一种高导电率低热膨胀系数的复合炭材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法。即在精制煤沥青中引入中间相炭微球，加入一定量催化剂，在一定条件下经二者反应、碳化及石墨化，得到一种具有高导电率和低热膨胀性的复合炭材料。这种复合炭材料同具有低电阻率、低热膨胀系数的日本三菱针状焦相比，其电阻率和热膨胀系数分别减小了24.4%和33.1%，而真密度提高了5.6%。

A new method for preparing composite carbon materials with high conductivity and low thermal expansion coefficient

The invention discloses a new type of composite carbon material preparation method with high conductivity and low thermal expansion coefficient. That is to say, introducing mesophase carbon microspheres into refined coal tar pitch, adding a certain amount of catalyst, under certain conditions, through two reactions, carbonization and graphitization, we get a composite carbon material with high conductivity and low thermal expansion. Compared with the composite carbon material with low resistivity, low coefficient of thermal expansion of the Japanese MITSUBISHI needle coke, the resistivity and thermal expansion coefficient were decreased by 24.4% and 33.1%, while the true density increased by 5.6%.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法
本专利技术涉及一种以煤沥青为原料，通过一系列处理，可制备出具有高导电率和低热膨胀系数的新型复合炭材料的方法，属于煤化工和材料加工
，具体为一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法。
技术介绍
煤沥青为煤焦油加工过程的副产物。由于我国是生产焦炭的大国，因而每年副产的煤焦油数量非常可观。统计表明，2016年我国焦炭产量为44911.5万吨，由此可估算出煤沥青的数量至少为1100万吨。煤沥青由于碳化产率高，常被用作制备各种炭材料的原料，如电极材料、活性炭，中间相炭微球（MCMB）、炭纤维、针状焦等。尤其是，炭材料具有优异的耐高温性和稳定性，良好的导电性，常被用在高温领域作为电极材料。然而，较高的热膨胀性极大限制了在它们在高温领域的应用。目前所用的低热膨胀性炭材料主要是通过进口的针状焦解决，缺乏自主研发的替代炭材料产品。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术利用煤沥青富含稠环芳烃组分易于形成有序层状组织的特性和中间相炭微球（MCMB）更易于石墨化的特点，将其二者按照一定比例混合，借助‘反应的途经’将各自优势发挥出来，从而制备出具有高密度、高导电性和低热膨胀性的新型复合炭材料。该材料有望在高性能电极和航天航空领域发挥作用。一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法，在粉碎后粒度小于75μm的精制煤沥青中加入质量百分数为30-55%的中间相炭微球（中间相炭微球与精制煤沥青的质量百分比为30-55%）、0.1-0.3%的苯磺酸（苯磺酸与精制煤沥青的质量百分比为0.1-0.3%），经搅拌达到均匀后，置于高压反应釜中；然后在压力为3-7大气压下、升温速率为5-10℃/min、氮气保护条件下将高压反应釜温度从室温加热至350℃并保温30min，然后以升温速率1℃/min将温度升至410℃并保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃并保温2h，经自然冷却至室温，粉碎粒度小于75μm，再在氮气气氛下以20℃/min升温速率从室温加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料，上述精制煤沥青的灰分和一次性喹啉不溶物含量应分别小于0.1%和0.3%。上述的一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法，所述中间相炭微球粒径为1-100μm。本专利技术创新点在于解决了目前炭材料导电性低和热膨胀性高的问题，克服了常见炭材料难以满足在高温环境中性能下降的弊端；将低值煤沥青转变为具有高附加值的新型复合炭材料。这种复合炭材料同具有低电阻率、低热膨胀系数的日本三菱针状焦相比，其电阻率和热膨胀系数分别减小了24.4%和33.1%，而真密度提高了5.6%。附图说明为使本专利技术实施例的技术方案和优点更加清楚，下面给出了本专利技术实施例中的附图。图1为本专利技术实施例1中的SEM图。图2为本专利技术实施例1中的CTE图。具体实施方式以下结合具体实例对本专利技术进行详细说明。实施例1在质量为100g、粒度小于75μm的精制煤沥青中加入30g中间相炭微球、0.1g苯磺酸后，经搅拌达到均匀后，置于高压反应釜中；用氮气将反应釜压力调制3个大气压，然后为5℃/min升温速率将反应釜温度从室温加热至350℃，保持30min后，以1℃/min升温速率加热至410℃，保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃，保温2h；经自然冷却，粉碎（~75μm），再在氮气气氛下以20℃/min升温速率加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料。复合炭材料的扫描电镜形貌如图1所示，呈现出类石墨片层结构，其热膨胀系数变化如图2所示。可以看出，在温度高于97℃后，复合炭材料的热膨胀系数低于日本三菱针状焦的热膨胀系数。实施例2在质量为100g、粒度小于75μm的精制煤沥青中加入50g中间相炭微球，0.3g苯磺酸后，经搅拌达到均匀后，置于高压反应釜中；用氮气将反应釜压力调制7个大气压，然后为7℃/min升温速率将反应釜温度从室温加热至350℃，保持30min后，以1℃/min升温速率加热至410℃，保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃，保温2h；经自然冷却，粉碎（~75μm），再在氮气气氛下以20℃/min升温速率加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料。实施例3在质量为100g、粒度小于75μm的精制煤沥青中加入40g中间相炭微球，0.2g苯磺酸后，经搅拌达到均匀后，置于高压反应釜中；用氮气将反应釜压力调制7个大气压，然后为10℃/min升温速率将反应釜温度从室温加热至350℃，保持30min后，以1℃/min升温速率加热至410℃，保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃，保温2h；经自然冷却，粉碎（~75μm），再在氮气气氛下以20℃/min升温速率加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料。实施例4在质量为100g、粒度小于75μm的精制煤沥青中加入45g中间相炭微球，0.25g苯磺酸后，经搅拌达到均匀后，置于高压反应釜中；用氮气将反应釜压力调制7个大气压，然后为6℃/min升温速率将反应釜温度从室温加热至350℃，保持30min后，以1℃/min升温速率加热至410℃，保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃，保温2h；经自然冷却，粉碎（~75μm），再在氮气气氛下以20℃/min升温速率加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法，其特征是在粉碎后粒度小于75μm的精制煤沥青中加入质量百分数为30‑55%的中间相炭微球、0.1‑0.3%的苯磺酸，经搅拌达到均匀，置于高压反应釜中；然后在压力为3‑7大气压下、升温速率为5‑10℃/min、氮气保护条件下将高压反应釜温度从室温加热至350℃并保温30min，然后以升温速率1℃/min升至410℃并保温4h，之后再以0.5℃/min的升温速率缓慢升至550℃并保温2h，经自然冷却至室温，粉碎，粒度小于75μm，再在氮气气氛下以20℃/min升温速率从室温加热至1500℃，保温5h，自然冷却至室温后，即为所制复合炭材料，上述精制煤沥青的灰分和一次性喹啉不溶物含量应分别小于0.1%和0.3%。

【技术特征摘要】
1.一种高导电率低热膨胀系数的新型复合炭材料制备方法，其特征是在粉碎后粒度小于75μm的精制煤沥青中加入质量百分数为30-55%的中间相炭微球、0.1-0.3%的苯磺酸，经搅拌达到均匀，置于高压反应釜中；然后在压力为3-7大气压下、升温速率为5-10℃/min、氮气保护条件下将高压反应釜温度从室温加热至350℃并保温30min，然后以升温速率1℃/min升至410℃并保温4h，之后再以0.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹青，秦斌，靳利娥，李月仙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14