CN108623319A - 一种高韧石墨材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高韧石墨材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：石墨粉40％～60％、硅粉20％～35％、氧化铝或氧化钛5％～8％，烧结助剂5％～10％，粘接剂15％～25％。本发明通过内生SiC颗粒增强石墨基复合材料，利用颗粒的强硬性，以及内生颗粒与基体的良好结合力，达到弥散增强基体的效果，从而提高石墨材料的强硬性和韧性等；具有优异的抗弯曲效果，抗弯强度达到150～180MPa以上，是常温压制烧结工艺制备的石墨锅具或炊具的2倍以上。显著提高了石墨锅具或炊具的耐冲击和抗摔性能等，同时还可保证石墨锅具或炊具受热均匀，健康环保，烧制食物口感好等特点。本发明还涉及高韧石墨材料的制备方法和应用。

Description

一种高韧石墨材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种石墨材料，尤其涉及一种高韧石墨材料及其制备方法和应用。
背景技术
石墨具有高导热、传热快、受热均匀、节约燃料，因此采用石墨制成的烤盘，锅等加热快，而且烧制的食物受热均匀，从里往外熟，加热时间短，不仅味道纯正，而且能锁住食物本来的养分。此外石墨还具有化学稳定性和抗侵蚀能力，以及健康环保，无放射性污染，耐高温等特点。因此，特别适合制备一些列炊具，比如饭煲、压力锅内胆，烤盘面板，炒锅等等。
而石墨制成品具有塑形韧性差，抗弯曲强度低等缺点，导致了石墨制品在使用过程中易造成摔碎、磕伤等致命性伤害，其使用寿命显著的缩短，限制了石墨锅具或炊具向高端的电饭煲、电压力锅、煎烤机等的应用；因此，提高增强石墨锅具或炊具的强韧性显得尤为迫切，而一般处理方法为沥青粘结剂高温石墨化法，该工艺生产周期长，能耗高，污染严重，且获得石墨材料性能提高并不明显。本发明通过粉末冶金工艺原位内生碳化硅颗粒增强石墨基复合材料来增加其强韧性，很好的弥补了石墨锅具或炊具强度较低、不耐冲击等缺点与不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高韧石墨材料，具有塑形韧性好，抗弯曲强度高等优点。本发明所要解决的另一技术问题是提供该高韧石墨材料的制备方法，本发明所要解决的第三个技术问题为该高韧石墨材料的应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉40％～60％、硅粉20％～35％、氧化铝5％～8％或氧化钛5％～8％，烧结助剂5％～10％，粘接剂15％～25％。
本发明的有益效果是：本发明通过内生SiC颗粒增强石墨基复合材料，利用颗粒的强硬性，以及内生颗粒与基体的良好结合力，达到弥散增强基体的效果，从而提高石墨材料的强硬性和韧性等。该发明所得的石墨材料具有优异的抗弯曲效果，抗弯强度达到150～180MPa以上，是常温压制烧结工艺制备的石墨锅具或炊具的2倍以上。显著提高了石墨锅具或炊具的耐冲击和抗摔性能等，同时还可保证石墨锅具或炊具受热均匀，健康环保，烧制食物口感好等特点。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述烧结助剂包括CaO、MgO和MnO中的一种或多种。
采用上述进一步方案的有益效果是CaO、MgO和MnO分别具有提高其锅体强度的特点，在高温烧结反应的过程中，以高强的硬质粒子存在于锅体中，具有提高锅体致密性和强度的效果。
进一步，所述粘接剂为有机粘接剂或无机粘接剂。
进一步，所述有机粘接剂包括聚乙烯醇、酚醛树脂、煤沥青中的一种或多种。
采用上述进一步方案的有益效果是乙烯醇、酚醛树脂、煤沥青分别具有提高锅体压制成型稳定性的特点，在锅体高温烧结反应的过程中，还具有易挥发的效果。
进一步，所述无机粘合剂为耐高温粘接剂耐高温粘接剂。
采用上述进一步方案的有益效果是耐高温粘接剂分别具有提高锅体压制成型稳定性的特点，在锅体高温烧结反应的过程中，还具有提高锅体强度的效果。
进一步，所述石墨粉的目径大于400目。
采用上述技术方案的有益效果是：采用较高目径的石墨粉的粉末，其粒径较为均匀细小，有利于保证锅体在压制过程中受力均匀，提高其内部结构的致密性和强度；如果目径过低，容易导致其锅体表面粗糙疏松，内部结构致密性下降。
本发明要解决另一技术问题的技术方案是一种高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨3～8小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入烘烤炉中进行烘烤并保温得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在180-220目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温进行热压并保温得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料。
本发明采用粉末冶金方法制备原位内生SiC颗粒增强石墨基复合材料，该方法较传统制备工艺具有石墨化温度低，生产周期短，无需重复烧结，无污染，内生颗粒与基体结合性能好等优点。通过该方法制备的石墨锅的抗弯强度较传统工艺提升2-3倍，同时兼具石墨锅的导热性能优异，烧制食物受热均匀，锁住食物的养分，化学性能稳定，健康环保等特点。
进一步，步骤(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入100～200℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温10～20min得到烘干的混合粉末。
采用上述方案的有益效果是：
采用上述的温度，有利于保证其吸附的水分基本挥发，如果温度过高，会导致石墨粉部分氧化的问题；如果温度过低，会导致水分难挥发的问题。
采用上述的时间有利于保证其内部水分基本挥发，如果时间过长，会导致效率降低、能耗增加的问题；如果时间过短，会导致水分难挥发的问题。
进一步，步骤(4)中所述真空热压烧结炉的烧结温度为1400-1500℃，保温时间为20-40min，其中，热压压力为20-30MPa，升温速率为10～20℃/min。
采用上述方案的有益效果是：
采用上述的温度，有利于其粘结剂挥发，如果温度过高，会导致能耗增加的问题；如果温度过低，会导致粘结剂等较难挥发的问题；
采用上述的时间有利于其粘结剂挥发，如果时间过长，会导致能耗增加的问题；如果时间过短，会导致粘结剂无法充分挥发的问题；
采用上述的压力有利于保证锅体强度，如果压力过大，会导致其内部缺陷增加的问题；如果压力过小，会导致致密性下降的问题；
采用上述的升温速率有利于锅体结构的固化，如果升温速率过快，会导致其内部缺陷增加等问题；如果升温速率过慢，会导致生产效率降低的问题。
进一步，步骤(5)中对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1900-1950℃热压保温，保温时间为20-30min，热压压力为20-30MPa。
采用上述的温度，有利于保证锅体的结构强度，如果温度过高，会导致能耗增加等问题；如果温度过低，会导致内部材料固化反应不充分，锅体易开裂等问题；
采用上述的时间有利于锅体内部材料充分固化反应，提高其稳定性，如果时间过长，会导致能耗增加的问题；如果时间过短，会导致固化反应不充分，锅体易开裂等问题；
