CN1646668A - 基于掺合的沥青/煤的碳泡沫材料 - Google Patents

基于掺合的沥青/煤的碳泡沫材料 Download PDF

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Abstract

按照本发明，主要用描述于美国专利申请序列编号09/902,828相一致的方法来生产碳泡沫材料，但所用的原料包含按重量计约10至约90％的磨碎的石油沥青和按重量计约90至约10％的烟煤颗粒，后者所呈现的自由膨胀指数为大约3.5至大约5.0。

Description

基于掺合的沥青/煤的碳泡沫材料
发明领域
本发明涉及低密度、高强度的碳泡沫材料，它是通过石油沥青和煤颗粒掺合物的受控发泡过程制备的。
发明背景
ASTM标准DD 5515-97，即“烟煤膨胀性质测定的标准试验方法”和D 720-91，即“煤炭自由膨胀指数的标准试验方法”两者规定了在非受控燃烧情况下加热时测量煤炭“膨胀”固有性质的条件。因此，在原有技术中煤炭膨胀的自然倾向是众所周知的。然而，尽我们所知，还没有人试图通过受控“膨胀”煤炭产品来利用煤炭的这一性质，以获得高度有用的、低密度、多孔碳产品。
2001年7月7日提交的美国专利申请序列编号09/902,828中描述了一种基于煤炭的蜂窝状或多孔的产品，其密度优选在约0.1克/厘米3和约0.8克/厘米3之间，它是通过在非氧化氛围中在一种“模具”中控制性地加热直径优选在大约1/4英寸的煤炭颗粒来制备的。按照其中具体的优选实施方案，原料煤炭所具有的自由膨胀指数用上述ASTM D 720试验测定在约3.5至约5.0之间。用这种方法产生的多孔产品，优选以网状形式或接近网状的形式，可被机加工、粘合或组装来生产多种低值、低密度的产品，或以它成型的形式用作滤器、热或电的绝缘体等。这种蜂窝状产品无需进一步处理和/或加入强化添加剂，即已呈现出高至大约4,000psi的压缩强度。用适当材料浸渍或并入各种增进强度的添加剂可进一步增加这类蜂窝状材料的压缩、拉伸及其它性质。通过碳化或石墨化的进一步处理，可以产生能被用作电或热导体的蜂窝状产品。
通过石油沥青的发泡，主要是通过使用气流吹入或发泡剂，已经生产出多种碳泡沫材料。虽然这些材料、即碳泡沫材料呈现出比用上述美国专利申请中所述方法产生的基于煤炭的碳泡沫材料更高的导热性，但它们的强度弱得多，因而不宜被用于这样的领域，其中诸如压缩、拉伸和剪切强度这类物理性质以及对撞击的耐受性等都具有相当的重要性。
这样，虽然在上述美国专利申请中描述的产品和方法以及那些由石油沥青通过一些竞争性方法产生的产品对某些特定目的已是完全满意的，这些特定目的或者是要求产品具有高强度而可不顾及其导热性，或者是反过来，但仍然相信有必要提供具有更低密度、即低于约0.4克/厘米3量级并具有各种孔眼大小和增加的导热性的泡沫材料，后者呈现的强度应达到上述基于煤炭的碳泡沫材料。另外，还高度希望它具有更好的调整上述性质的能力以满足特定的需要。
发明目的
这样，本发明的一个目的是，提供由一些原料所生产的碳泡沫材料，这些原料允许对产品的下列性质如泡沫密度、更大的孔眼大小范围和增进的导热性等进行更好的控制和改变，以满足特定的最终应用需要。
本发明的另一个目的是，提供这样的材料和方法，所用原料至少部分地不同于在上述美国专利申请序列编号09/902,808中所描述的那些。
发明概要
按照本发明，主要按照上述美国专利申请序列编号09/902,808中所描述的方法来生产碳泡沫材料，但是所用的原料包含按重量计约10至约90％的磨碎的石油沥青以及由按重量计约90至约10％的烟煤颗粒，后者呈现的自由膨胀指数约3.5至约5.0。石油焦炭相对较低的熔点允许这种材料环绕煤炭颗粒流动，从而在煤炭颗粒发泡开始以前包封这些煤炭颗粒，于是使得呈现出更大泡沫或孔眼大小的碳泡沫材料得以生产出来，并因而比使用单独的煤炭颗粒原料以普通方法生产出来的产品具有更低的密度。石油沥青的存在允许生产出呈现增进导热性的碳泡沫材料。在碳泡沫材料生产工艺中改变掺合物中石油沥青和煤炭颗粒的相对数量允许配制出定制的碳泡沫材料，后者在原料中煤炭颗粒提供的强度和石油沥青提供的导热性之间表现出合适的平衡。
