CN107840328B

CN107840328B - 一种等静压石墨及其生产方法

Info

Publication number: CN107840328B
Application number: CN201711172934.3A
Authority: CN
Inventors: 董贤虎; 张培模; 张二丽; 刘伟凯; 孙喜贵; 狄志宇
Original assignee: Datong Xincheng New Material Co Ltd
Current assignee: Datong Xincheng New Material Co Ltd
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: CN107840328A

Abstract

本发明属于石墨材料的制备领域，具体地说，涉及一种等静压石墨的生产方法。所述的等静压石墨的生产方法，包括破碎、磨粉、混捏、晾料、等静压成型、焙烧，浸渍和石墨化的工序，其中，所使用的原料包括煅后焦、焙烧碎、石墨碎和沥青。本发明所述的等静压石墨的生产方法能提高等静压成型产品的体积密度，提高其在焙烧、浸渍、石墨化等工序中的成品率。本发明还提供一种采用所述生产方法获得的等静压石墨，其强度更高和体积密度更大，性能优异。

Description

一种等静压石墨及其生产方法

技术领域

本发明属于石墨材料的制备领域，具体地说，涉及一种等静压石墨及其生产方法。

背景技术

等静压石墨是上世纪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，广泛应用于冶金、化学、电气、航空宇宙及原子能工业等领域。

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，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、各向同性、耐化学腐蚀性强，导热性能和导电性能良好，具有优异的机械加工性能。

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。其中，石墨化是将焙烧后的制品加热到约3000℃，碳原子晶格有序排列，完成由炭向石墨的转变，叫石墨化。石墨化方法有艾奇逊法、内热串接法、高频感应法等。通常的艾奇逊法，制品从装炉到出炉，大约需要1～1.5个月的时间。每炉可以处理几吨到几十吨的焙烧品。石墨化后，制品的体积密度、导电率、导热率及抗腐蚀性能得到很多程度的改善，机械加工性能也得到了改善。但是，石墨化会降低制品的抗折强度。同时，由于艾奇逊石墨化主要是靠电阻料产生的热量来加热制品，在同一石墨化炉炉芯内，上下、左右、内外的温度梯度相差很大，容易造成制品裂纹。

现有技术的等静压石墨制备方法得到的等静压石墨的体积密度、塑性、强度还有待改善，等静压石墨在焙烧、浸渍、石墨化等工序中的成品率也急需提高。

因此，需要一种新的等静压石墨生产方法。

有鉴于此，特提出本发明申请。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种等静压石墨的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种等静压石墨的生产方法，包括破碎、磨粉、混捏、晾料、等静压成型、焙烧，浸渍和石墨化的工序，其中，所使用的原料包括煅后焦、焙烧碎、石墨碎和沥青。

本发明所述的生产方法在原料中添加焙烧碎，焙烧碎的机械强度大，加入到原料配方中有利于提高产品的强度。石墨碎可以改善糊料的塑性，减少颗粒之间的摩擦力，有利于提高等静压石墨成品的体积密度，还提高了其导电率和导热性。

本发明的一种实施方式，所使用的原料组分如下：

煅后焦10～25重量份、焙烧碎12～20重量份、石墨碎25～35重量份和沥青28～35重量份；

优选地，煅后焦20重量份、焙烧碎18重量份、石墨碎30重量份和沥青32重量份。

技术人员在研究过程中发现，按照上述比例配制的原料制备得到的等静压石墨成品的体积密度、机械强度、导电性和导热性相对更优，且等静压石墨的成品率相对更高，显著降低成品出现裂纹的概率。

本发明的一种实施方式，包括三次磨粉和两次混捏的工序，所述沥青分批分别加入两次混捏；

本发明所述的生产方法包括二次混捏三次磨粉的工艺，并且沥青分两次与干料进行混捏，其意义在于：

分两次加入沥青，可以更好地与干料混合均匀。三次磨粉得到的粉料分别具有不同的粒径，比如在本发明的一个具体实施例中三次磨粉得到的粉料粒径分别为0.063㎜(230目)、0.038㎜(400目)、0.013㎜(1000目)，如果在一次混捏时就加入全部的沥青，经二次磨粉、三次磨粉，就会有新的煅后焦粉料或焙烧碎粉料产生，干料表面缺乏粘结剂的覆盖，经焙烧工序后，沥青难以和干料等形成牢固的网状整体，影响产品的强度。经过两次分别加入沥青可以与上一次磨粉完产生的干料进行混合，可以有助于形成网状整体结构。

如果不经过二次混捏三次磨粉，沥青直接与较细小的干粉(0.038㎜或0.013㎜)混捏，沥青很难在粉料的表面混合均匀，经焙烧工序后不易形成牢固的网状整体，同样影响产品的强度。

