CN117263706B - 一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法，制备方法包括如下步骤：将石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨加入到混捏机中，得到混料；将混料、改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到辊轧料；将辊轧料加入到压制机中压制成型，得到生坯；将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下焙烧，冷却至室温；制备得到的耐磨低电阻碳材料具有优良的电性能、热性能以及力学性能。

Description

一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳材料领域，具体涉及一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法。
背景技术
石墨具有通过层叠基于碳原子的SP2杂化轨道的碳六边形环生长而成的碳六边形网面来形成的晶体结构，根据其层叠形态分类成六方晶体、菱形晶体，但碳六边形网面内的自由电子、空穴等载流子浓度、迁移率均高，所以显示电、热的良传导性。另一方面，由于碳六边形网面间通过范德华力弱键合，所以层间比较容易滑动变形，因此石墨的强度、硬度与金属材料相比，较柔软，另外具有自润滑性。由于天然出产的天然石墨为多晶体，所以晶体粒子界面受到破坏，产生薄层状，无法得到具有充分的硬度、强度的块状。因此天然石墨根据其粒子尺寸来分级，通常作为填料使用。另一方面，为了利用石墨的优异的特性在各种用途中使用，而需要制造具有可实用的强度、硬度的结构体，天然石墨单体难以得到结构体，所以各种各样的人造石墨材料被逐渐开发、实用化。
目前的高强度、高导热石墨材料普遍采用石油焦或沥青焦与粘接剂和增强剂混合、成型、高温石墨化后制备。天然石墨与其它石油焦、沥青焦相比，具有较高热稳定性、挥发份和热膨胀系数。然而以天然石墨为原料制备的材料强度较低，抗折和抗冲击力学性能很低，在苛刻条件下使用常出现裂纹、开裂、断裂、掉块、剥落和掉渣掉粒等现象。
中国专利文献CN201510099268.X公开了一种炭石墨复合材料的制备方法，原料采用如下粒度和重量百分比配料：炭黑1.5～2.5％，≤1mm石墨5～8％，≤0.075mm煅烧石油焦粉25～30％，1～4mm煅烧石油焦15～20％，4～l0mm电煅无烟煤10～15％，10～16mm电煅无烟煤5～10％，10～16mm煅烧沥青焦5～15％，煤沥青18～20％；短切碳纤维为以上原料总量的1～3％。
中国专利文献CN200710072621.0公开了一种石墨基复合材料的制备方法，将膨胀石墨粉与焦粉混合并压缩形成基体以石墨为主的石墨板，压制压力为5～50MPa；用有机溶剂将沥青溶解，加入增强填料和催化石墨化填料，混合均匀，除去溶剂得到粘结剂混合物；将粘接剂混合物在110～140℃熔融，放入石墨板，施加的气体压力为1～50MPa，浸渍10～120分钟；取出浸渍的石墨板，冷却至室温，进行切割或破碎成小颗粒；将破碎后的混合物放入模具中压制成型。
为了满足电碳行业中的电刷、耐磨材料、石墨坩埚等的需求，现有的人造石墨碳材料在抗折强度、韧性以及耐磨性上仍需提升。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐磨低电阻碳材料及其制备方法，具有优良的电性能、热性能、抗折强度、耐磨性以及韧性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明要求保护一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨加入到混捏机中，得到混料；
(2)将混料、改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到辊轧料；
(3)将辊轧料加入到压制机中压制成型，得到生坯；
(4)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下焙烧，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料。
优选的，步骤(1)中，石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨的重量比为30～50：5～15：20～35：15～25；混捏温度为200～300℃，混捏机转速为1000～2000r/min，混捏时间为1～3h；步骤(2)中，混料与改性碳纤维的重量比为100：8～15，所得辊轧料的粒径为100～200μm；步骤(3)中，压制条件为15～20MPa、150～180℃下压制30～60min；步骤(4)中，焙烧条件为：以30℃/h升温至180～200℃，再以20℃/h升温至400～420℃，然后以40℃/h升温至770～800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温6～8天。
优选的，步骤(1)中，改性鳞片石墨的制备方法包括如下步骤：
a、将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液中，搅拌然后静置，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到乙醇水溶液中，搅拌并超声分散，得到鳞片石墨分散液；
b、将去离子水与无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2～3，然后加入钛酸四丁酯，搅拌1～2h，得到TiO2溶胶；