发明详述
按照本发明，是在非氧化氛围中通过在“模具”中控制性加热粉状煤炭/石油沥青掺合物而生产出预制的低密度、即密度为约0.1克至约0.5克/厘米3并优选约0.1至0.4克/厘米3的蜂窝状产品，该粉状煤炭颗粒掺合物优选直径小于约1/4英寸并掺合有按重量计约10至约90％的磨碎的石油沥青(其颗粒大小也优选直径小于1/4英寸)。
原料煤炭可包括含地沥青的煤、无烟煤或甚至是褐煤，或这些煤炭的掺合物，只要它按ASTM D720方法测定的“自由膨胀指数”在约3.5至约5.0之间，优选在3.75至4.5之间，但是优选已粉碎到适当颗粒大小、优选低于约-60至-80筛目的粉细颗粒的含沥青的烧结煤。最优选的煤原料是所谓“高挥发性”的含沥青煤，如下面要描述的。按照本发明进一步的优选实施方案，原料煤炭应呈现出以下一系列特性中的一项或多项，最好是所有各项，即1)挥发性物质含量(基于干燥、无灰份的)在约35和45％之间，这是按ASTM D3175，即“煤和焦炭分析中挥发性物质的试验方法”测定的，即所谓“高挥发性”煤炭；2)固定碳含量(基于干燥物)在约50和60％之间，这是按ASTM D3172，即“煤和焦炭的组份分析实验”测定的；3)Gieseler初始软化温度在大约380℃至约400℃之间，这是按ASTM D2639，即“用恒定转矩Gieseler塑性计测定煤炭塑性的试验方法”测定的；4)塑性温度范围在约50℃以上，这是用ASTM D 2639方法测定的；5)最大流动性至少为300ddpm(每分钟的刻度盘刻度)并优选大于2000ddpm，如用ASTM D 2639方法所测定的那样；6)膨胀大于约20％，优选大于约100％，如用Armu膨胀试验所测定的那样；7)煤榆胶反射度为约0.80至约0.95范围内，如用ASTM D 2798方法所测定的那样，该方法称为“抛光的煤样品中煤榆胶反射度的显微镜测定方法”；8)低于约30％的惰性的煤中矿物组分细微组织材料，诸如半不透明碳化细胞构造、暗色煤、不透明碳化细胞构造以及矿物质，如用ASTM D 2798方法所测定的那样；9)没有明显的煤炭氧化发生(0.0体积％的中度至严重的氧化)，如用ASTM D 2798方法以及非煤中矿物组分的细微组织分析方法所测定的那样。
低的软化点(380-400℃)是很重要的，从而使材料在挥发和结焦发生之前即软化并且是塑性的。大的塑性工作范围或“塑性范围”的重要性在于它允许煤炭塑性流动，同时由于挥发和结焦而失去质量。煤榆胶反射度、固定碳含量和挥发性物质含量的重要性在于可把这些煤炭原料分类为“高挥发性”的沥青煤炭，它在本发明的工艺中可提供最佳结果，并因此使碳泡沫材料在按照这里描述并申请专利的方法制备时表现出最佳的一些性质的结合。存在氧化会倾向于阻碍流动性，结果也阻碍了泡沫形成。
这样，按照本发明各种优选的实施方案，一种煤炭颗粒原料，其特征为含有按重量计约35％至45％(基于干燥、无灰份计)的挥发性物质这种高挥发性沥青烟煤，如用ASTM D3175方法所测定的那样，是用本发明获得最佳结果的碳泡沫材料形式的基本需要。由Gieseler塑性评估衍生的各种参数形成了为获得最佳结果所需的第二套重要的原料煤炭特性。例如，要求软化点在大约380至400℃范围内，塑性范围至少为大约50℃并优选在约75℃和100℃之间，最大流动性至少为数百并优选大于2000ddpm(每分钟标度盘的标度数)，对于成功地优化本发明的实验是高度重要的。按此，为了获得这里描述的表现出优良性能的碳泡沫材料，重要的是所用的煤炭原料是高挥发性的烟煤，其软化点应如上所述，塑性范围在约50℃以上的量级，所有的这些性质都和Gieseler流动性数值指示的一致。当把具有Arnu膨胀值大于约20％并优选大于100％以上这一特性和上述特性结合起来，就提供了所需高度优选的高挥发性烟煤原料的特性指标。
