一种高硬度等静压石墨及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种等静压石墨及其制备方法，等静压石墨由原料与质量分数为1-15%的炭黑均匀混合后，直接等静压成型制得，其中，所述的原料由石油焦、沥青焦的任一种或其组合及其与质量分数为50-100%中间相炭微球混合而成。本发明专利技术充分利用了中间相炭微球的自粘性，不需要额外添加粘结剂，克服了因填料与粘结剂之间的体积收缩差异而导致的气孔率较高、结构均匀程度差、机械强度较低等缺陷，且省略了混捏、反复浸渍和焙烧等工序，并在原料中添加适应质量分数的炭黑，以减少原料细粉之间的摩擦力，从而减小孔隙率，提高体积密度和抗弯强度，并改善原料细粉的流动性和压制性，制得的石墨材料具有结构致密、均匀性好、机械强度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石墨材料领域，具体涉及一种含中间相炭微球的高硬度等静压石墨及其制备方法。
技术介绍
石墨材料具有耐高温、耐腐蚀、自润滑等特性，在许多领域得到广泛应用。等静压石墨是20世纪60年代发展起来的一种新型石墨材料，具有耐热性好，在惰性气氛下，随着温度的升高其机械强度反而升高，在2500°C左右时的机械强度达到最高值；与普通石墨相比，等静压石墨的结构精细致密，均匀性好；热膨胀系数很低，具有优异的抗热震性能；各向同性优良；耐化学腐蚀性强；导热性能和导电性能非常良好；具有优异的机械加工性能等优点，因而在冶金、化学、电气、航空宇宙、原子能工业等领域得到广泛应用。 等静压机用于将各种粉末制品在超高压状态下压制成型，适合压制性能要求高、形状复杂及细长比大的材料，并具有显著的有益效果，如等静压制成品的各向同一性好。等静压的工作原理为帕斯卡定律“在密闭容器内的介质(液体或气体)压强，可以向各个方向均等地传递”。将待压制的粉末装在弹性模具中，将其放入超高压工作缸内，再用泵将液压介质注入超高压工作缸中，均匀作用于模具的所有表面，使粉末均匀压缩成型。其中，与等静压制品(如等静压石墨)相关的性能参数包括肖氏硬度、抗压强度、抗弯强度(抗折强度)、体积密度、电阻率、热导率、热膨胀系数、灰分、开孔率等。中间相炭微球(MCMB)为一种人造石墨，由含有稠环芳烃的化合物(如重质油、煤浙青、石油浙青、中温浙青、二次煤浙青、萘、渣油、煤焦油、二次石油重质油、蒽油、多环芳烃等)通过热缩聚反应发生中间相转变制得。作为示例，可按照CN1308113A公开的方法制备中间相炭微球。中间相炭微球具有良好的化学稳定性、热稳定性、导电性和导热性等，是制备高性能炭材料的优质前驱体。并且，中间相炭微球具有良好的自粘结性，可以直接模压或等静压成型后，自烧结成为高密度各向同性碳材料(HDIC)。文献I (《新型炭材料》，2004年6月，第19卷第2期109-112)公开了下述
技术实现思路
，采用中间相炭微球为原料，经240MPa模压成型和1000°C自烧结后，可制备出弯曲强度达到134. 3MPa的HDIC。但是，模压成型的压力为单向，存在压力损失，致使坯体各部分的密度不均匀，产品性能受到局限。目前，等静压石墨制备方法包括下述步骤采用煅烧焦作为骨料炭(填料)、改性浙青作为粘结剂，经过机械混合后成型、炭化、浸溃、石墨化热处理，制得等静压石墨。但是，该方法中有三分之一以上的粘结剂(如改性浙青)在焙烧过程中分解挥发，造成填料与粘结剂之间的体积收缩差异，致使石墨材料存在气孔率较高、结构均匀程度差、机械强度较低等缺陷。文献2 (CN101823707A)公开了一种等静压石墨的制备方法，该方法以石油焦或浙青焦为原料，将原料经气流粉碎至5-20Mm，经一次混捏、轧片、挤出成型，快速炭化、破碎、筛分，二次混捏、轧片、破碎、筛分、预成型、等静压成型、焙烧、浸溃、石墨化等工序处理，制得细颗粒等静压各向同性石墨材料。与传统粗颗粒石墨材料相比，文献2公开的等静压石墨具有结构精细致密、均匀性好、力学性能优异、各向同性等特性，特别适合大规格石墨制品的生产。但是，该方法存在操作复杂，制得石墨材料的电化学性能改善不很明显等缺陷。文献3 (《炭素技术》，2010年第5期，第29卷32_37)公开了等静压石墨的制备方法、主要用途和国内市场分析，并公开了超细粉的制备、等静压技术、慢速焙烧等技术环节对等静压成型的影响，以及等静压石墨在单晶硅、多晶硅、原子能工业、放电加工、金属连铸等领域的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高硬度等静压石墨的制备方法，包括以下步骤 (1)原料的粉碎、筛分 将原料粉碎，将其制成平均粒径不超过10 μ m的粉末，过600目-2000目筛，制得原料细粉，其中，所述的原料选自石油焦、浙青焦的任一种或其组合及其与中间相炭微球按照一定质量比配制而成的混合物，混合物中的中间相炭微球的质量分数为50-100% ;在原料细粉中加入质量分数为1-15%的炭黑后，球磨至其混合均匀，制得原料混合物； (2)原料混合物的等静压成型 将步骤(I)制得的原料混合物在常压下预热到50°C -100°C，将其装入橡胶模具中，在100-600Mpa压力下等静压成型，保压5_30分钟后脱模，制得等静压成型坯体； (3)等静压成型坯体的焙烧 在惰性气体保护下，将步骤(2)制得的等静压成型坯体以O. 