c、将去离子水与无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2～3，然后加入正硅酸乙酯，搅拌1～2h，得到SiO2溶胶；将TiO2溶胶与SiO2溶胶混合，50～60℃下搅拌6～8h，得到TiO2/SiO2溶胶；
d、将TiO2/SiO2溶胶滴加入鳞片石墨分散液中，密封搅拌反应，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨。
优选的，步骤(2)中，改性碳纤维的制备方法包括如下步骤：
S1、将碳纤维浸渍入丙酮中，反应结束后，将产物洗涤、干燥，然后将碳纤维浸入KH550水溶液中，恒温浸泡，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
S2、将预处理碳纤维、FeCl3·6H2O分散于去离子水中，边搅拌边加入水合肼，超声分散，然后密封搅拌反应，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维。
优选的，步骤a中，KMnO4/H2SO4混合液中KMnO4的浓度为0.1～0.5mol/L，H2SO4的浓度为0.1～0.5mol/L；搅拌10～20min，然后静置30～60min；乙醇水溶液的浓度为20～40wt％，搅拌超声时间0.5～1h。
优选的，步骤b中，去离子水、无水乙醇、钛酸四丁酯的重量比为10：6～12：8～15；步骤c中，去离子水、无水乙醇、正硅酸乙酯的重量比为10：8～10：6～12，TiO2溶胶与SiO2溶胶的体积比为1～2：1。
优选的，步骤d中，TiO2/SiO2溶胶与鳞片石墨分散液的体积比为1～2：3，鳞片石墨分散液中鳞片石墨质量分数为20～30wt％；TiO2/SiO2溶胶2～4h滴完，搅拌反应条件为120～140℃下水热反应12～18h。
优选的，步骤S1中，反应条件为70～80℃下反应30～60min；KH550水溶液的浓度为5～10wt％，碳纤维与KH550水溶液的重量比为1：4～6；恒温浸泡条件为60～80℃下浸泡2～3h。
优选的，步骤S2中，预处理碳纤维、FeCl3·6H2O、去离子水、水合肼的重量比为10：2～4：30～50：1～3；超声分散时间4～6h，搅拌反应条件为140～160℃下反应6～8h。
本发明还要求保护一种所述制备方法制备得到的耐磨低电阻碳材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明提供了一种耐磨低电阻碳材料，主要原料是石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨、改性碳纤维，通过混捏、辊轧、压制、焙烧等工艺，制备得到的碳材料轻量化、一体化程度高，电阻率低，抗折和抗冲击力学性能高，表现出良好的减磨自润滑性能以及耐热耐电弧性能。
2)本发明提供了一种改性鳞片石墨，首先利用KMnO4/H2SO4混合液改善鳞片石墨的界面性能、增加表面官能团数目，为后续纳米TiO2及纳米SiO2的原位生成做准备；纳米材料比表面积大且表面能极高，因此有很强的团聚性，本发明首先制备得到TiO2溶胶和纳米SiO2溶胶，通过原位生成使其均匀分布在鳞片石墨表面，后续又以鳞片石墨为碳源，以气氛中的N2为氮源，高温条件下在界面处原位反应生成TiN、TiNC、SiC、Si3N4等纳米晶须或颗粒，Ti基和Si基纳米陶瓷材料协同提高了碳材料的致密度，同时起到了增强、增韧、提高耐磨性的作用。
3)本发明提供了一种改性碳纤维，首先利用丙酮除去碳纤维表面的疏水涂层，使其具有亲水性，然后利用KH550对碳纤维进行改性，一方面使其表面活化，增加碳纤维表面的反应位点，有利于后续纳米Fe3O4的包覆，另一方面，通过KH550将-NH2和有机长链接枝到碳纤维表面，能够改善碳纤维与油性碳基体之间的相容性，增强碳纤维与基体界面处的电导性能；后续又利用水合肼做还原剂将纳米Fe3O4负载在碳纤维表面，能够削弱碳纤维的团聚，使碳纤维均匀分布在碳基体中，与改性鳞片石墨协同形成导电通路，从而降低复合材料的电阻率；碳纤维具有高的比强度和比模量，改性后的碳纤维能够充分发挥其补强效果，有效提高碳材料的抗折抗压强度和韧性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如无特殊说明外，本发明中的化学试剂和材料均通过市场途径购买或通过市场途径购买的原料合成。
石油焦：粒度为-325目，水分≤1％，灰分≤1％，采用低硫熟焦块状；
沥青焦：真密度≥2.10g/cm3，灰分≤0.5％，挥发分<0.8％；
炭黑：电阻率为0.6～1.0μΩ·m，粒径为45～60μm；
鳞片石墨：200～300目；
碳纤维为短切碳纤维，长度为1～5mm，优选为2～3mm。
下面通过具体实施例，来对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液(KMnO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为0.3mol/L)中，搅拌20min然后静置60min，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到40wt％乙醇水溶液中，搅拌并超声分散1h，得到鳞片石墨分散液；
(2)将10kg去离子水与12kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入15kg钛酸四丁酯，搅拌2h，得到TiO2溶胶；
(3)将10kg去离子水与10kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入12kg正硅酸乙酯，搅拌2h，得到SiO2溶胶；将20L TiO2溶胶与10L SiO2溶胶混合，60℃下搅拌8h，得到TiO2/SiO2溶胶；
(4)将20LTiO2/SiO2溶胶滴加入30L 20wt％鳞片石墨分散液中，4h滴完，密封、140℃下水热反应18h，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