在上述参数范围内选择原料，可通过评估大量特性为高挥发性到低挥发性的煤炭来决定。一般，已经发现所谓“高挥发性”的烟煤，即那些包含按重量计约35至约45重量％挥发性物质并因此呈现出自由膨胀指数在上述特定范围以内的烟煤，能提供最佳的泡沫材料产品，后者以最低煅烧的泡沫密度和最高煅烧的泡沫比强度(压缩强度/密度)的形态存在。具有低于这些优选范围的自由膨胀指数的煤炭可能即使在有石油沥青存在的条件下也不能够适当地烧结并留下粉状物质或多孔状物质，但不会膨胀或发泡；可燃页岩呈现出的自由膨胀指数比上述优选范围要高，它可能在发泡时胀起并在自身上皱缩，留下密实的紧压物质。
石油沥青可以是任何合适的石油沥青，只要它的熔点低于上述颗粒状的煤炭熔点即可，即一般在约50℃和约300℃之间，并且它能在下面描述的使煤炭/石油沥青掺合物发泡的处理条件下经受起泡过程。按照后面描述的加工方法，石油沥青相类似地被磨碎成相对细小的颗粒物，其粒径小于约1/4英寸，并在开始加工形成本发明的碳泡沫之前与煤炭颗粒掺合。
这里描述的碳泡沫材料是半结晶体，或更精确地说是湍层有序的并主要是各向同性的，即在所有方向验证的物理性质近似相等。这种基于蜂窝状煤的本发明产品呈现出300微米或更大的孔径大小，虽然在所述加工过程的操作参数条件下，孔径大小达500微米或更大也是可能的。这种基于蜂窝煤产品的导热性一般会大于约1.0W/m/°k。典型地，本发明的碳泡沫材料当密度为大约0.4至大约0.5克/厘米3时，表明的压缩强度在约3000至约6000psi量级。为了成功实践本发明，关键的是煤炭原料要有前面指定的约3.5至约5.0的自由膨胀指数，并优选该值在3.75和4.5之间。与适当的材料一道浸渍或并入各种强度增进添加剂可以进一步增加这些蜂窝状材料的压缩、拉伸和其它性质。通过碳化或石墨化的进一步处理。产生的蜂窝状产品可被用作电或热的导体。
本发明的生产方法包括：1)掺合煤炭颗粒和石油沥青颗粒以形成一种煤炭颗粒/石油沥青颗粒掺合物，它含有约10至约90重量％的石油沥青和相应平衡至100％的煤炭颗粒，每种颗粒最好具有小的尺寸，即，粒径小于约1/4英寸；2)把这种煤炭颗粒/石油沥青颗粒掺合物加热到适当温度，允许石油沥青颗粒软化并“包封”煤炭颗粒从而形成一种“生掺合物”，一般这一温度值在50°和300℃之间，所需“包封”时间在软化发生后数分钟左右；3)在非氧化氛围中，在“模具”中加热“生掺合物”，加热速率为约每分钟1℃至约20℃，使掺合物温度达到约300℃和约700℃之间；4)在约300℃至约700℃之间的温度下裂化约10分钟至约12小时以形成“生泡沫”；5)控制性地冷却“生泡沫”至低于约100℃的温度。非氧化氛围可通过引入惰性或非氧化性的气体到模具中来实施，所用自由流动气体的压力为大约0psi，至大约500psi。惰性气体可以是任何一种普通使用的惰性或非氧化性气体，诸如氮、氦、氩、CO2等。
煤和石油沥青颗粒的掺合，可用任何通常的掺合设备来实施，本领域中这类设备一般用来获得均匀的颗粒材料掺合物。
“包封”或处理煤炭/石油沥青颗粒混合物，使煤炭颗粒被软化的石油沥青“膜”所环绕这一过程，应在石油沥青的软化范围的温度下实施，要求石油沥青的软化温度低于开始膨胀所需的温度。一般这一温度在约50℃和约300℃之间，这依赖于所使用的具体的石油沥青种类。因为在这一温度条件下没有膨胀或发泡过程能被引发，所以加热速率并不是特别关键性的。裂化时间或颗粒混合物在石油沥青的软化温度或稍高于软化温度条件下的停留时间，类似地也不具有关键性的重要性，只要软化的石油沥青“膜”能包封煤炭颗粒就行。这一包封过程一般在数分钟至数小时期间即可完成，并且还可以通过提供“翻滚”或增加煤炭颗粒和软化的石油沥青之间的接触这类方法来加速。