优选地，在一次混捏中加入的沥青用量比例为70％～55％，在二次混捏中加入的沥青用量比例为30％～45％。

按照上述的沥青用量比例分成两个批次加入到混捏工序中，有助于形成更牢固的网状整体，所得的等静压石墨成品的体积密度更大，强度更好，且成品裂纹更少，提高成品率。

本发明的一种实施方式，依次包括如下工序：破碎、一次磨粉、一次混捏、一次晾料、二次磨粉、二次混捏、二次晾料、三次磨粉、醒料、等静压成型、焙烧，浸渍和石墨化。

所述的醒料是指将晾好并经最后一次磨粉得到的原料装包放置1天,目的是让颗粒料表面的沥青舒展，提高其粘结能力，从而使网络整体结构更牢固。

本发明的一种实施方式，所述等静压成型的工序中，粉料装入模具后，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空。

粉料装入模具后，先以自由落体的方式自由振动若干次，通过自有落体的方式排除粉料间的空气，使粉料更密实，一方面可以提高等静压石墨成品的体积密度；另一方面，排出粉料中的空气，在等静压成型的压制过程中受到的阻力小，产品容易成型，并且后续工序中产生的内外应力减小，不易产生裂纹，有助于提高成品率。

对模具进行振动抽真空，即一边对模具振动一边抽真空。振动由四台安装在振动平台下方的振动电机提供，产生2000kg的激振力。

优选地，振动抽真空的时间为0.5～3小时，更优选为2.5～3小时。

上述的振动抽真空处理可以进一步排出粉料间的空气，进一步降低等静压成型的压制过程中受到的阻力和后续工序中产生的内外应力，产品成型效率高且不易产生裂纹。

实验表明，振动抽真空需要达到上述的时间范围，既可以达到相对明显的排出空气的效果，也避免振动时间过长而延长整个生产工艺时间，造成资源浪费。

本发明的一种实施方式，一次磨粉得到的粉料为230目，二次磨粉得到的粉料为400目，三次磨粉得到的粉料为1000目。

本发明的一种实施方式，一次混捏包括如下步骤：

将一次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混50～60分钟，使干料温度达到120℃；

将一定用量的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃。本发明的一种实施方式，二次混捏包括如下步骤：

将二次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混50～60分钟，使干料温度达到110℃；

将一定用量的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃。

所述的一次混捏或二次混捏可以使沥青与粉料混合充分，便于形成牢固的网状整体。

本发明的一种实施方式，所述沥青为高温沥青，环球法软化点不低于105℃。

所述的沥青配合所述等静压石墨的生产方法的整体工艺，可以获得体积密度大、机械强度高、导电性和导热性好的等静压石墨成品，裂纹率低。

本发明的另一目的在于提供一种等静压石墨，其采用根据以上内容所述的任意一种的等静压石墨的生产方法获得。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例仅用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。

实施例1

所使用的原料为：煅后焦、焙烧碎、石墨碎和沥青。

等静压石墨的生产方法具体包括下列步骤：

1、破碎和一次磨粉：将煅后焦、焙烧碎、石墨碎破碎、磨粉，筛分，得到粉料；

2、一次混捏：将一次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混时间50～60分钟，使干料温度达到120℃；

将第一批次的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

3、一次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

4、二次磨粉：将一次晾料后的料进行二次磨粉；

5、二次混捏：将二次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混50～60分钟，使干料温度达到110℃；

将一定用量的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

6、二次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

7、三次磨粉：将二次晾料后的料进行三次磨粉；

8、醒料：将晾好并经三次磨粉得到的原料装包放置；

9、等静压成型：将醒好的原料装入橡胶模具，再将橡胶模具装入铁制模具，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空，然后进等静压缸进行压制；

10、焙烧，浸渍和石墨化，即得等静压石墨。

实施例2

所使用的原料组分如下：

煅后焦2000kg、焙烧碎1800kg、石墨碎3000kg和沥青3200kg，沥青为高温沥青，环球法软化点为105℃。

等静压石墨的生产方法具体包括下列步骤：

1、破碎和一次磨粉：将所述重量的煅后焦、焙烧碎、石墨碎破碎、磨粉，筛分，得到230目粉料；

将沥青用量70％～55％的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

3、一次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

4、二次磨粉：将一次晾料后的料进行二次磨粉,得到400目的粉料；

将剩余的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

6、二次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

7、三次磨粉：将二次晾料后的料进行三次磨粉，得到1000目的粉料；

8、醒料：将晾好的糊料并经三次磨粉得到的原料装包放置1天；

9、等静压成型：将醒好的原料装入橡胶模具，再将橡胶模具装入铁制模具，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空，振动抽真空的时间为2.5～3小时，然后进等静压缸进行压制；

等静压缸中的参数设置如下：

10、焙烧，浸渍和石墨化，即得等静压石墨。

实施例3

所使用的原料组分如下：

煅后焦2500kg、焙烧碎2000kg、石墨碎3500kg和沥青3500kg。

等静压石墨的生产方法具体包括下列步骤：

将沥青用量70％的沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

3、一次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

6、二次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

9、等静压成型：将醒好的原料装入橡胶模具，再将橡胶模具装入铁制模具，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空，振动抽真空的时间为0.5～3小时，然后进等静压缸进行压制；

