CN113213937B - 一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，包括如下步骤：将焦炭进行高温煅烧、粉碎，得到焦炭粉；将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块；将高纯石墨块进行化学方法石墨化提纯处理，得到超高纯石墨材料。该制备工艺简单，无需多次焙烧、浸渍，减少制粉时间，焙烧时间，石墨化时间，从而大大缩短石墨材料生产周期，简化了工艺，提高了等静压石墨的生产效率，且成品率高；此外，该制备工艺制作出来的石墨材料物理参数稳定，稳定性好，尤其体积密度比传统冷等静压石墨工艺制作出的石墨材料更加靠近石墨的真密度，致密性好，密度高，石墨性能更加优异。

Description

一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺
技术领域
本发明涉及等静压石墨材料制备技术领域，具体涉及一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺。
背景技术
等静压石墨是一种性能优异的新型石墨材料，具有优异的性能，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，在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能，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。
目前，传统石墨材料制作的工艺主要采用冷等静压制作工艺进行制备，然而，该传统制作工艺流程繁琐、需要控制的工艺流程程序多、很难控制每一个工艺点，批量制作出来的石墨材料稳定性差，一致性很难保证，常出现的问题是石墨材料的沙孔和裂纹现象繁多，制作高等级的超高纯石墨材料很难，不易制作，制作时间周期漫长，生产成本很高，成品率低；
传统冷等静压石墨生产制作工艺如图2所示，一般都是采用经过高温2000℃-3000℃左右煅烧后石油焦或沥青焦，其真密度不大于2.08g/cm3，经过多次沥青浸渍、多次焙烧、最后石墨化和或纯化后制得所需石墨材料，需要6～8个月制作周期有的甚至更长时间，强度在30～45MPa，比重1.75g/cm3～1.80g/cm3，3～4个月的浸渍与焙烧时间，焙烧生产工艺会对环境产生污染，资金投入多时间长，经济效益见效慢。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺通过高温高压一次成型工艺制备等静压石墨材料，该制备工艺简单，无需多次焙烧、浸渍，提高了等静压石墨的生产效率。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明第一方面提供一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
(a)将焦炭进行高温煅烧、粉碎，得到焦炭粉；
(b)将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块；
(c)将高纯石墨块进行化学方法石墨化提纯处理，得到超高纯石墨材料。
优选地，所述步骤(b)中，热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1500～1700℃和140～160Mpa并保温保压40～50min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至1900～2200℃和180～190Mpa并保温保压50～70min，待保温保压结束后，降温至1700～2000℃，随后，按照100～300℃和10～20Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔5～10min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温30～50min，再按照100～300℃进行梯度降温至常温。
优选地，所述步骤(a)中，高温煅烧温度为2800～3200℃；焦炭中含硫量小于0.5％；焦炭粉纯度大于99.99％。
优选地，所述步骤(a)中，焦炭为沥青焦和/或石油焦。
优选地，所述步骤(a)中，焦炭粉粒径为5～15μm。
优选地，所述步骤(b)中，焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂的重量份配比如下：
焦炭粉65～95份、改性沥青粉30～40份和添加剂1～10份。
优选地，所述步骤(b)中，黏结剂改性沥青粉的粒径为50～100μm；添加剂粒径为15～30μm。
优选地，所述添加剂包括炭黑、碳化硅、碳纤维、酚醛树脂和高纯天然石墨粉中的至少一种。
优选地，所述化学方法石墨化提纯处理包括：
将高纯石墨块在2800～3200℃下焙烧20～40天。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明上述制备工艺通过高温高压一次成型工艺制备等静压石墨材料，该制备工艺简单，无需多次焙烧、浸渍，减少制粉时间，焙烧时间，石墨化时间，等静压石墨材料产品转换市场快，从而大大缩短石墨材料生产周期，简化了工艺，提高了等静压石墨材料的生产效率，且成品率高；此外，该制备工艺制作出来的石墨材料物理参数稳定，稳定性好，尤其体积密度比传统冷等静压石墨工艺制作出的石墨材料更加靠近石墨的真密度，致密性好，密度高，石墨性能更加优异。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺的流程图；
图2为本发明背景技术中现有冷等静压石墨材料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