像本领域技术人员熟知的那样，如上所述的把煤炭颗粒用软化的石油沥青在“生掺合物”中“包封”的过程可以在模具之外来完成，并随后把“生掺合物”再放入模具中，或者“包封”操作可以在模具中进行，随后进行加热并达到碳泡沫材料形成的目的。
术语“模具”，像这里所使用的那样，是意指一种为使扩涨的煤炭形成受控尺寸的机构。这样，为本发明的目的，任何槽室，在加热前或加热过程中可把煤炭/石油沥青颗粒沉积在其中，并且在“生掺合物”达到适当的“包封”和膨胀温度时，能包含这种扩涨的多孔煤炭并使之成型为某些预定的构造诸如：平的片状；弯曲的片状；成型的物体；建筑部件；棒；管或任何其它需要的固体形状产品的，都可被认为是一种“模具”。
一般在加热和裂化操作过程中，不希望反应槽室或模具有通气口或泄漏存在。槽室的压力和增加其中挥发性物质的含量倾向于阻碍进一步的挥发，同时碳泡沫在指定的升高温度条件下烧结。如果在裂化过程中熔炉漏气或泄漏，则可能只有不够充分数量的挥发性物质存在，来允许煤炭颗粒的颗粒之间的烧结，于是导致形成烧结的粉末，而不是所需的蜂窝状产物。这样，按照本发明优选的实施方案，非氧化气体和产生的挥发性物质的漏气或泄漏被抑制将有利于生产出一种可接受的蜂窝状产物或泡沫材料。
其它更多的普通发泡剂可在膨胀以前加到这种颗粒掺合物中去，以增进或者修饰形成孔隙的操作。
像熟悉加压气体释出反应的技术人员已知的那样，当反应容器、在目前情况下是模具中压力增加，即由非氧化气体施加而从0psi增加到500psi时，反应时间会增加，并且产生的多孔性煤的密度也将增加，因为在膨胀的煤中所产生的“泡沫”或微孔的尺寸减小了。类似地，在例如大约400℃的低烧结温度下会得到较大的微孔或泡沫尺寸，结果，就得到密度比在大约600℃下烧结时所得的煤炭要低的膨胀煤炭。进一步，加热速率也将会影响孔径大小，更快的加热速率导致较小的孔径大小，于是形成比较缓慢加热速率条件下更为密实的膨胀煤炭产物。当然，这些现象是由于挥发物释出反应的动力学所导致的，这类反应如刚才所描述那样，会受到环境压力、温度以及该温度下能达到的反应速率的影响。这些工艺变量可被用来定制生产本发明的碳泡沫材料，使之具有宽广范围的受控制的密度、强度等性质。
烧结后生泡沫的冷却不是特别关键性的，除非由于不希望有的热应力发展的结果导致生泡沫的裂解。典型的冷却速度小于10℃/分，一直冷却到大约100℃，用来防止由于热冲击产生的裂解。但稍为更高些但要小心控制的冷却速率可被用来在产物的开放蜂窝结构上获得“密封的表层”，如下所述。低于100℃以下的冷却速率已没有任何重要性。
在高挥发性烟煤/石油沥青颗粒掺合物像刚才描述的那样膨胀并形成生泡沫以后，这种多孔或泡沫型产物是一种开放的蜂窝化材料。已经开发出一些技术来“密封”开放蜂窝结构的表面，以改进它的粘合能力，以便进一步制造和组装一些部件。例如，可将一层市售石墨粘合剂涂布在其表面并在升高的温度下熟成，或在室温熟成以提供一层粘合剂表层。另外，膨胀操作可通过冷却膨胀后的煤炭产物、或在膨胀后快速地，例如以10℃/分或更快的冷却速率进行预制来进行修饰。已经发现，这种工艺修饰可导致在预制物或产物上形成更密实的表层，它为预制物或产物的外面提供了封闭了微孔的表面。在这些冷却速率条件下，必须实施熟成操作以避免预制物或产物的裂解。
膨胀之后，按本发明方法产生的生泡沫可容易地进行机加工，可锯开，并可用普通的组装技术容易地进行组装。
