CN109081335B - 一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热场石墨材料制备技术领域，提出了一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步骤：以石油焦、沥青焦为原料A，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C；将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，干混70～90min，温度140～180℃，得到干混后的物料D，加入熔融态的原料C，湿混180～300min，温度180～260℃得到糊料；将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；颗粒经压型、焙烧、石墨化后制得φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。本发明解决了现有技术中现有技术中制备工序流程长，生产周期长，成品率低，产品性能差的技术问题。

Description

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法

技术领域

本发明属于热场石墨制造技术领域，涉及一种φ800～1000mm单晶硅CZ 炉热场石墨材料的制备方法。

背景技术

21世纪以来全球光伏产业高速发展，2000年全球太阳能装机容量仅有 1.4GW，而2010年增加至40GW，2016年达到70GW，复合增长率高达30％。 由于严重的环境污染以及日趋加重的雾霾天气，我国政府大力发展以光伏、风 能及核能为代表的清洁能源。国家发改委及能源局近期核定光伏固定上网电价 和分布式光伏电站建设，标志我国光伏产业继续大幅发展，未来几年我国光伏 产业将大幅增长。2010年我国光伏装机容量仅有893MW，仅占全球市场的2.2％， 2016年我国光伏装机容量已经达到35GW，2020年将达到70GW，未来5年间 我国将成为全球光伏产业增长最快的国家。

单晶硅是通过多晶硅直拉法拉制而成，单晶硅主要应用在电子行业中的半 导体元件，是电子产业中最基础的材料之一，预计增长速度也将保持在两位数 之上。由于其高效的转化效率，在光伏电池占据了半壁江山。CZ炉是单晶硅直 拉法生产的加热生成炉。

随着技术的发展，单晶硅圆的尺寸规格越来越大，从原先的14吋逐渐发展 到26，28吋，32吋，甚至还有到36吋发展的趋势。由此，对热场材料的要求 越来越高，不仅制品尺寸大，从原先的φ500mm发展到大多数为φ800～ 1000mm，产品性能要求更高，生产过程中制品应力大，生产工艺复杂，技术难 度极高。目前，只有为数不多的国家企业掌握了生产工艺，对我国技术封锁， 垄断市场。国内企业对该石墨材料的制备方法的研究处于探索阶段，存在着制 备工序流程长，生产周期长，成品率低，产品性能差的问题，远远不能满足用 户的需求。

发明内容

本发明提出一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法， 解决了现有技术中φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备工序流程 长，生产周期长，成品率低，产品性能差的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青焦的 质量比为40～45：15～20，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料 C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应 釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

所述干混具体为：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅 拌，在140～180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B 的质量比为55～65：30～35；

所述湿混具体为：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合， 在180～260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为85～ 100：30～40；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型、焙烧、石墨化：颗粒经压型、焙烧、石墨化后制得φ800～1000mm 单晶硅CZ炉热场石墨材料。

作为进一步的技术方案，所述步骤S2之前还包括：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、煅后沥青焦；

将煅后石油焦、煅后沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

作为进一步的技术方案，步骤S2所述的原料A中石油焦、沥青焦的质量比 为42：18。

作为进一步的技术方案，步骤S2所述的沥青中间相炭微球为沥青基或煤沥 青基在依次经热分解和热缩聚反应后得到均相成核的中间相球体。

作为进一步的技术方案，步骤S3所述的原料A与原料B的质量比为60： 33。

作为进一步的技术方案，步骤S3中物料D与原料C的质量比为93：35。

作为进一步的技术方案，步骤S5所述的压型具体为：

将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型，压型压力为 70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

作为进一步的技术方案，步骤S5所述的焙烧具体为：

将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装入焙烧 炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～1000℃ 条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

作为进一步的技术方案，步骤S5所述的石墨化具体为：

将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通气使焙烧 品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出φ800～ 1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

本发明使用原理及有益效果为：

1、本发明采用石油焦、沥青焦为原料A，采用沥青中间相炭微球为原料B 采用改性沥青为原料C，通过合理的科学配比，制备高强度、高密度、高硬度、 低电阻率、低灰分的用于φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场的石墨材料，具有 原料来源广，产品性能优异等优点。