(5)将碳纤维浸渍入丙酮中，80℃下反应60min，将产物洗涤、干燥，然后将1kg碳纤维浸入6kg 10wt％KH550水溶液中，80℃下恒温浸泡3h，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
(6)将10kg预处理碳纤维、4kg FeCl3·6H2O分散于50kg去离子水中，边搅拌边加入3kg水合肼，超声分散6h，然后密封、160℃下搅拌反应8h，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
(7)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg改性鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(8)将100kg混料、14kg改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(9)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(10)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料。
实施例2
一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液(KMnO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为0.3mol/L)中，搅拌10min然后静置30min，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到20wt％乙醇水溶液中，搅拌并超声分散0.5h，得到鳞片石墨分散液；
(2)将10kg去离子水与6kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2，然后加入8kg钛酸四丁酯，搅拌1h，得到TiO2溶胶；
(3)将10kg去离子水与8kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2，然后加入6kg正硅酸乙酯，搅拌1h，得到SiO2溶胶；将10LTiO2溶胶与10L SiO2溶胶混合，50℃下搅拌6h，得到TiO2/SiO2溶胶；
(4)将10LTiO2/SiO2溶胶滴加入30L 20wt％鳞片石墨分散液中，2h滴完，密封、120℃下水热反应12h，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
(5)将碳纤维浸渍入丙酮中，70℃下反应30min，将产物洗涤、干燥，然后将1kg碳纤维浸入4kg 5wt％KH550水溶液中，60℃下恒温浸泡2h，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
(6)将10kg预处理碳纤维、2kg FeCl3·6H2O分散于30kg去离子水中，边搅拌边加入1kg水合肼，超声分散4h，然后密封、140℃下搅拌反应6h，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
(7)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg改性鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(8)将100kg混料、14kg改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(9)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(10)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料。
实施例3
一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液(KMnO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为0.3mol/L)中，搅拌15min然后静置45min，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到30wt％乙醇水溶液中，搅拌并超声分散1h，得到鳞片石墨分散液；
(2)将10kg去离子水与10kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2.5，然后加入12kg钛酸四丁酯，搅拌1.5h，得到TiO2溶胶；
(3)将10kg去离子水与9kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至2.5，然后加入10kg正硅酸乙酯，搅拌1.5h，得到SiO2溶胶；将15LTiO2溶胶与10L SiO2溶胶混合，55℃下搅拌7h，得到TiO2/SiO2溶胶；
(4)将15LTiO2/SiO2溶胶滴加入30L 20wt％鳞片石墨分散液中，3h滴完，密封、130℃下水热反应15h，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
(5)将碳纤维浸渍入丙酮中，75℃下反应45min，将产物洗涤、干燥，然后将1kg碳纤维浸入5kg 8wt％KH550水溶液中，70℃下恒温浸泡2.5h，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
(6)将10kg预处理碳纤维、3kg FeCl3·6H2O分散于40kg去离子水中，边搅拌边加入2kg水合肼，超声分散5h，然后密封、150℃下搅拌反应7h，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