像刚才所描述那样生产出生泡沫以后，可按普通工艺将其置于碳化和/或石墨化操作以获得后面描述的具体应用中所需的特定性质。也可以实施臭氧化，如果生泡沫的活化在最终产物的应用诸如作为空气过滤时是有用的话。另外，在膨胀操作之前或以后，可往煤炭/石油沥青掺合物中加入各种添加剂和结构增强剂来增进特定的力学性质，诸如断裂应力、断裂韧性、和冲击耐受性。例如，颗粒、须晶、纤维、板片等合适的碳质或陶瓷的组合物可被并入生泡沫中去以增进其机械性能。
本发明的碳泡沫材料可另外地用，例如，其它的石油沥青、环氧树脂或其它聚合物，通过真空协助的树脂转移工艺类型来浸渍。并入这类添加剂提供了类似于那些在碳复合物材料中显示的负重转移优点。实际上是产生了三维复合物，后者显示出增进的冲击耐受力和负重转移性质。
在膨胀过程中的冷却步骤会导致低于约5％、一般在大约2％至大约3％量级的某种相对小的收缩。这种收缩在生产具有特定维度的接近网状形态的碳泡沫时必须考虑在内，并且根据具体使用的煤炭/石油沥青原料通过尝试法很容易测定它。通过加入某些惰性的固体材料诸如焦炭颗粒、陶瓷颗粒、来自煤膨胀工艺的磨碎的废料等，就像在陶瓷制作中通常的实践那样，可使这种收缩进一步减小。
碳化，有时被称为煅烧，一般是在合适的惰性气体中以小于每分钟5℃的加热速率把生泡沫加热到大约800℃至大约1200℃之间的温度，并裂化大约1小时至大约3小时或更多小时来实施的。合适的惰性气体是上面描述过的那些能耐受这种高温的气体。惰性气体提供的气压为大约0psi至几个大气压。这种碳化/煅烧工艺是用来除去存在于生泡沫中的所有非碳元件，诸如硫、氧、氢等。
石墨化，一般涉及在碳化之前或以后，在氦气或氩气氛中，以每分钟低于10℃、优选每分钟约1℃至约5℃的加热速率，把生泡沫材料加热到大约1700℃和大约3000℃之间的温度，并进行裂化不到约1小时的时间。再一次，提供的惰性气体的压力范围为约0psi到几个大气压。
按照上述实验操作程序加工得到的碳泡沫材料可被用于范围宽广的产品应用中，其中的一些，但不是所有的应用将被进一步概括地描述。
或许能用本发明碳泡沫材料制造的最简单的产品，是各种轻质片材产品，它们在建筑工业中是有用的。这类产品可包括把各种贴面材料层压到使用适当粘合剂的预制材料的平面片材表面上。例如，一种很轻并相对廉价的壁板可简单地把纸层压到它对面的平面表面上制成，而一种更高级的帘壁产品则往其中层压有铝片、高聚物或用纤维增强的高聚物片或甚至是不锈钢片。具有轻质、低值并有适当强度的各式各样的这类产品可容易地展望会用于壁板、建筑用壁板、隔板等。本发明的材料呈现出隔音和对振动的耐受性，因为它们具有优良的对声音和振动的衰减性质。由于在最初的颗粒掺合物中存在石油沥青，因此受控制的导热性也可以被设计到碳泡沫材料中。
这些材料的层压物甚至可被用来生产并入构件中的加热元件，因为石墨化的芯材当连接到合适的电能源时可以用作电热元件。
类似的基于表面层压碳泡沫芯材的产品在运输工业中也能找到用处，因为运输工业总是需要较轻的、并特别是防火的壁材、隔板、容器等。这类产品如果需要具有防火性或阻燃性，当然要求碳泡沫材料在应用于外部表面之前按上面描述的方法碳化。
本发明的碳泡沫材料还有另外的产品用途，即作为目前普遍应用于熔融金属诸如铝的过滤操作中的陶瓷泡沫滤器的替代物，以除去熔融金属中的污染物，后者也被称为包合物。流行的陶瓷泡沫滤器比较昂贵并且极易破碎，使用上述制造工艺，可能容易地生产出具有适当孔径大小、并和陶瓷泡沫滤器具有同样大小和形状的由这里的叙述的碳泡沫类型的材料的滤器，用于这种型式的熔融金属过滤。这种更结实、即较不容易破碎的滤器的成本，将大大低于可比较的陶瓷泡沫滤器。
本发明的碳泡沫材料在热交换领域还有其它的产品应用。在这种用途中，石墨化的碳泡沫材料的传热性质可被开发来生产一种热交换器，后者能够从流经多孔泡沫的被加热的流体(气体或液体)中提取热量。在这种情况下，碳泡沫材料是被结合到适当的传热机件诸如铝表层上。