2、本发明中，采用聚氧化乙烯、壳聚糖对沥青改性，增加高温煤沥青的粘 结性，配合沥青中间相炭微球的粘结性、煅后石油焦、煅后沥青焦煅烧的不充 分性，使得在焙烧和石墨化工序中收缩更多，有效提高残炭值、体积密度和机 械强度，从而减少浸渍和二次焙烧，缩短工艺流程，提高了成品率和制品均匀 性，降低了成本，同时还能保证产品的各项理化指标，实用性强。

3、传统的制备工艺需经过原料破碎、磨粉、混捏、轧片、二次磨粉、等静 压成型、多次焙烧、多次浸渍、石墨化、机加工等工序制成，工序流程长且成 品率低，本发明通过合理的原料配比与科学的工艺参数设置，与传统工艺相比， 本发明的制备方法不仅显著缩短了生产周期，减少了浸渍和二次焙烧工艺流程， 而且显著提高了石墨制品的成品率、机械性能和制品的均匀性，降低了成本， 起到了预料不到的效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青 焦的质量比为40：15以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应 釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 55：30；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为85：30；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

实施例2

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青焦的质 量比为42：18，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应 釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 60：33；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为93：35；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

实施例3

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青 焦的质量比为45：20，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应 釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 65：35；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为100：40；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

实施例4

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm3，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm3，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青焦的质 量比为45：15，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应 釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 60：33；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为93：35；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

对比例1

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青 焦的质量比为42：18，以沥青中间相炭微球为原料B，以沥青为原料C，

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 60：33；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为93：35；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

对比例2

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青 焦的质量比为42：18，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青壳聚糖按质量比为4:1的比例在反应釜中混合，在 250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

干混：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～ 180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为 60：33；

湿混：将原料C加热熔融后送至送至混捏锅中，与物料D混合，在180～ 260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为93：35；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯；

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

对比例3

一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，包括以下步 骤：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～ 2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分 0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、沥青焦；

将煅后石油焦、沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm；

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青 焦的质量比为42：18，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯按质量比为4:1的比例在反应釜中混合， 在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：

S31、干混：原料A与原料B按质量比为60：33的比例在常温下混合后送 至混捏锅中加热搅拌，干混70～90min，温度140～180℃，得到干混后的物料 A+B；

S32、湿混：将原料C加热180～220℃熔融，然后按质量比(A+B)：C为 93：35的比例加入熔融态的原料C，湿混180～300min，温度180～260℃得到 糊料；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型：将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型， 压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

焙烧：将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装 入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～ 1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

石墨化：将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通 气使焙烧品加热到2500℃以上进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出 φ930×750mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