采用上述的压力有利于保证锅体的强度，如果压力过大，会导致锅体内部缺陷增加等问题；如果压力过小，会导致锅体强度下降的问题。
本发明要解决再一技术问题的技术方案为上述高韧石墨材料在锅具或炊具中应用。
所述产品为锅具或炊具，所述锅具或炊具适用于电饭煲、电压力锅、煎烤机、煎锅、炒锅，尤其适用于锅具内胆。
采用上述进一步方案的有益效果是通过该方法制备的石墨锅或者石墨炊具的抗弯强度较传统工艺提升2-3倍，同时兼具石墨锅或石墨炊具的导热性能优异，烧制食物受热均匀，锁住食物的养分，化学性能稳定，健康环保等特点。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供了一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉40％～60％、硅粉20％～35％、氧化铝5％～8％或氧化钛5％～8％，烧结助剂5％～10％，粘接剂15％～25％。优选的，硅粉纯度为99％。
所述烧结助剂包括CaO、MgO和MnO中的一种或多种。CaO、MgO和MnO分别具有提高其锅体强度的特点，在高温烧结反应的过程中，以高强的硬质粒子存在于锅体中，具有提高锅体致密性和强度的效果。
所述粘接剂为有机粘接剂或无机粘接剂。所述有机粘接剂包括聚乙烯醇、酚醛树脂、煤沥青中的一种或多种。乙烯醇、酚醛树脂、煤沥青分别具有提高锅体压制成型稳定性的特点，在锅体高温烧结反应的过程中，还具有易挥发的效果。所述无机粘合剂为耐高温粘接剂，优选的，所述耐高温粘接剂为ZS-1071，可选用北京志盛威华公司生产的产品。耐高温粘接剂分别具有提高锅体压制成型稳定性的特点，在锅体高温烧结反应的过程中，还具有提高锅体强度的效果。
所述石墨粉的目径大于400目。采用较高目径的石墨粉的粉末，其粒径较为均匀细小，有利于保证锅体在压制过程中受力均匀，提高其内部结构的致密性和强度；如果目径过低，容易导致其锅体表面粗糙疏松，内部结构致密性下降。
制备上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨3～8小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入100～200℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温10～20min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在180-220目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1400-1500℃，保温时间为20-40min，其中，热压压力为20-30MPa，升温速率为15℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1900-1950℃热压保温，保温时间为20-30min，热压压力为20-30MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；室温为20-30℃。
上述高韧石墨材料应用于锅具或炊具领域，所述锅具或炊具适用于电饭煲、电压力锅、煎烤机、煎锅、炒锅。
下面通过一些具体的实施例来更进一步介绍本发明的技术方案。
实施例1
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉50％、高纯硅粉20％、氧化铝5％、烧结助剂5％，粘接剂20％，所述烧结助剂为MgO，所述粘接剂为聚乙烯醇；所述石墨粉的目径为500目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、MgO、聚乙烯醇按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨5小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入150℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温15min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在180目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1450℃，保温时间为30min，其中，热压压力为25MPa，升温速率为15℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1925℃热压保温，保温时间为25min，热压压力为22MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于电饭煲内胆，该内胆锅具具有较高的抗弯强度，抗弯强度为159MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例2
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉40％、高纯硅粉20％、氧化铝5％、烧结助剂10％，粘接剂25％，所述烧结助剂为MgO；所述粘接剂包括酚醛树脂；所述石墨粉的目径为450目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、MgO、酚醛树脂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨4小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入180℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温18min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在220目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1480℃，保温时间为35min，其中，热压压力为27MPa，升温速率为16℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1920℃热压保温，保温时间为25min，热压压力为28MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于煎锅，该煎锅具有较高的抗弯强度，抗弯强度为157MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例3