5-2. (TC /h的速率升温至900-1200°C，保温2-10天，制得焙烧体； (4)焙烧体的浸溃将步骤(3)制得的焙烧体冷却出炉后，将其置入液态浙青中浸溃，浸溃压力为200_400Mpa,浸溃时间4h,制得浸溃体； (5)浸溃体的石墨化 在惰性气体保护下，将步骤(4)制得的浸溃体以O. 5-2. O 0C /h的速率升温至900-1200°C，保温2-10天，再以10-120。。/h升温到2000-3000°C，保温1-12天，冷却出炉后，制得等静压石墨。本专利技术的优选技术方案中，步骤(I)中所述粉碎选自气流粉碎、辊磨粉碎的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，步骤(I)中所述中间相炭微球为未经过炭化的中间相炭微球。本专利技术的优选技术方案中，步骤(I)中所述原料细粉的平均粒径为O. 8-8 μ m，优选为1-5 μ m0本专利技术的优选技术方案中，原料混合物中炭黑的质量分数为5_10%。本专利技术的优选技术方案中，所述的等静压成型为冷等静压技术，即在常温下，以液体为压力介质。本专利技术的优选技术方案中，所述等静压成型的压力为100-600Mpa，优选为100-400Mpa，更优选为 150_300Mpa。本专利技术的优选技术方案中,所述惰性气体为氮气、氩气、氢气、氦气、一氧化碳的任一种或其组合。本专利技术的优选技术方案中，所述的球磨采用行星式球磨机进行球磨。本专利技术的优选技术方案中，步骤(3 )或步骤(5 )中的炉内温差不超过20 V。本专利技术的优选技术方案中，步骤(4)中所述浙青选自中温浙青、高温浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤浙青的任一种或其组合，优选所述液态浙青为中温浙青、高温浙青、二次煤浙青、石油浙青、煤浙青的任一种或其组合加热而成的液态物。本专利技术的等静压石墨由原料与质量分数为1-15%的炭黑均匀混合后，直接等静压成型制得，其中，所述的原料由石油焦、浙青焦的任一种或其组合及其与质量分数为50-100%的中间相炭微球混合而成。本专利技术等静压石墨的制备方法充分利用了中间相炭微 球的自粘性，不需要额外添加粘结剂，克服了因填料与粘结剂之间的体积收缩差异而导致的气孔率较高、结构均匀程度差、机械强度较低等缺陷，且省略了混捏、反复浸溃和焙烧等工序，并在原料中添加适应质量分数的炭黑，以减少原料细粉之间的摩擦力，从而减小孔隙率，提高体积密度和抗弯强度，显著改善了原料细粉的流动性和压制性，制得的石墨材料具有结构致密、均匀性好、机械强度高等优点。本专利技术的另一目的在于提供一种高硬度等静压石墨，所述的高硬度等静压石墨的制备方法包括以下步骤 (1)原料的粉碎、筛分 将原料粉碎，将其制成平均粒径不超过10 μ m的粉末，过600目-2000目筛，制得原料细粉，其中，所述的原料选自石油焦、浙青焦的任一种或其组合及其与中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等静压石墨的制备方法，包括以下步骤：（1）原料的粉碎、筛分？？？？？将原料粉碎，将其制成平均粒径不超过10μm的粉末，过600目？2000目筛，制得原料细粉，其中，所述的原料选自石油焦、沥青焦的任一种或其组合及其与中间相炭微球按照一定质量比配制而成的混合物，混合物中的中间相炭微球的质量分数为50？100%；在原料细粉中加入质量分数为1？15%的炭黑后，球磨至其混合均匀，制得原料混合物；（2）原料混合物的等静压成型？？？？将步骤（1）制得的原料混合物在常压下预热到50℃？100℃，将其装入橡胶模具中，在100？600Mpa压力下等静压成型，保压5？30分钟后脱模，制得等静压成型坯体；（3）等静压成型坯体的焙烧在惰性气体保护下，将步骤（2）制得的等静压成型坯体以0.5？2.0℃/h的速率升温至900？1200℃，保温2？10天，制得焙烧体；（4）焙烧体的浸渍？？？？将步骤（3）制得的焙烧体冷却出炉后，将其置入液态沥青中浸渍，浸渍压力为200？400Mpa，浸渍时间4h，制得浸渍体；（5）浸渍体的石墨化在惰性气体保护下，将步骤（4）制得的浸渍体以0.5？2.0℃/h的速率升温至900？1200℃，保温2？10天，再以10？120℃/h升温到2000？3000℃，保温1？12天，冷却出炉后，制得等静压石墨。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红强，苗艳丽，张俊平，李花，
申请(专利权)人：天津市贝特瑞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：