对比例4

该对比例与实施例2的区别在于：将步骤融合、造粒改为混捏、轧片、二 次磨粉，同时增加多次焙烧、多次浸渍步骤。

分别对实施例1～4以及对比例1～4得到的石墨产品进行性能测试，测试方 法如下：

体积密度：按行业标准YB/T119-1997炭素材料体积密度测定方法测定产品 体积密度；

电阻率：按国家标准GB/T 24525-2009炭素材料电阻率测定方法测定产品 电阻率；

抗折强度：按行业标准YST63.14-2006铝用炭素材料检测方法，采用三点 法用液压万能试验机WE-100测定产品的抗折强度；

抗压强度：按国家标准GB/T 1431-2009炭素材料耐压强度测定方法测定产 品的抗压强度；

硬度：按行业标准JB/T 8133.5-2013电炭制品物理化学性能试验办法第3部 分肖氏硬度测定方法采用肖氏硬度计(型号为HS-19A)测定产品的硬度。

灰分：GB/T 1429-2009炭素材料灰分含量测定方法测定产品的灰分；

热膨胀系数

实施例1～4以及对比例1～4得到的石墨产品进行性能测试结果见下表：

表1实施例1～4以及对比例1～4得到的石墨产品进行性能测试结果

项目

体积密度

电阻率

抗折强度

抗压强度

成品率

肖氏硬度

灰分

实施例1

1.77g/cm<sup>3</sup>

10.5μΩm

39MPa

86MPa

96％

52

0.08％

实施例2

178g/cm<sup>3</sup>

10.2μΩm

41MPa

87MPa

98％

55

0.07％

实施例3

1.77g/cm<sup>3</sup>

10.6μΩm

40MPa

86MPa

97％

53

0.08％

实施例4

1.77g/cm<sup>3</sup>

10.8μΩm

39MPa

85MPa

94％

52

0.09％

对比例1

1.73g/cm<sup>3</sup>

11.0μΩm

37MPa

79MPa

76％

51

0.13％

对比例2

1.74g/cm<sup>3</sup>

10.9μΩm

38MPa

80MPa

89％

52

0.09％

对比例3

1.74g/cm<sup>3</sup>

11.0μΩm

38MPa

81MPa

85％

52

0.10％

对比例4

1.77g/cm<sup>3</sup>

11.3μΩm

39MPa

83MPa

75％

51

0.15％

从表中数据可以看出，本发明实施例1～4制备的φ800～1000mm单晶硅CZ 炉热场石墨材料的性能优异，成品率更高，其中，实施例2采用的原料配比和 工艺参数是本发明相对更优的技术方案，制得的石墨材料的性能最佳，成品率 最高。

对比例1和本发明的实施例2相比，实施例2制备的石墨材料的性能显著 提高：体积密度提高了2.89％，抗折强度提高了10.81％，抗压强度提高了10.13％， 成品率明显提高：成品率提高了22％，对比例1中缺少了改性沥青，说明原料 中加入改性沥青提高了石墨材料的体积密度，显著提高了石墨材料的抗折强度、 抗压强度等力学性能，大大提高了成品率。

对比例2和本发明的实施例2相比，实施例2制备的石墨材料的性能显著 提高：体积密度提高了2.30％，抗折强度提高了7.89％，抗压强度提高了8.75％， 成品率明显提高：成品率提高了9％，对比例2中缺少了聚氧化乙烯，说明原料 中加入聚氧化乙烯提高了石墨材料的体积密度，显著提高了石墨材料的抗折强 度、抗压强度等力学性能，大大提高了成品率。

对比例3和本发明的实施例2相比，实施例2制备的石墨材料的性能显著 提高：体积密度提高了2.30％，抗折强度提高了7.89％，抗压强度提高了7.41％， 成品率明显提高：成品率提高了13％，对比例2中缺少了壳聚糖，说明原料中 加入壳聚糖能够显著提高石墨材料的性能。

对比例4和本发明的实施例2相比，对比例采用的是传统工艺，实施例2 制备的等静压石墨的性能与实施例2相差不大，但是实施例2制备的等静压石 墨成品率明显提高：成品率提高了23％，说明本发明的制备方法不仅显著缩短 了生产周期，减少了工艺流程，而且显著提高了石墨制品的成品率，起到了预 料不到的效果。

总结：

1、本发明一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法中， 在原料中采用壳聚糖、聚氧化乙烯对沥青进行改性，壳聚糖与聚氧化乙烯、沥 青复配作用，能够显著提高等静压石墨制品的性能。

2、本发明的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法中， 采用特定的原料配比与混料方法，原料与制备方法协同作用，在显著提高石墨 材料性能的同时显著提高了石墨材料的成品率。

3、本发明的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法中， 采用融合造粒的方法，减少了沥青熔化、混捏、轧片、二次磨粉等工序，不仅 缩短了工艺流程，而且在显著提高等静压石墨制品的同时还提高了石墨制品的 成品率。

综上所述，本发明能够解决现有技术中等静压石墨制备工序流程长，生产 周期长，成品率低，产品性能差的技术问题，而且同现有技术相比具有如下突 出的实质性特点和显著的进步，其优点如下：

1、本发明采用石油焦、沥青焦为原料A，采用沥青中间相炭微球为原料B 采用改性沥青为原料C，通过合理的科学配比，制备高强度、高密度、高硬度、 低电阻率、低灰分的用于φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场的石墨材料，具有 原料来源广，产品性能优异等优点。

