CN106673657A - 特种碳材料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特种碳材料及其制作方法。所述特种碳材料的制作方法包括：包括将两种以上原料混捏、破碎和石墨化处理的操作，其中至少一种原料包括沥青，至少另一种原料包括骨料；并且在进行所述石墨化处理前，于至少一种原料和/或至少一反应中间物中引入石墨烯。本发明提供的特种碳材料具有密度低，抗折强度高，电导率及耐磨性优良等特点，同时其制备工艺简单，能耗低，适于大规模生产。

Description

特种碳材料及其制作方法
技术领域
本发明具体涉及一种特种碳材料及其制作方法，属于材料科学领域。
背景技术
特种碳材料因具有区别于普通碳材料的特异性能而受到越来越多的关注。例如，炭石墨材料作为一种常用的特种碳材料具有自润滑、高导热率、低线膨胀系数、高耐热性等特性而被广泛用于机械、电子、光电、冶金、航天航空、化工、核工业等多个领域。
然而，目前的炭石墨材料在使用中通常还存在抗折、抗冲击性能及降低微裂纹扩展的能力不足等缺点，并且即使在现有炭石墨材料的制备工序中采用繁复、高能耗及高成本的复浸复焙操作，也仅能使其满足常规物理和力学性能，抗压、抗折强度偏低，体积密度偏大。而且现有炭石墨材料还存在电导率低、耐磨性差等缺陷。因而，现有炭石墨材料已经难以满足当前实际应用的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种特种碳材料及其制作方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种特种碳材料的制作方法，包括将两种以上原料混捏、破碎和石墨化处理的操作，其中至少一种原料包括沥青，至少另一种原料包括骨料；并且在进行所述石墨化处理前，于至少一种原料和/或至少一反应中间物中引入石墨烯。
在一些实施方案中，所述的制作方法包括：在至少一种原料中混入石墨烯，之后将该至少一种原料与至少另一种原料混捏。
在一些实施方案中，所述的制作方法亦可包括：将两种以上原料与石墨烯混捏。
在一些实施方案中，所述的制作方法还可包括：将两种以上原料混捏、破碎并加工为生坯料，再对所述生坯料进行焙烧并在包含石墨烯的浸渍物中浸渍，从而在引入石墨烯，之后进行石墨化处理。
本发明实施例还提供了由前述的任一种方法制备的特种碳材料。
较之现有技术，本发明提供的特种碳材料的密度低，抗折强度明显提升，电导率及耐磨性也得到显著改善，同时其制备工艺简单，能耗低，适于大规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例2中所获的一种典型特种碳材料经磨损测试后，磨损面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，如下将结合附图及实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种特种碳材料的制作方法包括将两种以上原料混捏、破碎和石墨化处理的操作，其中至少一种原料包括沥青，至少另一种原料包括骨料；并且，所述制作方法还包括：在进行所述石墨化处理前，于至少一种原料和/或至少一反应中间物中引入石墨烯。
前述反应中间物的可被定义为：由多个元反应步骤构成的复杂反应在进行过程中，系统中会出现的一种或数种物质，它们在只表达反应初态(反应物)和反应终态(产物)种类及其计量关系的反应方程式中并不出现。在本发明中，所述的反应中间物可以是下文述及的石墨烯复合沥青、混合骨料、初坯料等在制备工艺中出现且有别于原料和产物的物质。
在一些实施方案中，所述的制作方法具体包括：在至少一种原料中混入石墨烯，之后将该至少一种原料与至少另一种原料混捏。
在一些实施方案中，所述的制作方法具体包括：将两种以上原料与石墨烯混捏。
在一些较佳的具体实施方案中，所述的制作方法包括：将石墨烯与沥青混合形成石墨烯复合沥青，之后将所述石墨烯复合沥青与该至少另一种原料进行混捏。
在一些更为具体的实施方案中，所述的制作方法包括：将石墨烯与沥青在温度为100～180℃(优选为100～160℃)的条件下以50～500r/min(优选为100～300r/min)的搅拌速度搅拌30～60min(优选为40～50min)，形成石墨烯复合沥青。
进一步的，在前述的这些具体实施方案中，所述石墨烯与沥青的质量比优选为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(40～60)。
进一步的，在一些更为具体的较佳实施方案中，所述的制作方法包括：将所述石墨烯复合沥青与骨料及石墨烯混捏。
尤为优选的，所述的制作方法还可包括：将所述石墨烯复合沥青与骨料及石墨烯复合树脂混捏。