等静压缸中的参数设置如下：

压制阶段	压力(Mpa)	时间(分钟)
			启压	5-35	10
高压	35-150	15
			1级保压	150	30
1级卸压	150-130	5
			2级保压	130	5
2级卸压	130-90	8
			3级保压	90	5
3级卸压	90-20	10
			比例卸压	20-1	10

10、焙烧，浸渍和石墨化，即得等静压石墨。

实施例4

所使用的原料组分如下：

煅后焦1000kg、焙烧碎1200kg、石墨碎2500kg和沥青2800kg，沥青为高温沥青，环球法软化点为110℃。

等静压石墨的生产方法具体包括下列步骤：

3、一次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

6、二次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

8、醒料：将晾好并经三次磨粉得到的原料装包放置1天；

等静压缸中的参数设置如下：

10、焙烧，浸渍和石墨化，即得等静压石墨。

对比例1

该对比例与实施例2的区别在于：所使用的原料组分不同，没有添加焙烧碎。

所使用的原料组分如下：煅后焦2000kg、石墨碎3000kg和沥青3200kg，沥青为高温沥青，环球法软化点为105℃。

等静压石墨的生产方法的其他部分与实施例2的工艺保持完全一致，生产制备等静压石墨。

对比例2

该对比例与实施例2的区别在于：所使用的原料组分不同，没有添加石墨碎。

所使用的原料组分如下：煅后焦2000kg和沥青3200kg，沥青为高温沥青，环球法软化点为105℃。

对比例3

该对比例与实施例2的区别在于：不包括三次磨粉和两次混捏，沥青不是分批加入混捏。

所使用的原料组分如下：

等静压石墨的生产方法具体包括下列步骤：

将全部沥青放入混捏锅，湿混70～90分钟，出糊温度170～180℃；

3、一次晾料：将糊料平铺在干净的钢板上，晾冷；

5、醒料：将晾好的糊料并经二次磨粉得到的原料装包放置1天；

6、等静压成型：将醒好的原料装入橡胶模具，再将橡胶模具装入铁制模具，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空，振动抽真空的时间为2.5～3小时，然后进等静压缸进行压制；

等静压缸中的参数设置如下：

7、焙烧，浸渍和石墨化，即得等静压石墨。

实验例1

在相同的实验条件下，分别测试本发明实施例和对比例所得到的等静压石墨制品的性能。

测试所得的等静压石墨制品的具体性能参数如下表所示：

根据上述的实验结果可以发现：

本发明实施例1-4制备的等静压石墨的性能优异，其中，实施例2采用的生产方法是本发明相对更优的技术方案，获得的等静压石墨性能最佳；

对比例1和对比例2采用的原料不同于本发明的技术方案，制备所得的等静压石墨的性能不佳；

对比例3采用的原料和本发明的技术方案相同，虽然性能得到一定的改善，但是和本发明较优选的实施例2相比，没有采用二次混捏三次磨粉并将沥青分两次与干料进行混捏的工艺，其性能还具有较大的可改善空间。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims

1.一种等静压石墨的生产方法，其特征在于，使用的原料包括煅后焦10~25重量份、焙烧碎12~20重量份、石墨碎25~35重量份和沥青28~35重量份；

依次包括如下工序：破碎、一次磨粉、一次混捏、一次晾料、二次磨粉、二次混捏、二次晾料、三次磨粉、醒料、等静压成型、焙烧，浸渍和石墨化；

所述的一次混捏包括如下步骤：

将一次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混50~60分钟，使干料温度达到120℃；

将一定用量的沥青放入混捏锅，湿混 70~90分钟，出糊温度170~180℃；

二次混捏包括如下步骤：

将二次磨粉得到的粉料放入混捏锅，干混50~60分钟，使干料温度达到110℃；

一次混捏中加入的沥青用量比例为70%~55%，二次混捏中加入的沥青用量比例为30%~45%；

所述一次磨粉得到的粉料为230目，所述二次磨粉得到的粉料为400目，所述三次磨粉得到的粉料为1000目。

2.根据权利要求1所述的等静压石墨的生产方法，其特征在于，所使用的原料组分为煅后焦20重量份、焙烧碎18重量份、石墨碎30重量份和沥青32重量份。

3.根据权利要求1所述的等静压石墨的生产方法，其特征在于，所述等静压成型的工序中，粉料装入模具后，先以自由落体的方式自由振动若干次，再对模具进行振动抽真空。

4.根据权利要求3所述的等静压石墨的生产方法，其特征在于，振动抽真空的时间为0.5~3小时。

5.根据权利要求3所述的等静压石墨的生产方法，其特征在于，振动抽真空的时间为2.5~3小时。

6.根据权利要求1-5任一项所述的等静压石墨的生产方法，其特征在于，所述沥青为高温沥青，环球法软化点不低于105℃。

7.一种等静压石墨，其特征在于，采用根据权利要求1-6任一项所述的等静压石墨的生产方法获得。