(7)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg改性鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(8)将100kg混料、14kg改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(9)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(10)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料。
实施例4
一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液(KMnO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为0.3mol/L)中，搅拌15min然后静置50min，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到35wt％乙醇水溶液中，搅拌并超声分散1h，得到鳞片石墨分散液；
(2)将10kg去离子水与11kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入14kg钛酸四丁酯，搅拌1.5h，得到TiO2溶胶；
(3)将10kg去离子水与9kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入11kg正硅酸乙酯，搅拌1.5h，得到SiO2溶胶；将18L TiO2溶胶与10L SiO2溶胶混合，60℃下搅拌7h，得到TiO2/SiO2溶胶；
(4)将18LTiO2/SiO2溶胶滴加入30L 20wt％鳞片石墨分散液中，3h滴完，密封、130℃下水热反应15h，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
(5)将碳纤维浸渍入丙酮中，75℃下反应50min，将产物洗涤、干燥，然后将1kg碳纤维浸入5kg 10wt％KH550水溶液中，75℃下恒温浸泡3h，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
(6)将10kg预处理碳纤维、3kg FeCl3·6H2O分散于45kg去离子水中，边搅拌边加入2.5kg水合肼，超声分散5h，然后密封、150℃下搅拌反应7h，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
(7)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg改性鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(8)将100kg混料、14kg改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(9)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(10)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料。
对比例1
一种碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将碳纤维浸渍入丙酮中，80℃下反应60min，将产物洗涤、干燥，然后将1kg碳纤维浸入6kg 10wt％KH550水溶液中，80℃下恒温浸泡3h，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
(2)将10kg预处理碳纤维、4kg FeCl3·6H2O分散于50kg去离子水中，边搅拌边加入3kg水合肼，超声分散6h，然后密封、160℃下搅拌反应8h，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维；
(3)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(4)将100kg混料、14kg改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(5)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(6)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到所述碳材料。
对比例2
一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液(KMnO4的浓度为0.3mol/L，H2SO4的浓度为0.3mol/L)中，搅拌20min然后静置60min，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到40wt％乙醇水溶液中，搅拌并超声分散1h，得到鳞片石墨分散液；
(2)将10kg去离子水与12kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入15kg钛酸四丁酯，搅拌2h，得到TiO2溶胶；
(3)将10kg去离子水与10kg无水乙醇混合，加入36wt％浓盐酸调节pH至3，然后加入12kg正硅酸乙酯，搅拌2h，得到SiO2溶胶；将20L TiO2溶胶与10L SiO2溶胶混合，60℃下搅拌8h，得到TiO2/SiO2溶胶；
(4)将20LTiO2/SiO2溶胶滴加入30L 20wt％鳞片石墨分散液中，4h滴完，密封、140℃下水热反应18h，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