进一步的，在前述的这些具体实施方案中，所述石墨烯复合树脂所含石墨烯与树脂的质量比优选为(30～50)：(2～6)，尤其优选为(30～40)：(2～4)。
进一步的，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，在前述的这些具体实施方案中，所述骨料、石墨烯复合树脂与石墨烯复合沥青的质量比优选为(80～110)：(0.5～2)：(20～50)，尤其优选为(80～90)：(0.5～1)：(20～30)。
在一些实施方案中，所述的制作方法具体包括：将两种以上原料混捏、破碎后，再进行成型处理，制得生坯料。
进一步的，在前述的这些实施方案中，所述成型处理的条件包括：成型压力为1～10Mpa(4～6Mpa)、保压2～10min(优选为3～10min)。
进一步的，所述成型处理包括挤压成型、模压成型、等静压成型中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些实施方案中，所述的制作方法具体包括：将两种以上原料混捏、破碎并加工为生坯料，再对所述生坯料进行焙烧，之后进行石墨化处理。
在一些较佳的具体实施方案中，所述的制作方法还可包括：将所述生坯料焙烧并在包含石墨烯的浸渍物中浸渍，之后进行石墨化处理。
在一些更为具体的较佳实施方案中，所述的制作方法包括：对所述生坯料交替重复进行焙烧、浸渍处理，之后进行石墨化处理。例如，可以将所述生坯料焙烧以及在包含石墨烯的浸渍物中浸渍，并往复所述焙烧操作和浸渍操作(优选为1～3次)，之后进行石墨化处理，制得所述特种碳材料。
进一步的，在前述的这些实施方案中，所述焙烧的温度优选为1100～1200℃。
进一步的，在一些较佳的具体实施方案中，所述焙烧具体包括：将所述生坯料以3～10℃/h(优选为5～8℃/h)升温至200～350℃(优选为250～300℃)；以1.5～6℃/h(优选为1.5～3℃/h)升温至400～500℃(优选为400～450℃)；以1～3℃/h(优选为1～2℃/h)升温至600～800℃(优选为600～700℃)；以3～5℃/h(优选3～4℃/h)升温至1100～1200℃(优选为1100～1150℃)并保温0.5h～24h(例如优选为0.5h～2h)；以10～20℃/h(优选为10～15℃/h)降至室温。
进一步的，在前述的这些实施方案中，所述浸渍物包括石墨烯复合焦油、石墨烯复合树脂或所述石墨烯复合沥青中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步的，在前述的这些实施方案中，所述浸渍的条件包括：浸渍温度为110～250℃(优选为120～200℃)，压力为1～3MPa(优选为1～2MPa)、保压时间为30～90min(优选为30～60min)。
在一些较为具体的实施方案中，所述石墨烯复合焦油中的焦油优选包括煤焦油。
进一步的，在这些较为具体的实施方案中，所述石墨烯复合焦油所含石墨烯与煤焦油的质量比优选为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(30～60)。
在一些较为具体的实施方案中，所述石墨烯复合树脂中的树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述石墨烯复合树脂所含石墨烯和树脂的质量比优选为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(30～60)。
进一步的，在前述的实施方案中，所述混捏处理的条件包括：混捏温度为110～180℃(优选为110～150℃)，混捏时间为30～60min(优选为30～40min)。
进一步的，在前述的实施方案中，经过所述破碎处理形成的颗粒粒径D50优选为3μm～15μm，尤其优选为3μm～7μm。
进一步的，在前述的实施方案中，所述石墨化处理的条件包括：石墨化温度优选为2200～3000℃(尤其优选为2500～2800℃)，保温时间优选为12～32h(尤其优选为12～24h)。
进一步的，在前述的实施方案中，所述石墨烯包括磺化石墨烯、氧化石墨烯、机械剥离石墨烯、还原石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，在前述的实施方案中，所述石墨烯的片径尺寸优选为0.5μm～500μm(尤其优选为5μm～50μm，更优选为10μm～20μm)，层数为1～20层(尤其优选为1～10层，更优选为1～5层)。
进一步的，在前述的实施方案中，所述沥青包括煤沥青、石油沥青和天然沥青中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，在前述的实施方案中，所述的骨料包括石墨粉、焦炭粉和炭黑中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