像已经提到的那样，本发明的碳泡沫材料可被生产成任何固体的几何形状。用任何数量的经修饰的普通工艺技术诸如挤压、注模法等，这样的生产是可能的。在每个这样的实例中，当然必须修改工艺以适应原料煤炭的加工特性。例如，在挤压这类产品时，像下面要叙述的那样，煤粉原料是用螺旋推运器进料到膨胀室中，在其中原料被膨胀并在它仍然是粘滞状态、即在颗粒掺合物的“塑性范围”时，就把它从膨胀室中挤出。在从挤出模板出料时，材料被冷却以提供具有所需要的和预定尺寸的固体形状。当然，“包封”可以通过把生掺合物加热到低于膨胀点的温度，即低于大约300℃来达成，把“包封的掺合物”进料到螺旋推进器中，在那里有另外的热量被赋予颗粒状掺合物来引发膨胀，并正好在挤压通过挤出模板之前达成最终的加热和膨胀。
可以预期会有类似的、较小的工艺修饰，以注模法、铸塑法等其它类似的普通材料制造工艺可用来制造本发明的碳泡沫材料。
如本发明已经描述过的那样，显然本领域的技术人员可以许多方法对同一方法进行改变而无需偏离本发明的精神和范围，任何以及所有的这类改变都打算被包括在所附的权利要求范围以内。

Claims (33)

1.一种用如下掺合物来生产的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，该掺合物包含1)约10至约90％重量百分数的高挥发性烟煤颗粒，后者的自由膨胀指数在大约3.5和大约5.0之间；和2)约90至约10重量百分数的石油沥青颗粒；所说的碳泡沫材料具有约0.1至约0.6克/厘米3之间的密度。
2.权利要求1中的碳泡沫材料，其中所说烟煤的自由膨胀指数在约3.75至约4.5之间。
3.权利要求2的碳泡沫材料，它具有低于约6,000psi的压缩强度。
4.权利要求2的碳泡沫材料，它已被碳化。
5.权利要求2的碳泡沫材料，它已被石墨化。
6.权利要求1的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤包含按重量计约35％和45％之间的挥发性物质。
7.权利要求6的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有约380℃以上的Gieseler初始软化温度。
8.权利要求7的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有约380℃至约400℃之间的Gieseler初始软化温度。
9.权利要求6的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有至少约50℃的塑性范围。
10.权利要求9的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有约75℃至约100℃的塑性范围。
11.权利要求9的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有按ASTM D 2639所测定的、至少数百ddpm的最大流动性。
12.权利要求9的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤具有按ASTM D 2639所测定的、大于2000ddpm的最大流动性。
13.权利要求9的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤呈现按Arnu膨胀试验所测定的、至少约20％的膨胀。
14.权利要求13的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤呈现按Arnu膨胀试验所测定的、至少约100％的膨胀。
