、循环水，自然降温冷却。
5.根据权利要求1所述的碳结合碳化硼、石墨复合材料制备方法，其特征在于，所述碳化硼粉末的“10硼”同位素的丰度为≥19.6%；石墨粉末的纯度≥99.8%、颗粒尺寸≤120um。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510876836.2A CN105294105B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510876836.2A CN105294105B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105294105A CN105294105A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105294105B true CN105294105B (zh) | 2017-05-24 |
Family
ID=55192043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510876836.2A Active CN105294105B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105294105B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108083802A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-05-29 | 武汉钢铁集团耐火材料有限责任公司 | 复合石墨颗粒及其制备方法 |
| WO2021162424A1 (ko) * | 2020-02-12 | 2021-08-19 | 에스케이씨솔믹스 주식회사 | 세라믹 부품 및 이를 포함하는 플라즈마 식각장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2751998A1 (de) * | 1977-11-22 | 1979-05-23 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Verfahren zur herstellung von polykristallinen dichten formkoerpern aus borcarbid durch drucklose sinterung |
| CN104628387A (zh) * | 2015-02-07 | 2015-05-20 | 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 | 一种异型碳化硼陶瓷喷砂嘴的制备方法 |
-
2015
- 2015-12-03 CN CN201510876836.2A patent/CN105294105B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105294105A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104017313B (zh) | 一种类石墨型氮化碳/聚偏氟乙烯复合材料及其制备方法 | |
| CN111334258B (zh) | 一种熔盐相变蓄热元件及其制备方法 | |
| CN101935037B (zh) | 一种核石墨材料组合及预处理方法 | |
| CN111362698A (zh) | 一种新型各向同性核级石墨材料及其制备方法 | |
| CN101721972B (zh) | 一种对co2具有大吸附容量的球形活性炭的制备方法 | |
| CN105294105B (zh) | 一种碳结合碳化硼、石墨复合材料的制备方法 | |
| CN107010960A (zh) | 一种铀基三元碳化物的制备方法及其应用 | |
| CN102757223A (zh) | 一种稀土硼化物/碳化硼复合中子吸收材料及其制备方法 | |
| CN109903868A (zh) | 一种uc燃料芯块的制备方法 | |
| WO2019037688A1 (zh) | 碳化铀芯块及其制备方法、燃料棒 | |
| CN105499582A (zh) | 一种高硼含量的硼不锈钢的制备方法 | |
| CN114213128A (zh) | 一种等静压成型制氟碳阳极板的制备方法 | |
| CN106342335B (zh) | 一种c-b4c中子吸收球及其制备方法 | |
| CN102086036A (zh) | 连续化生产纳米碳球的工艺方法及装置 | |
| CN111454693B (zh) | 一种利用酚醛树脂提高熔盐相变储热材料强度的方法 | |
| CN112694330A (zh) | 一种二氧化铀-石墨烯复合燃料芯块的制备方法 | |
| CN105254303B (zh) | 一种多梯度密度碳化硼陶瓷制备方法 | |
| CN115322516A (zh) | 一种高性能燃料电池双极板基材及其制备方法 | |
| CN102432295A (zh) | 一种陶瓷基中子吸收球及制备方法 | |
| CN108447576B (zh) | 一种max相改进型二氧化铀芯块的制备方法 | |
| CN110828001B (zh) | 一种提高铀装量的热导率改进型二氧化铀基燃料芯块及其制备方法 | |
| CN102603300A (zh) | 高温气冷堆用炭砖及其制备方法 | |
| CN106521275A (zh) | 一种碳质镁基复合储氢材料及其制备方法 | |
| CN113307265A (zh) | 高温气冷堆用高性能微晶石墨粉体材料及其制备方法 | |
| CN107382321B (zh) | 一种超细碳化锆粉体及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 116450, Begonia Street, 58 Garden Economic Zone, Dalian, Liaoning, Liaoning, Dalian Applicant after: DALIAN JINMA BORON SCIENCE AND TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. Address before: 116000, Begonia Road, 58 Garden Economic Zone, Dalian, Liaoning Applicant before: Dalian Jinma Boron Technology Group Co.,Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190305 Granted publication date: 20170524 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20220305 Granted publication date: 20170524 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20220305 Granted publication date: 20170524 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20220905 Granted publication date: 20170524 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20220905 Granted publication date: 20170524 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20230305 Granted publication date: 20170524 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20230305 Granted publication date: 20170524 |
|
| PP01 | Preservation of patent right |