例如，在一些较为具体的实施方案中，所述骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比优选为(1～9)：(1～5)：(1～5)，尤其优选为(1～5)：(1～3)：(1～3)。
进一步的，所述石墨粉包括人造石墨粉、天然石墨粉、膨胀石墨粉中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
优选的，所述焦炭粉包括石油焦、沥青焦、针状焦中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
优选的，所述炭黑包括灯黑、气黑、炉黑和槽黑中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
在本发明的一较为具体的实施案例中，一种特种碳材料的制作方法可以包括如下步骤：
(1)将石墨烯与沥青混合形成石墨烯复合沥青；
(2)将所述石墨烯复合沥青与骨料及石墨烯进行前述的混捏、破碎处理，形成混合骨料；
(3)将所述混合骨料制成生坯料；
(4)将所述生坯料焙烧以及在包含石墨烯的浸渍物中浸渍，并往复所述焙烧操作和浸渍操作一次以上(例如交替重复1～3次)，之后进行石墨化处理，制得所述特种碳材料。
进一步的，步骤(2)具体可以包括：将所述石墨烯复合沥青与骨料、石墨烯复合树脂进行前述的混捏、破碎处理，形成混合骨料。
进一步的，步骤(3)具体可以包括：对所述混合骨料进行前述的成型处理，制得所述生坯料。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种特种碳材料，其可由前述方法制备形成。
进一步的，所述特种碳材料的密度为1.86～2.1g/cm3，抗折强度为30～45MPa，电导率为500～600s/cm，耐磨性0.1～0.2mm/50h。此优良的强度、导电及耐磨性可以广泛用于机械、电子、光电、冶金、航天航空、化工、核工业等多个领域。
以下结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯与沥青共同混合、搅拌后得到石墨烯复合沥青；
(2)将骨料、石墨烯与步骤(1)所获的石墨烯复合沥青混捏、冷却和破碎得到磨粉料(亦称混合骨料)；
(3)将所述混合骨料装料、成型、脱模得到生坯料；
(4)将所述生坯料进行焙烧，再浸渍于采用与步骤(1)相同方式制备的石墨烯复合沥青中，交替重复进行前述焙烧、浸渍操作3次，最后石墨化得到特种碳材料，其为一种炭石墨复合石墨烯材料。
进一步的，前述步骤(1)中使用的石墨烯可选自磺化石墨烯，其片径尺寸为10～15μm，层数为3～5层。
进一步的，前述步骤(1)中使用的沥青可选用煤沥青。
进一步的，前述，步骤(1)中的石墨烯与沥青的质量比为1：60。
进一步的，前述步骤(1)具体包括：将石墨烯与沥青在温度为100℃的条件下以100r/min的搅拌速度搅拌50min，形成石墨烯复合沥青。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料可选自石墨粉，例如人造、天然、膨胀石墨粉。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比为1：1：1。
进一步的，前述步骤(2)中骨料、石墨烯及步骤(1)所得石墨烯复合沥青的质量比例为80：0.5：20。
进一步的，前述步骤(2)中需要的混捏时间为30min，温度为110℃，经过破碎后的颗粒粒径D50为3μm～5μm。
进一步的，前述步骤(3)中的成型可选用等静压成型方式，成型压力在5Mpa，保压3min。
进一步的，在前述步骤(3)中，可以将所述混合骨料装于模具内，并施以振荡等，之后进行等静压处理，而后脱模。这些操作均可以采用业界已知的方式实施。
进一步的，前述步骤(4)中的焙烧温度为1100℃，焙烧的工艺曲线为：以5℃/h升温至250℃；以1.5℃/h升温至400℃；以1℃/h升温至600℃；以3℃/h升温至1100℃并保温24h；以10℃/h降至室温。
进一步的，前述步骤(4)中的浸渍温度为120℃，压力为2MPa，保压时间为30min。
进一步的，前述步骤(4)中的石墨化温度为2500℃，保温时间优选为12h。
实施例2本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯与沥青共同混合、搅拌后得到石墨烯复合沥青；
(2)将骨料、石墨烯与步骤(1)所获的石墨烯复合沥青混捏、冷却和破碎得到磨粉料(亦称混合骨料)；