15.权利要求13的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，其中所说的高挥发性烟煤：1)包含；A)按重量计约50至约60％的固定碳；和B)按重量计低于约30％的惰性煤中矿物组份细微组织材料；2)呈现出按ASTM D 2798所测定的、约0.80和约0.95范围内的煤榆胶反射度；以及3)呈现出按ASTM D 2798所测定的、0.0体积％中等或严重的氧化。
16.权利要求1的半结晶、主要呈现各向同性的碳泡沫材料，它具有约0.2克/厘米3至约0.6克/厘米3之间的密度。
17.权利要求6的碳泡沫材料，它已被碳化。
18.一种由掺合物生产碳泡沫材料的方法，该掺合物包含：1)约10至约90重量％的具有约3.5和约5.0之间的自由膨胀指数的高挥发性烟煤颗粒；2)约90至约10重量％的具有约50和约300℃之间的软化温度的石油沥青；该方法包括：
A.把所说的高挥发性烟煤的粉细颗粒和所说石油沥青的粉细颗粒进行掺合以形成一种生掺合物；
B.在一定温度加热所说的生掺合物适当的时间，以使所说的颗粒状煤封装到所说的石油沥青中，形成被封装的煤颗粒；
C.在非氧化氛围中，在模具中加热所说的被封装的煤颗粒，使温度达到约300℃至约700℃之间，并在此温度下进行裂化约10分钟至约12小时，以形成所说的碳泡沫材料；
D.控制地冷却所说的碳泡沫材料。
19.权利要求18的方法，其中所说的高挥发性烟煤呈现约3.75至约4.5之间的自由膨胀指数。
20.权利要求18的方法，其中所说的惰性氛围的压力为约0psi至约500psi。
21.权利要求18的方法，其中所说的温度是用每分钟约1℃至约20℃之间的加热速率来达到的。
22.权利要求18的方法，其中所说的控制冷却是通过低于约10℃/分钟的冷却速率冷却到约100℃来实施的。
23.权利要求18的方法，其中所说的高挥发性烟煤包含按重量计约35％和45％之间的挥发性物质。
24.权利要求23的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有约380℃以上的Gieseler初始软化温度。
25.权利要求24的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有约380℃至约400℃之间的Gieseler初始软化温度。
26.权利要求18的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有至少约50℃的塑性范围。
27.权利要求26的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有约75℃至约100℃的塑性范围。
28.权利要求26的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有按ASTM D26 39所测定的、至少数百ddpm的最大流动性。
29.权利要求26的方法，其中所说的高挥发性烟煤具有按ASTM D2639所测定的、大于2000ddpm的最大流动性。
30.权利要求26的方法，其中所说的高挥发性烟煤呈现出按Arnu膨胀试验所测定的、至少约20％的膨胀。
31.权利要求30的方法，其中所说的高挥发性烟煤呈现出按Arnu膨胀试验所测定的、至少约100％的膨胀。
32.权利要求30的方法，其中所说的高挥发性烟煤：1)包含A)按重量计约50至约60％的固定碳；以及B)按重量计低于约30％的惰性的煤中矿物组份细微组织材料；2)呈现出按ASTM D 2798所测定的、约0.80和0.95范围内的煤榆胶反射度；以及3)呈现出按ASTM D 2798所测定的、0.0体积％中等或严重的氧化。
33.权利要求18的方法，其中所说的碳泡沫材料具有约0.2克/厘米3和约0.6克/厘米3之间的密度。
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