2、本发明中，采用聚氧化乙烯、壳聚糖对沥青改性，增加高温煤沥青的粘 结性，配合沥青中间相炭微球的粘结性、煅后石油焦、煅后沥青焦煅烧的不充 分性，使得生坯块内部应力分布更加均匀，在焙烧和石墨化工序中均衡膨胀收 缩，有效提高残炭值，从而减少浸渍和焙烧的次数，缩短工艺流程，提高了成 品率，降低了成本，同时还能保证产品的各项理化指标，实用性强。

3、本发明的制备方法中在混料时采用原料A先与原料B干混，得到的混合 物再与原料C湿混的特定的混料方法，减少了轧片、二次磨粉等工序，提高了 生坯体积密度和制品的均质性，获取成品率高、性能优异的石墨材料。

4、传统的制备工艺需经过原料破碎、磨粉、混捏、轧片、二次磨粉、等静 压成型、多次焙烧、多次浸渍、石墨化、机加工等工序制成，工序流程长且成 品率低，本发明通过合理的原料配比与科学的工艺参数设置，与传统工艺相比， 本发明的制备方法不仅显著缩短了生产周期，减少了浸渍和二次焙烧工艺流程， 而且显著提高了石墨制品的成品率、机械性能和制品的均匀性，降低了成本， 起到了预料不到的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、配料：以石油焦、沥青焦的混合物为原料A，原料A中石油焦、沥青焦的质量比为40～45：15～20，以沥青中间相炭微球为原料B，以改性沥青为原料C，

所述改性沥青由沥青与聚氧化乙烯、壳聚糖按质量比为4:1:1的比例在反应釜中混合，在250～300℃的条件下混合2～3h得到；

S3、混料：干混后湿混，

所述干混具体为：将原料A与原料B在常温下混合后送至混捏锅中加热搅拌，在140～180℃下干混70～90min，得到干混后的物料D；原料A与原料B的质量比为55～65：30～35；

所述湿混具体为：将原料C加热熔融后送至混捏锅中，与物料D混合，在180～260℃下湿混180～300min，得到糊料，物料D与原料C的质量比为85～100：30～40；

S4、造粒：将糊料冷却至室温，粉碎过30目筛，得到颗粒；

S5、压型、焙烧、石墨化：颗粒经压型、焙烧、石墨化后制得φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。

2.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括：

步骤S1、原料预处理：

石油焦、沥青焦经过1000～1300℃的煅烧，石油焦真密度控制在1.80～2.00g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，沥青焦真密度控制在1.80～1.90g/cm³，挥发分0.5％～3.0％，得到煅后石油焦、煅后沥青焦；

将煅后石油焦、煅后沥青焦磨碎成粉末，粒度控制D50为10～15μm。

3.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的原料A中石油焦、沥青焦的质量比为42：18。

4.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的沥青中间相炭微球为沥青基或煤沥青基在依次经热分解和热缩聚反应后得到均相成核的中间相球体。

5.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述的原料A与原料B的质量比为60：33。

6.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中物料D与原料C的质量比为93：35。

7.根据权利要求1所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S5所述的压型具体为：

将颗粒装入模具密封，抽真空，移至冷等静压机中压制成型，压型压力为70～120MPa，保持0.5～2h，得到生坯。

8.根据权利要求7所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S5所述的焙烧具体为：

将生坯装入耐热钢桶中，填入0.5～3mm的石英砂或焦粉，钢桶再装入焙烧炉中，在隔绝空气的情况下，按升温曲线逐步加热，在最高温度为850～1000℃条件下进行焙烧700～1200h，得到焙烧品。

9.根据权利要求8所述的一种φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤S5所述的石墨化具体为：

将焙烧品放入艾奇逊石墨化炉中，在隔绝空气的情况下，通电通气使焙烧品加热到温度≥2500℃进行提纯石墨化，送电时间200～300h，制造出φ800～1000mm单晶硅CZ炉热场石墨材料。