传统冷等静压石墨生产制作工艺一般都是采用经过高温2000℃-3000℃左右煅烧后石油焦或沥青焦，其真密度不大于2.08g/cm3，经过多次沥青浸渍、多次焙烧、最后石墨化和纯化后制得所需石墨材料，需要6～8个月制作周期有的甚至更长时间，强度在30～45MPa，比重1.75g/cm3～1.80g/cm3，3～4个月的浸渍与焙烧时间，焙烧生产工艺会对环境产生污染，资金投入多时间长，经济效益见效慢。
有鉴于此，本发明提供一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，如图1所示，该制备工艺包括如下步骤：
(a)将焦炭进行高温煅烧、粉碎，得到焦炭粉；
(b)将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块；
(c)将高纯石墨块进行化学方法石墨化提纯处理，得到超高纯石墨材料。
本发明上述制备工艺通过高温高压一次成型工艺制备等静压石墨，该制备工艺简单，无需多次焙烧、浸渍，减少制粉时间，焙烧时间，石墨化时间，等静压石墨材料产品转换市场快，从而大大缩短石墨材料生产周期，简化了工艺，提高了等静压石墨材料的生产效率，且成品率高；此外，该制备工艺制作出来的石墨材料物理参数稳定，稳定性好，尤其体积密度比传统冷等静压石墨工艺制作出的石墨材料更加靠近石墨的真密度，致密性好，密度高，石墨性能更加优异。
进一步地，步骤(b)中，热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1500～1700℃和140～160Mpa并保温保压40～50min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至1900～2200℃和180～190Mpa并保温保压50～70min，待保温保压结束后，降温至1700～2000℃，随后，按照100～300℃和10～20Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔5～10min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温30～50min，再按照100～300℃进行梯度降温至常温。
通过对热等静压成型过程的具体限定，能够实现一次石墨材料成型，大大缩短石墨材料生产周期，简化了工艺，提高了等静压石墨材料的生产效率，且成品率高。
进一步地，步骤(a)中，高温煅烧温度为2800～3200℃；焦炭中含硫量小于0.5％；焦炭粉纯度大于99.99％。通过对焦炭进行高温煅烧，能够去除杂质提高纯度。
本发明中对焦炭的具体种类不作严格限制，例如，可以采用本领域制备等静压石墨的常规焦炭；在一些实施方式中，焦炭为沥青焦和/或石油焦。
进一步地，步骤(a)中焦炭粉粒径为5～15μm。在本发明中对各原料的配比不作严格限制，优选地，可以根据制备产品性能进行常规选择；更优选地，焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂的重量份配比如下：
焦炭粉65～95份、黏结剂改性沥青粉30～40份和添加剂1～10份。具体地，在一实施方式中，焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂的重量份配比如下：
焦炭粉80份、黏结剂改性沥青粉35份和添加剂5份。
在一些实施方式中，步骤(b)中，黏结剂改性沥青粉的粒径为50～100μm；添加剂粒径为15～30μm。
在一些实施方式中，化学方法石墨化提纯处理包括：
将高纯石墨块在2800～3200℃下焙烧20～40天。
本发明对添加剂的种类不作严格限制，例如，可以选择本领域制备石墨的常规添加剂；优选地，添加剂包括炭黑、碳化硅、碳纤维、酚醛树脂和高纯天然石墨粉中的至少一种。
下面通过具体的实施例，对本发明一次成型超高纯石墨的制备工艺进行详细说明。
实施例1
本实施例为一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：
(a)将含硫量为0.42％的石油焦在3200℃高温煅烧，再粉碎至5～15μm，得到纯度为99.993％的焦炭粉；
(b)按照焦炭粉95份、粒径为50～100μm的黏结剂改性沥青粉30份和粒径为15～30μm的添加剂10份将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块，其中，添加剂为炭黑；热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1700℃和160Mpa并保温保压40min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至2200℃和190Mpa并保温保压50min，待保温保压结束后，降温至2000℃，随后，按照300℃和20Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔10min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温50min，再按照200℃进行梯度降温至常温；
(c)将高纯石墨块在3200℃下焙烧20天，得到超高纯石墨材料。
实施例2
本实施例为一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：
(a)将含硫量为0.42％的石油焦在2800℃高温煅烧，再粉碎至5～15μm，得到纯度为99.998％的焦炭粉；