(3)将所述混合骨料装料、成型、脱模得到生坯料；
(4)将所述生坯料进行焙烧，再浸渍于采用与步骤(1)相同方式制备的石墨烯复合沥青中，交替重复进行前述焙烧、浸渍操作2次，最后石墨化得到特种碳材料，其为一种炭石墨复合石墨烯材料。
进一步的，前述步骤(1)中使用的石墨烯可选自还原石墨烯，其片径尺寸为15μm～20μm，层数为1～3层。
进一步的，前述步骤(1)中使用的沥青可选自石油沥青或天然沥青。
进一步的，前述步骤(1)中的石墨烯与沥青的质量比为1：20。
进一步的，前述步骤(1)具体包括：将石墨烯与沥青在温度为160℃的条件下以300r/min的搅拌速度搅拌40min，形成石墨烯复合沥青。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料可选自焦炭粉，例如石油焦、沥青焦或针状焦。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比优选为5：3：3。
进一步的，前述步骤(2)中骨料、石墨烯及步骤(1)所得石墨烯复合沥青的质量比例为90)：1：30。
进一步的，前述步骤(2)中需要的混捏时间为40min，温度为150℃，经过破碎后的颗粒粒径D50为5μm～7μm。
进一步的，前述步骤(3)中的成型可选用挤压成型方式，成型压力为10Mpa，保压10min。
进一步的，在前述步骤(3)中，可以将所述混合骨料装于模具内，并施以振荡等，之后进行挤压成型处理，而后脱模。这些操作均可以采用业界已知的方式实施。
进一步的，前述步骤(4)中的焙烧温度为1200℃，焙烧的工艺曲线为：8℃/h升温至300℃；以3℃/h)升温至450℃；以2℃/h升温至700℃；以4℃/h升温至1150℃并保温0.5h；以15℃/h降至室温。
进一步的，前述步骤(4)中的浸渍温度为200℃，压力为1MPa，保压时间为60min。
进一步的，前述步骤(4)中的石墨化温度为2800℃，保温时间为24h。
实施例3本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯与沥青共同混合、搅拌后得到石墨烯复合沥青；
(2)将骨料、石墨烯与步骤(1)所获的石墨烯复合沥青混捏、冷却和破碎得到磨粉料(亦称混合骨料)；
(3)将所述混合骨料装料、成型、脱模得到生坯料；
(4)将所述生坯料进行焙烧，再浸渍于采用与步骤(1)相同方式制备的石墨烯复合沥青中，交替重复进行前述焙烧、浸渍操作2次，最后石墨化得到特种碳材料，其为一种炭石墨复合石墨烯材料。
进一步的，前述步骤(1)中使用的石墨烯可选自氧化石墨烯，其片径尺寸为0.5μm～3μm，层数为6～10层。
进一步的，前述步骤(1)中使用的沥青可选自煤沥青或天然沥青。
进一步的，前述步骤(1)中的石墨烯与沥青的质量比为1：30。
进一步的，前述步骤(1)具体包括：将石墨烯与沥青在温度为180℃的条件下以50r/min的搅拌速度搅拌30min，形成石墨烯复合沥青。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料可选自炭黑，例如灯黑、气黑、炉黑或槽黑。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比为9：5：1。
进一步的，前述步骤(2)中骨料、石墨烯及步骤(1)所得石墨烯复合沥青的质量比例为110：2：50。
进一步的，前述步骤(2)中需要的混捏时间为60min，温度为180℃，经过破碎后的颗粒粒径D50为8μm～12μm。
进一步的，前述步骤(3)中的成型可选用模压成型方式，成型压力在10Mpa，保压2min。
进一步的，在前述步骤(3)中，可以将所述混合骨料装于模具内，并施以振荡等，之后进行模压处理，而后脱模。这些操作均可以采用业界已知的方式实施。
进一步的，前述步骤(4)中的焙烧温度为1150℃，焙烧的工艺曲线为：以3℃/h升温至200℃；以6℃/h升温至500℃；以3℃/h升温至800℃；以5℃/h升温至1200℃并保温12h；以20℃/h降至室温。
进一步的，前述步骤(4)中的浸渍温度为110℃，压力为3MPa，保压时间为90min。
进一步的，前述步骤(4)中的石墨化温度为2200℃，保温时间优选为32h。
实施例4本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法包括以下步骤：
(1)将石墨烯与沥青共同混合、搅拌后得到石墨烯复合沥青；
(2)将骨料、石墨烯与步骤(1)所获的石墨烯复合沥青混捏、冷却和破碎得到磨粉料(亦称混合骨料)；
(3)将所述混合骨料装料、成型、脱模得到生坯料；