(5)将40kg石油焦、12g沥青焦、28kg炭黑、18kg改性鳞片石墨加入到转速为1500r/min的混捏机中，在250℃下混捏2h，得到混料；
(6)将100kg混料、14kg碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到100～200μm辊轧料；
(7)将辊轧料加入到压制机中，在20MPa、180℃下压制60min成型，得到生坯；
(8)将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下，以30℃/h升温至180℃，再以20℃/h升温至400℃，然后以40℃/h升温至800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温8天，冷却至室温，得到所述碳材料。
将实施例1～4、对比例1～2制备所得受电弓滑板进行物理性能测试，采用四探针法在高精度电阻率测试仪中测量材料的电阻率(试样尺寸3mm×4mm×36mm，测试方向平行于长轴向)，抗折强度参考JB/T8133.7-2013《电炭制品物理化学性能试验方法第7部分：抗折强度》，抗压强度参考JB/T 8133.8-2013《电炭制品物理化学性能试验方法第8部分：抗压强度》，冲击韧性测试在电子万能试验机上进行(试样尺寸为5×5×55mm)，加载方向垂直于长轴向；载流磨损率在HUNC-1电动工具测功机上测试，具体数据见表1。
表1碳材料物理性能数据
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐磨低电阻碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨加入到混捏机中，得到混料；
（2）将混料、改性碳纤维加入到辊轧机中压实成片状物，再将片状物粉碎，循环此过程3次，得到辊轧料；
（3）将辊轧料加入到压制机中压制成型，得到生坯；
（4）将生坯加入到烧结炉中，在N2气氛下焙烧，冷却至室温，得到耐磨低电阻碳材料；
步骤（1）中，改性鳞片石墨的制备方法包括如下步骤：
a、将鳞片石墨分散至KMnO4/H2SO4混合液中，搅拌然后静置，将产物过滤、洗涤、干燥，然后将其加入到乙醇水溶液中，搅拌并超声分散，得到鳞片石墨分散液；
b、将去离子水与无水乙醇混合，加入36wt%浓盐酸调节pH至2~3，然后加入钛酸四丁酯，搅拌1~2h，得到TiO2溶胶；
c、将去离子水与无水乙醇混合，加入36wt%浓盐酸调节pH至2~3，然后加入正硅酸乙酯，搅拌1~2h，得到SiO2溶胶；将TiO2溶胶与SiO2溶胶混合，50~60℃下搅拌6~8h，得到TiO2/SiO2溶胶；
d、将TiO2/SiO2溶胶滴加入鳞片石墨分散液中，密封搅拌反应，将产物抽滤、洗涤、干燥，得到改性鳞片石墨；
步骤（2）中，改性碳纤维的制备方法包括如下步骤：
S1、将碳纤维浸渍入丙酮中，反应结束后，将产物洗涤、干燥，然后将碳纤维浸入KH550水溶液中，恒温浸泡，将产物洗涤、干燥，得到预处理碳纤维；
S2、将预处理碳纤维、FeCl3·6H2O分散于去离子水中，边搅拌边加入水合肼，超声分散，然后密封搅拌反应，将产物过滤、洗涤、干燥，得到改性碳纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，石油焦、沥青焦、炭黑、改性鳞片石墨的重量比为30~50：5~15：20~35：15~25；混捏温度为200~300℃，混捏机转速为1000~2000r/min，混捏时间为1~3h；步骤（2）中，混料与改性碳纤维的重量比为100：8~15，所得辊轧料的粒径为100~200μm；步骤（3）中，压制条件为15~20MPa、150~180℃下压制30~60min；步骤（4）中，焙烧条件为：以30℃/h升温至180~200℃，再以20℃/h升温至400~420℃，然后以40℃/h升温至770~800℃，最后以60℃/h升温至1100℃并保温6~8天。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，KMnO4/H2SO4混合液中KMnO4的浓度为0.1~0.5mol/L，H2SO4的浓度为0.1~0.5mol/L；搅拌10~20min，然后静置30~60min；乙醇水溶液的浓度为20~40wt%，搅拌超声时间0.5~1h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，去离子水、无水乙醇、钛酸四丁酯的重量比为10：6~12：8~15；步骤c中，去离子水、无水乙醇、正硅酸乙酯的重量比为10：8~10：6~12，TiO2溶胶与SiO2溶胶的体积比为1~2：1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤d中，TiO2/SiO2溶胶与鳞片石墨分散液的体积比为1~2：3，鳞片石墨分散液中鳞片石墨质量分数为20~30wt%；TiO2/SiO2溶胶2~4h滴完，搅拌反应条件为120~140℃下水热反应12~18h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，反应条件为70~80℃下反应30~60min；KH550水溶液的浓度为5~10wt%，碳纤维与KH550水溶液的重量比为1：4~6；恒温浸泡条件为60~80℃下浸泡2~3h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，预处理碳纤维、FeCl3·6H2O、去离子水、水合肼的重量比为10：2~4：30~50：1~3；超声分散时间4~6h，搅拌反应条件为140~160℃下反应6~8h。
8.一种如权利要求1~7任一项所述制备方法制备得到的耐磨低电阻碳材料。
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