一種高硬度等靜壓石墨及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種等靜壓石墨及其制備方法，等靜壓石墨由原料與質量分數為1-15%的炭黑均勻混合后，直接等靜壓成型制得，其中，所述的原料由石油焦、瀝青焦的任一種或其組合及其與質量分數為50-100%中間相炭微球混合而成。本發明專利技術充分利用了中間相炭微球的自粘性，不需要額外添加粘結劑，克服了因填料與粘結劑之間的體積收縮差異而導致的氣孔率較高、結構均勻程度差、機械強度較低等缺陷，且省略了混捏、反復浸漬和焙燒等工序，并在原料中添加適應質量分數的炭黑，以減少原料細粉之間的摩擦力，從而減小孔隙率，提高體積密度和抗彎強度，并改善原料細粉的流動性和壓制性，制得的石墨材料具有結構致密、均勻性好、機械強度高等優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于石墨材料領域，具體涉及一種含中間相炭微球的高硬度等靜壓石墨及其制備方法。
技術介紹
石墨材料具有耐高溫、耐腐蝕、自潤滑等特性，在許多領域得到廣泛應用。等靜壓石墨是20世紀60年代發展起來的一種新型石墨材料，具有耐熱性好，在惰性氣氛下，隨著溫度的升高其機械強度反而升高，在2500°C左右時的機械強度達到最高值；與普通石墨相比，等靜壓石墨的結構精細致密，均勻性好；熱膨脹系數很低，具有優異的抗熱震性能；各向同性優良；耐化學腐蝕性強；導熱性能和導電性能非常良好；具有優異的機械加工性能等優點，因而在冶金、化學、電氣、航空宇宙、原子能工業等領域得到廣泛應用。 等靜壓機用于將各種粉末制品在超高壓狀態下壓制成型，適合壓制性能要求高、形狀復雜及細長比大的材料，并具有顯著的有益效果，如等靜壓制成品的各向同一性好。等靜壓的工作原理為帕斯卡定律“在密閉容器內的介質(液體或氣體)壓強，可以向各個方向均等地傳遞”。將待壓制的粉末裝在彈性模具中，將其放入超高壓工作缸內，再用泵將液壓介質注入超高壓工作缸中，均勻作用于模具的所有表面，使粉末均勻壓縮成型。其中，與等靜壓制品(如等靜壓石墨)相關的性能參數包括肖氏硬度、抗壓強度、抗彎強度(抗折強度)、體積密度、電阻率、熱導率、熱膨脹系數、灰分、開孔率等。中間相炭微球(MCMB)為一種人造石墨，由含有稠環芳烴的化合物(如重質油、煤浙青、石油浙青、中溫浙青、二次煤浙青、萘、渣油、煤焦油、二次石油重質油、蒽油、多環芳烴等)通過熱縮聚反應發生中間相轉變制得。作為示例，可按照CN1308113A公開的方法制備中間相炭微球。中間相炭微球具有良好的化學穩定性、熱穩定性、導電性和導熱性等，是制備高性能炭材料的優質前驅體。并且，中間相炭微球具有良好的自粘結性，可以直接模壓或等靜壓成型后，自燒結成為高密度各向同性碳材料(HDIC)。文獻I (《新型炭材料》，2004年6月，第19卷第2期109-112)公開了下述
技術實現思路
，采用中間相炭微球為原料，經240MPa模壓成型和1000°C自燒結后，可制備出彎曲強度達到134. 3MPa的HDIC。但是，模壓成型的壓力為單向，存在壓力損失，致使坯體各部分的密度不均勻，產品性能受到局限。目前，等靜壓石墨制備方法包括下述步驟采用煅燒焦作為骨料炭(填料)、改性浙青作為粘結劑，經過機械混合后成型、炭化、浸潰、石墨化熱處理，制得等靜壓石墨。但是，該方法中有三分之一以上的粘結劑(如改性浙青)在焙燒過程中分解揮發，造成填料與粘結劑之間的體積收縮差異，致使石墨材料存在氣孔率較高、結構均勻程度差、機械強度較低等缺陷。文獻2 (CN101823707A)公開了一種等靜壓石墨的制備方法，該方法以石油焦或浙青焦為原料，將原料經氣流粉碎至5-20Mm，經一次混捏、軋片、擠出成型，快速炭化、破碎、篩分，二次混捏、軋片、破碎、篩分、預成型、等靜壓成型、焙燒、浸潰、石墨化等工序處理，制得細顆粒等靜壓各向同性石墨材料。與傳統粗顆粒石墨材料相比，文獻2公開的等靜壓石墨具有結構精細致密、均勻性好、力學性能優異、各向同性等特性，特別適合大規格石墨制品的生產。但是，該方法存在操作復雜，制得石墨材料的電化學性能改善不很明顯等缺陷。文獻3 (《炭素技術》，2010年第5期，第29卷32_37)公開了等靜壓石墨的制備方法、主要用途和國內市場分析，并公開了超細粉的制備、等靜壓技術、慢速焙燒等技術環節對等靜壓成型的影響，以及等靜壓石墨在單晶硅、多晶硅、原子能工業、放電加工、金屬連鑄等領域的廣泛應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種高硬度等靜壓石墨的制備方法，包括以下步驟 (1)原料的粉碎、篩分 將原料粉碎，將其制成平均粒徑不超過10 μ m的粉末，過600目-2000目篩，制得原料細粉，其中，所述的原料選自石油焦、浙青焦的任一種或其組合及其與中間相炭微球按照一定質量比配制而成的混合物，混合物中的中間相炭微球的質量分數為50-100% ;在原料細粉中加入質量分數為1-15%的炭黑后，球磨至其混合均勻，制得原料混合物； (2)原料混合物的等靜壓成型 將步驟(I)制得的原料混合物在常壓下預熱到50°C -100°C，將其裝入橡膠模具中，在100-600Mpa壓力下等靜壓成型，保壓5_30分鐘后脫模，制得等靜壓成型坯體； (3)等靜壓成型坯體的焙燒 在惰性氣體保護下，將步驟(2)制得的等靜壓成型坯體以O. 