(4)将所述生坯料进行焙烧，再浸渍于采用与步骤(1)相同方式制备的石墨烯复合沥青中，交替重复进行前述焙烧、浸渍操作3次，最后石墨化得到特种碳材料，其为一种炭石墨复合石墨烯材料。
进一步的，前述步骤(1)中使用的石墨烯可选自磺化石墨烯，其片径尺寸为50μm～80μm，层数为15～20层。
进一步的，前述步骤(1)中使用的沥青可选自煤沥青、石油沥青或天然沥青。
进一步的，前述步骤(1)中的石墨烯与沥青的质量比为1：80。
进一步的，前述步骤(1)具体包括：将石墨烯与沥青在温度为170℃以500r/min的搅拌速度搅拌60min，形成石墨烯复合沥青。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料可选自石墨粉、焦炭粉或炭黑。
进一步的，前述步骤(2)中所用骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比为1：5：5。
进一步的，前述步骤(2)中骨料、石墨烯及步骤(1)所得石墨烯复合沥青的质量比为100：1：50。
进一步的，前述步骤(2)中需要的混捏时间为50min，温度为160℃，经过破碎后的颗粒粒径D50为13μm～15μm。
进一步的，前述步骤(3)中的成型可选用等静压成型处理，成型压力在6Mpa，保压5min。
进一步的，在前述步骤(3)中，可以将所述混合骨料装于模具内，并施以振荡等，之后进行等静压处理，而后脱模。这些操作均可以采用业界已知的方式实施。
进一步的，前述步骤(4)中的焙烧温度为1200℃，焙烧的工艺曲线为：以10℃/h升温至350℃；以4℃/h升温至400℃；以1.5℃/h升温至650℃；以3℃/h升温至1100℃并保温5h；以18℃/h降至室温。
进一步的，前述步骤(4)中的浸渍温度为250℃，压力为1MPa，保压时间为80min。
进一步的，前述步骤(4)中的石墨化温度为3000℃，保温时间优选为24h。
实施例5本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法可与实施例1基本相同，区别之处在于：步骤(2)中在添加石墨烯时复合了一定量的树脂。所述树脂可选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂。
进一步的，步骤(2)中石墨烯与树脂的质量比为5：1。
实施例6～实施例9实施例6～9涉及的特种碳材料的制作方法可与实施例5基本相同，区别之处在于：步骤(2)中石墨烯与树脂的质量比分别为25：1、20：1、15：1、8：1。
实施例10本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法可与实施例2基本相同，区别之处在于：步骤(1)中使用的石墨烯选自机械剥离石墨烯，其片径尺寸为300μm～500μm，层数为15～20层。步骤(4)中采用石墨烯复合焦油替代了步骤(1)中的石墨烯复合沥青作为浸渍物。
进一步的，所述石墨烯复合焦油中焦油为煤焦油。
并且，所述石墨烯复合焦油所含的石墨烯与煤焦油的质量比为1：30。
实施例11～实施例14实施例11～14涉及的特种碳材料的制作方法可与实施例10基本相同，区别之处在于：步骤(4)中所述石墨烯复合焦油所含的石墨烯与煤焦油的质量比分别为1：80、1：50、1：25、1：15。
实施例15本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法可与实施例3基本相同，区别之处在于：步骤(4)中采用石墨烯复合树脂替代了步骤(1)中的石墨烯复合沥青作为浸渍物。
进一步的，所述石墨烯复合树脂中树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂或聚酰胺树脂，优选为酚醛树脂。
更进一步的，所述石墨烯复合树脂所含的石墨烯与树脂的质量比为1：30。
实施例16～实施例19实施例16～19涉及的特种碳材料的制作方法可与实施例15基本相同，区别之处在于：步骤(4)中所述石墨烯复合树脂所含的石墨烯与树脂的质量比为1：80、1：50、1：25、1：15。
对照例1本实施例涉及的一种特种碳材料的制作方法可与实施例1基本相同，区别之处在于：步骤(4)未采用浸渍操作，而是一次焙烧后直接进行石墨化处理。
请参阅图1所示是本发明实施例2所获的一种典型特种碳材料试样在220V下以120km/h速度磨损后的表面微观形貌，可以看到纳米结构的石墨烯均匀附着于石墨颗粒表面，两相紧密接触，减少了空隙的产生，得到了更加致密的结构。
本发明的特种碳材料包括内核石墨与外壳石墨烯片层，通过本发明的前述制作方法，在宏观上组成具有新特性的材料，两种材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