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉55％、高纯硅粉25％、氧化铝8％、烧结助剂5％，粘接剂17％，所述烧结助剂为MnO；所述粘接剂为煤沥青；所述石墨粉的目径为550目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、MnO、煤沥青按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨4小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入140℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温17min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在200目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1450℃，保温时间为30min，其中，热压压力为24MPa，升温速率为15℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1900℃热压保温，保温时间为28min，热压压力为28MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于煎烤机烤盘，该烤盘具有较高的抗弯强度，抗弯强度为163MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例4
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉43％、高纯硅粉23％、氧化铝6％、烧结助剂12％，粘接剂16％，所述烧结助剂为CaO和MgO，CaO和MgO的质量比为2：1；所述粘接剂包括聚乙烯醇和酚醛树脂，聚乙烯醇和酚醛树脂的质量比为0.8：1；所述石墨粉的目径为700目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨7小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入200℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温20min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在200目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1465℃，保温时间为34min，其中，热压压力为24MPa，升温速率为19℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1920℃热压保温，保温时间为30min，热压压力为30MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于炒锅内胆，该炒锅内胆具有较高的抗弯强度，抗弯强度为168MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例5
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉51％、高纯硅粉21％、氧化钛6.5％、烧结助剂1.5％，粘接剂15％，所述烧结助剂MgO和MnO，MgO和MnO的质量比为1：1；所述粘接剂包括酚醛树脂和煤沥青，酚醛树脂和煤沥青的质量比为1：0.9；所述石墨粉的目径为650目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨6小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入170℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温18min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在200目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1495℃，保温时间为36min，其中，热压压力为29MPa，升温速率为13℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1935℃热压保温，保温时间为27min，热压压力为23MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于压力锅内胆，该压力锅内胆具有较高的抗弯强度，抗弯强度为176MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例6
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉45％、高纯硅粉25％、氧化钛7％、烧结助剂8％，粘接剂15％，所述烧结助剂CaO和MnO，CaO和MnO的质量比为1：2；所述粘接剂为聚乙烯醇和煤沥青，聚乙烯醇和煤沥青的质量比为1.5：1；所述石墨粉的目径为600目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨7小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入100℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温10min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在200目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1400℃，保温时间为20min，其中，热压压力为20MPa，升温速率为10℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1900℃热压保温，保温时间为20min，热压压力为20MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于煎锅内胆，该煎锅内胆具有较高的抗弯强度，抗弯强度为171MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
实施例7
一种高韧石墨材料，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉50％、高纯硅粉22％、氧化钛5％、烧结助剂8％，粘接剂15％，所述烧结助剂为CaO、MgO和MnO，CaO、MgO和MnO的质量比为1：1：1；所述粘接剂为耐高温粘接剂；所述石墨粉的目径为500目。
上述高韧石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、高纯硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨8小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入200℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温20min得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在200目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料，所述真空热压烧结炉的烧结温度为1500℃，保温时间为40min，其中，热压压力为30MPa，升温速率为20℃/min；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1950℃热压保温，保温时间为30min，热压压力为30MPa得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料；