5-2. (TC /h的速率升溫至900-1200°C，保溫2-10天，制得焙燒體； (4)焙燒體的浸潰將步驟(3)制得的焙燒體冷卻出爐后，將其置入液態浙青中浸潰，浸潰壓力為200_400Mpa,浸潰時間4h,制得浸潰體； (5)浸潰體的石墨化 在惰性氣體保護下，將步驟(4)制得的浸潰體以O. 5-2. O 0C /h的速率升溫至900-1200°C，保溫2-10天，再以10-120。。/h升溫到2000-3000°C，保溫1-12天，冷卻出爐后，制得等靜壓石墨。本專利技術的優選技術方案中，步驟(I)中所述粉碎選自氣流粉碎、輥磨粉碎的任一種或其組合。本專利技術的優選技術方案中，步驟(I)中所述中間相炭微球為未經過炭化的中間相炭微球。本專利技術的優選技術方案中，步驟(I)中所述原料細粉的平均粒徑為O. 8-8 μ m，優選為1-5 μ m0本專利技術的優選技術方案中，原料混合物中炭黑的質量分數為5_10%。本專利技術的優選技術方案中，所述的等靜壓成型為冷等靜壓技術，即在常溫下，以液體為壓力介質。本專利技術的優選技術方案中，所述等靜壓成型的壓力為100-600Mpa，優選為100-400Mpa，更優選為 150_300Mpa。本專利技術的優選技術方案中,所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氫氣、氦氣、一氧化碳的任一種或其組合。本專利技術的優選技術方案中，所述的球磨采用行星式球磨機進行球磨。本專利技術的優選技術方案中，步驟(3 )或步驟(5 )中的爐內溫差不超過20 V。本專利技術的優選技術方案中，步驟(4)中所述浙青選自中溫浙青、高溫浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤浙青的任一種或其組合，優選所述液態浙青為中溫浙青、高溫浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤浙青的任一種或其組合加熱而成的液態物。本專利技術的等靜壓石墨由原料與質量分數為1-15%的炭黑均勻混合后，直接等靜壓成型制得，其中，所述的原料由石油焦、浙青焦的任一種或其組合及其與質量分數為50-100%的中間相炭微球混合而成。本專利技術等靜壓石墨的制備方法充分利用了中間相炭微 球的自粘性，不需要額外添加粘結劑，克服了因填料與粘結劑之間的體積收縮差異而導致的氣孔率較高、結構均勻程度差、機械強度較低等缺陷，且省略了混捏、反復浸潰和焙燒等工序，并在原料中添加適應質量分數的炭黑，以減少原料細粉之間的摩擦力，從而減小孔隙率，提高體積密度和抗彎強度，顯著改善了原料細粉的流動性和壓制性，制得的石墨材料具有結構致密、均勻性好、機械強度高等優點。本專利技術的另一目的在于提供一種高硬度等靜壓石墨，所述的高硬度等靜壓石墨的制備方法包括以下步驟 (1)原料的粉碎、篩分 將原料粉碎，將其制成平均粒徑不超過10 μ m的粉末，過600目-2000目篩，制得原料細粉，其中，所述的原料選自石油焦、浙青焦的任一種或其組合及其與中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種等靜壓石墨的制備方法，包括以下步驟：（1）原料的粉碎、篩分？？？？？將原料粉碎，將其制成平均粒徑不超過10μm的粉末，過600目？2000目篩，制得原料細粉，其中，所述的原料選自石油焦、瀝青焦的任一種或其組合及其與中間相炭微球按照一定質量比配制而成的混合物，混合物中的中間相炭微球的質量分數為50？100%；在原料細粉中加入質量分數為1？15%的炭黑后，球磨至其混合均勻，制得原料混合物；（2）原料混合物的等靜壓成型？？？？將步驟（1）制得的原料混合物在常壓下預熱到50℃？100℃，將其裝入橡膠模具中，在100？600Mpa壓力下等靜壓成型，保壓5？30分鐘后脫模，制得等靜壓成型坯體；（3）等靜壓成型坯體的焙燒在惰性氣體保護下，將步驟（2）制得的等靜壓成型坯體以0.5？2.0℃/h的速率升溫至900？1200℃，保溫2？10天，制得焙燒體；（4）焙燒體的浸漬？？？？將步驟（3）制得的焙燒體冷卻出爐后，將其置入液態瀝青中浸漬，浸漬壓力為200？400Mpa，浸漬時間4h，制得浸漬體；（5）浸漬體的石墨化在惰性氣體保護下，將步驟（4）制得的浸漬體以0.5？2.0℃/h的速率升溫至900？1200℃，保溫2？10天，再以10？120℃/h升溫到2000？3000℃，保溫1？12天，冷卻出爐后，制得等靜壓石墨。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊紅強，苗艷麗，張俊平，李花，
申請(專利權)人：天津市貝特瑞新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：