进一步的，前述实施例1、实施例5、实施例10、实施例15及对照例1所获产物的各项物理、电学性能测试结果如下表所示：
测试结果(平均值) 实施例1 实施例5 实施例10 实施例15 对照例1
粒度D50(μm) 7.8±1.5 7.5±1.5 8.3±1.5 8.5±1.5 8.4±1.5
密度(g/cm3) 1.98±0.2 2.01±0.2 1.98±0.2 1.95±0.2 1.86±0.2
电导率(s/cm) 560±5 570±5 560±5 560±5 520±5
抗折强度MPa 35±2 38±2 36±2 35±2 32±2
磨损率mm/50h 0.13±0.1 0.12±0.1 0.14±0.1 0.13±0.1 0.18±0.1
上表中的粒度可采用英国Malvern-Mastersizer2000型激光粒度分析仪测试。
上表中的比表面积可采用氮气吸附的BET法测定(如可采用美国康塔Nova1000e比表面积/孔径分析仪)。
上表中的电导率可采用四探针测试原理，利用日本三菱化学产MCP-PD51型粉体电阻率测试仪测试。所述电导率测试条件为1g粉体在10kN的压力下形成直径为2cm的圆片。上表中的抗折强度可参照国家标准GB/T 3074.1-2008测试。
上表中的肖氏硬度可参照国家标准GB/T 4341.1-2014测试。
上表中的磨损率可参照HB 5367.10-86测试。
此外，本申请的发明人还按照相同方式对本申请其余实施例所获产物的性能进行了测试，结果显示，这些产物均展示出优良的电导率、硬度和耐磨性能等。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种特种碳材料的制作方法，包括将两种以上原料混捏、破碎和石墨化处理的操作，其中至少一种原料包括沥青，至少另一种原料包括骨料；其特征在于，所述制作方法还包括：在进行所述石墨化处理前，于至少一种原料和/或至少一反应中间物中引入石墨烯。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于包括：在至少一种原料中混入石墨烯，之后将该至少一种原料与至少另一种原料混捏。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的制作方法，其特征在于包括：将两种以上原料与石墨烯混捏。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制作方法，其特征在于包括：将石墨烯与沥青混合形成石墨烯复合沥青，之后将所述石墨烯复合沥青与该至少另一种原料进行混捏。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于具体包括：将石墨烯与沥青在温度为100～180℃(优选为100～160℃)的条件下以50～500r/min(优选为100～300r/min)的搅拌速度搅拌30～60min(优选为40～50min)，形成石墨烯复合沥青；优选的，所述石墨烯与沥青的质量比为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(40～60)。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于包括：将所述石墨烯复合沥青与骨料及石墨烯混捏。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于包括：将所述石墨烯复合沥青与骨料及石墨烯复合树脂混捏；优选的，所述石墨烯复合树脂所含石墨烯与树脂的质量比为(30～50)：(2～6)，尤其优选为(30～40)：(2～4)；优选的，所述树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述骨料、石墨烯复合树脂与石墨烯复合沥青的质量比为(80～110)：(0.5～2)：(20～50)，尤其优选为(80～90)：(0.5～1)：(20～30)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制作方法，其特征在于包括：将两种以上原料混捏、破碎后，再进行成型处理，制得生坯料；优选的，所述成型处理的条件包括：成型压力为1～10Mpa(4～6Mpa)、保压2～10min(优选为3～10min)；优选的，所述成型处理包括挤压成型、模压成型、等静压成型中的任意一种或两种以上的组合。