(b)按照焦炭粉65份、粒径为50～100μm的黏结剂改性沥青粉40份和粒径为15～30μm的添加剂1份将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块，其中，添加剂为质量比为5：1的炭黑和酚醛树脂；热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1500℃和140Mpa并保温保压50min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至1900℃和180Mpa并保温保压70min，待保温保压结束后，降温至1700℃，随后，按照100℃和10Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔5min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温40min，再按照200℃进行梯度降温至常温；
(c)将高纯石墨块在2800℃下焙烧40天，得到超高纯石墨材料。
实施例3
本实施例为一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：
(a)将含硫量为0.42％的石油焦在3000℃高温煅烧，再粉碎至5～15μm，得到纯度为99.999％的焦炭粉；
(b)按照焦炭粉80份、粒径为50～100μm的黏结剂改性沥青粉35份和粒径为15～30μm的添加剂5份将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块，其中，添加剂为碳化硅；热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1600℃和150Mpa并保温保压45min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至2000℃和180Mpa并保温保压60min，待保温保压结束后，降温至1800℃，随后，按照200℃和15Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔8min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温30min，再按照200℃进行梯度降温至常温；
(c)将高纯石墨块在3000℃下焙烧30天，得到超高纯石墨材料。
对照例1
本对照例为一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺与实施例3中的制备工艺基本相同，区别仅在于步骤(b)如下：
(b)按照焦炭粉80份、粒径为50～100μm的黏结剂改性沥青粉35份和粒径为15～30μm的添加剂5份将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块，其中，添加剂为碳化硅；热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1200℃和80Mpa并保温保压45min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至2000℃和180Mpa并保温保压60min，待保温保压结束后，降温至1800℃，随后，按照200℃和15Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔8min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温30min，再按照200℃进行梯度降温至常温。
对照例2
本对照例为一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，该制备工艺与实施例3中的制备工艺基本相同，区别仅在于步骤(b)如下：
(b)按照焦炭粉80份、粒径为50～100μm的黏结剂改性沥青粉35份和粒径为15～30μm的添加剂5份将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块，其中，添加剂为碳化硅；热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1600℃和150Mpa并保温保压45min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；得到混合产物；再将混合产物升温至2000℃保温60min，同时保温期间进行换气，随后，按照200℃进行梯度降温降压至常温，且每两次降温间隔8min。
实验例
按照实施例1～3以及对照例1～2中的方法分别制备得到超高纯等静压石墨材料，并分别按照如下方法分别计算得到体积密度、电阻率、抗压强度、抗折强度、肖氏硬度、氧化温度和灰分；
采用阿基米德原理，利用排水法进行测试体积密度，具体地，分别测量样品在空气中和水中的质量，质量差除以水的密度得出样品的体积，然后用空气中的质量除以前面算出的体积得到密度。
采用GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法对样品进行表面电阻率的测定；
采用GB/7314-2017金属材料室温压缩试验方法测定抗压强度；
采用GB/T 9341-2008塑料弯曲性能的测定方法测定抗折强度；
采用GB/T 2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)转换成(肖氏硬度)进行测定；
ISO 1135B-1:2014塑料高聚物热量的分析法(TG)第一部分：一般原则，测定氧化温度；
采用GB/T9345.1中的方法测定样品灰分；
测定结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003046311800000091
由表1可知：
本申请实施例通过高温高压一次成型工艺制备得到的超高纯等静压石墨材料物理参数稳定，稳定性好，尤其体积密度比传统冷等静压石墨工艺制作出的石墨材料更加靠近石墨的真密度，致密性好，密度高，石墨性能更加优异；通过实施例3与对照例1～2相比，本发明通过特定的热等静压工艺能够更好的提高制备得到的等静压石墨材料的整体性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种一次成型超高纯等静压石墨材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将焦炭进行高温煅烧、粉碎，得到焦炭粉；