上述高韧石墨材料应用于炒锅内胆，该炒锅内胆具有较高的抗弯强度，抗弯强度为159MPa；抗跌落性能好，具体测试为0.8m高，水泥地自由跌落2次，底部无开裂；抗力学冲击性好，具体测试为直径3cm不锈钢小球，1m高自由跌落撞击锅底2次无开裂。
对比例1
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为5％，其余均与实施例1相同(剩余重量由石墨粉等其它组份补充)。
对比例2
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为8％，其余均与实施例1相同(剩余重量由石墨粉等其它组份补充)。
对比例3
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为12％，其余均与实施例1相同(剩余重量由石墨粉等补充)。
对比例4
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为15％，其余均与实施例1相同(剩余重量由石墨粉等补充)。
对比例5
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为40％，其余均与实施例1相同(多余重量由石墨粉等递减)。
对比例6
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为45％，其余均与实施例1相同(多余重量由石墨粉等递减)。
对比例7
在实施例1的基础上调整了硅粉的质量百分数为50％，其余均与实施例1相同(多余重量由石墨粉等其它组份递减)。
下面分别将各实施例以及各对比例进行抗弯强度、自由跌落测试和耐钢球冲击测试的检测。检测结果见表1。
表1
名称 抗弯强度/MPa 自由跌落测试 耐钢球冲击测试
实施例1 159 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例2 157 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例3 163 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例4 168 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例5 176 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例6 171 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
实施例7 159 0.8m高/2次 3mm不锈钢球1m高/2次
对比例1 68 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/0次
对比例2 75 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/0次
对比例3 98 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/0次
对比例4 128 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/1次
对比例5 135 0.8m高/1次 3mm不锈钢球1m高/1次
对比例6 43 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/0次
对比例7 28 0.8m高/0次 3mm不锈钢球1m高/0次
根据表1中的数据可以看出，硅粉对高韧石墨锅具或炊具的力学性能具有重要作用，其含量要求较高。
本发明通过内生SiC颗粒增强石墨基复合材料，利用颗粒的强硬性，以及内生颗粒与基体的良好结合力，达到弥散增强基体的效果，从而提高石墨材料的强硬性和韧性等。该发明所得的石墨材料具有优异的抗弯曲效果，抗弯强度达到150～180MPa以上，是常温压制烧结工艺制备的石墨锅具或炊具的2倍以上。显著提高了石墨锅具或炊具的耐冲击和抗摔性能等，同时还可保证石墨锅具或炊具受热均匀，健康环保，烧制食物口感好等特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高韧石墨材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：
石墨粉40％～60％、硅粉20％～35％、氧化铝或氧化钛5％～8％，烧结助剂5％～10％，粘接剂15％～25％。
2.根据权利要求1所述的高韧石墨材料，其特征在于，所述烧结助剂为CaO、MgO和MnO中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高韧石墨材料，其特征在于，所述粘接剂为有机粘接剂或无机粘接剂。
4.根据权利要求3所述的高韧石墨材料，其特征在于，所述有机粘接剂为聚乙烯醇、酚醛树脂、煤沥青中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的高韧石墨材料，其特征在于，所述无机粘合剂为耐高温粘接剂。
6.根据权利要求1至5任一项所述的高韧石墨材料，其特征在于，所述石墨粉的目径大于400目。
7.一种制备如权利要求1至6任一项的所述高韧石墨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨粉、硅粉、氧化铝或氧化钛、烧结助剂、粘接剂按上述质量百分比的比例称取并混合，以无水乙醇为混合介质，在球磨罐中球磨3～8小时得到混合浆料；
(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入烘烤炉中进行烘烤并保温得到烘干的混合粉末；
(3)将步骤(2)中得到的混合粉末在180-220目的筛网下筛选，得到粒径均匀细小的初筛混合粉末；
(4)将步骤(3)中得到的所述初筛混合粉末充入模具中成型，再置入真空热压烧结炉中烧结成型得到初级材料；
(5)对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温进行热压并保温得到二级材料，再随炉冷却至室温，得到所述高韧石墨材料。
8.根据权利要求7所述的高韧石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)将步骤(1)中得到的混合浆料加入100～200℃的烘烤炉中进行烘烤，并保温10～20min得到烘干的混合粉末。
9.根据权利要求7所述的高韧石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述真空热压烧结炉的烧结温度为1400-1500℃，保温时间为20-40min，其中，热压压力为20-30MPa，升温速率为10～20℃/min。
10.根据权利要求7所述的高韧石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中对步骤(4)中得到的所述初级材料继续升温至1900-1950℃热压保温，保温时间为20-30min，热压压力为20-30MPa。
11.一种权利要求1至6任一项所述高韧石墨材料在锅具或炊具中应用。
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