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：将两种以上原料混捏、破碎并加工为生坯料，再对所述生坯料进行焙烧，之后进行石墨化处理；优选的，所述的制作方法包括：将所述生坯料焙烧并在包含石墨烯的浸渍物中浸渍，之后进行石墨化处理；优选的，所述的制作方法包括：对所述生坯料交替重复进行焙烧、浸渍处理，之后进行石墨化处理。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：所述焙烧的温度为1100～1200℃；优选的，所述焙烧具体包括：将所述生坯料以3～10℃/h(优选为5～8℃/h)升温至200～350℃(优选为250～300℃)；以1.5～6℃/h(优选为1.5～3℃/h)升温至400～500℃(优选为400～450℃)；以1～3℃/h(优选为1～2℃/h)升温至600～800℃(优选为600～700℃)；以3～5℃/h(优选3～4℃/h)升温至1100～1200℃(优选为1100～1150℃)并保温0.5h～24h(优选为0.5h～2h)；以10～20℃/h(优选为10～15℃/h)降至室温。
11.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：所述浸渍物包括石墨烯复合焦油、石墨烯复合树脂或所述石墨烯复合沥青中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述浸渍的条件包括：浸渍温度为110～250℃(优选为120～200℃)，压力为1～3MPa(优选为1～2MPa)、保压时间为30～90min(优选为30～60min)；优选的，所述石墨烯复合焦油中的焦油包括煤焦油；进一步优选的，所述石墨烯复合焦油所含石墨烯与煤焦油的质量比为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(30～60)；优选的，所述石墨烯复合树脂中的树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂中的任意一种或两种以上的组合；进一步优选的，所述石墨烯复合树脂所含石墨烯和树脂的质量比为(1～2)：(30～80)，尤其优选为(1～2)：(30～60)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的制作方法，其特征在于：所述石墨烯包括磺化石墨烯、氧化石墨烯、机械剥离石墨烯、还原石墨烯中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述石墨烯的片径尺寸为0.5μm～500μm(优选为5μm～50μm，更优选为10μm～20μm)，层数为1～20层(优选为1～10层，更优选为1～5层)。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的制作方法，其特征在于：所述沥青包括煤沥青、石油沥青和天然沥青中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述的骨料包括石墨粉、焦炭粉和炭黑中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述骨料所含石墨粉、焦炭粉和炭黑的质量比为(1～9)：(1～5)：(1～5)，优选为(1～5)：(1～3)：(1～3)；优选的，所述石墨粉包括人造石墨粉、天然石墨粉、膨胀石墨粉中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述焦炭粉包括石油焦、沥青焦、针状焦中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述炭黑包括灯黑、气黑、炉黑和槽黑中的任意一种或两种以上的组合。
14.根据权利要求1-11所述的制作方法，其特征在于：经过所述破碎处理形成的颗粒粒径D50为3μm～15μm，优选为3μm～7μm。
15.根据权利要求1-11所述的制作方法，其特征在于：所述混捏处理的条件包括：混捏温度为110～180℃(优选为110～150℃)，混捏时间为30～60min(优选为30～40min)。
16.根据权利要求1-11所述的制作方法，其特征在于：所述石墨化处理的条件包括：惰性气氛，石墨化温度为2200～3000℃(优选为2500～2800℃)，保温时间为12～32h(优选为12～24h)。
17.由权利要求1-16中任一项所述方法制备的特种碳材料，其主要由石墨和石墨烯组成，密度为1.86～2.1g/cm3，抗折强度为30～45MPa，电导率为500～600s/cm，耐磨性0.1～0.2mm/50h。
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