(b)将焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂进行混捏，得到混合物料，再将混合物料进行热等静压成型，得到高纯石墨块；
(c)将高纯石墨块进行化学方法石墨化提纯处理，得到超高纯石墨材料；
所述步骤(b)中，热等静压成型包括：
将混合物料置于成型模具中，抽真空后开始注入氮气或氩气，然后，升温升压至1500～1700℃和140～160Mpa并保温保压40～50min，同时当混合物料升温至1000℃时，开始进行换气；然后，继续升温升压至1900～2200℃和180～190Mpa并保温保压50～70min，待保温保压结束后，降温至1700～2000℃，随后，按照100～300℃和10～20Mpa进行梯度降温降压至常温常压，且每两次降温降压间隔5～10min；最后，再次抽真空并注入氯气或氟气后，升温至2200℃保温30～50min，再按照100～300℃进行梯度降温至常温。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(a)中，高温煅烧温度为2800～3200℃；焦炭中含硫量小于0.5％；焦炭粉纯度大于99.99％。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(a)中，焦炭为沥青焦和/或石油焦。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(a)中，焦炭粉粒径为5～15μm。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中，焦炭粉、黏结剂改性沥青粉和添加剂的重量份配比如下：
焦炭粉65～95份、改性沥青粉30～40份和添加剂1～10份。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤(b)中，黏结剂改性沥青粉的粒径为50～100μm；添加剂粒径为15～30μm。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述添加剂包括炭黑、碳化硅、碳纤维、酚醛树脂和高纯天然石墨粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述化学方法石墨化提纯处理包括：
将高纯石墨块在2800～3200℃下焙烧20～40天。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI785803B (zh) * 2021-09-15 2022-12-01 中國鋼鐵股份有限公司 等方向性石墨塊材組成物及等方向性石墨塊材之製造方法
CN113831128B (zh) * 2021-09-30 2023-02-28 宁波江丰电子材料股份有限公司 一种石墨热等静压成型的加工方法
CN114920577A (zh) * 2022-06-01 2022-08-19 山东卓越高新材料科技有限公司 一种碳石墨材料及其制备方法
CN115196628A (zh) * 2022-07-09 2022-10-18 唐山金湾特碳石墨有限公司 一种一次成型制作纤维增强负极载体的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4202868A (en) * 1976-07-01 1980-05-13 Maruzen Petrochemical Co., Ltd. Production of high-density carbon materials
JPS6424071A (en) * 1987-07-18 1989-01-26 Kobe Steel Ltd Carbon material and its production
CN103620331A (zh) * 2011-05-27 2014-03-05 西格里碳素欧洲公司 通过半石墨化包含C和Si的混合物获得的用于高炉内衬的耐火材料

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102557015B (zh) * 2010-12-31 2015-10-07 上海杉杉科技有限公司 一种各向同性细结构炭材料及其制备方法
CN104591150A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 青岛泰浩达碳材料有限公司 等静压石墨的生产方法
CN104401982B (zh) * 2014-11-13 2016-08-31 福建翔丰华新能源材料有限公司 一种核石墨材料制备方法
CN105884357B (zh) * 2016-04-13 2019-01-29 湖南省长宇新型炭材料有限公司 一种用于热压成型的石墨模具材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4202868A (en) * 1976-07-01 1980-05-13 Maruzen Petrochemical Co., Ltd. Production of high-density carbon materials
JPS6424071A (en) * 1987-07-18 1989-01-26 Kobe Steel Ltd Carbon material and its production
CN103620331A (zh) * 2011-05-27 2014-03-05 西格里碳素欧洲公司 通过半石墨化包含C和Si的混合物获得的用于高炉内衬的耐火材料

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