一种制备特种石墨材料的原料组合物和方法与流程

文档序号:12053064阅读:823来源:国知局

本发明属于石墨材料领域,具体地说,涉及一种制备特种石墨材料的原料组合物和方法。



背景技术:

中端石墨材料,即现有的各向异性石墨制品均采用煅后石油焦、中温煤沥青作为骨料和粘结剂,经过成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等工艺生产而成,市场价格大众化,但它的理化性属各向异性,质量稳定性较差。

高端石墨材料,这里是指等静压石墨产品,它具有各向同性,高密度,高强度以及非常均匀的特性,但等静压的原料要求高,一般均为进口原料,其现售价也高,一般为6-10万元/吨,而且等静压的先进工艺技术还掌握在国外工业发达国家手中,在我国生产大规格、高密度、高强度的炭素企业屈指可数。

随着应用领域不断拓宽,特种石墨行业迎来全面快速的发展。特种石墨作为具备高体密、电阻率低、抗氧化、耐腐蚀、耐高温、导电性能好的炭素新材料,被广泛应用于半导体、光伏太阳能、太阳能热发电、电火花及模具加工、核能、冶金、航天等众多领域。未来一段时期内,随着我国半导体、光伏太阳能、电火花及模具加工、核电等产业的加快发展,特种石墨的市场需求将呈现快速增长态势,尤其是大规格、细粒度特种石墨将具有良好的市场前景。伴随着科学技术的高速发展,各个领域对特种石墨材料的性能提出了更高的要求。

特种石墨是指高强度、高密度、高纯度的石墨制品(又称三高石墨、等静压石墨),广泛应用于冶金、化工、航天、电子、机械、核能等工业领域。尤其是大规格高质量的高纯石墨,作为替代性材料,在高科技、新技术领域有着宽广的应用空间,具有广泛的应用前景,被誉为21世纪最有前途的材料之一。

CN102583346A公开了一种特种石墨的制备方法,是将高纯度的炭质材料与高纯度的煤沥青于混捏机内充分混合后进行轧片、气流粉碎,得到高纯超细的混合焦粉;超细混合焦粉先采用冷等静压成型,而后采用热等静压和石墨化处理,便可得到高性能的理化性能优越,满足各向同性的要求,工艺流程短、能耗低、生产成本低,系统产生的“三废”经处理后达标排放,达到国家环保要求。然而采用该方法制得的特种石墨的电阻率大,线性热膨胀系数高。

有鉴于此,特提出本发明。



技术实现要素:

为解决现有技术中特种石墨材料的各种理化指标如体积密度、电阻率、灰份、机械强度欠佳等问题,本发明提供一种制备特种石墨材料的原料组合物和方法,采用该原料和方法制得的特种石墨材料具有体积密度大、纯度高、耐高温、耐腐蚀性强、抗氧化性强、气孔率低、热膨胀系数低等特点,使其各向同性的特点接近于等静压产品。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种制备特种石墨材料的原料组合物,其中,所述的原料组合物按重量百分比,其组成为:

等方焦 70~75%

中温煤沥青 25~30%;

优选,所述的原料组合物按重量百分比,其组成为:

等方焦 70~72%

中温煤沥青 28~30%。

特种石墨材料是一种中高端石墨产品,具有非常好的理化性能指标,而且为中粗颗粒各向同性材料,等静压石墨制品性能虽然能完全满足各领域所需的生产工艺要求,但是其售价非常昂贵,且国内大尺寸高性能的等静压石墨制品处于成长期,普通石墨材料无法达到等静压石墨材料的理化指标。本发明人经过多次实验,研究分析和产品试生产,在原料选择方面,最终确定以等方焦为骨料、中温煤沥青为粘结剂,有利于得到体积密度较高的焙烧品,有利于提高产品合格率,且中温煤沥青在石墨化工序容易石墨化,其最终产品的理化指标能充分得到满足,而且无限接近等静压石墨制品。

进一步的,所述等方焦的粒径范围为0<粒径≤0.5mm。

石墨制品的制备工艺中,配方对石墨制品的性能参数影响较大,特别是对体积密度、气孔率和热膨胀系数的影响。一般来说,采用较细颗粒配方振动成型得到产品的体积密度大、气孔率较小、抗折抗压强度高。本发明在选料时选取高各向同性、高密度、高强度、低孔隙率、小孔隙的等方焦,又在配料时,采用超细磨粉、小颗粒配方,骨料的最大料径小于等于0.5mm。

优选,按重量百分含量计,所述等方焦的粒径范围与含量为:

而在0<粒径≤0.5mm的范围内,颗粒粒径的分布又直接影响颗粒的堆积方式,颗粒堆积越紧密,石墨制品的体积密度越大、气孔率越小,另外,在此粒径范围内,如保持粒度不变, 平均粒度增加一倍,热膨胀率下降约7%。本发明经研究和实验,最终使用如下骨料配方,等方焦按0.335mm<粒径≤0.5mm的重量占总量的15~20wt%;0.15mm<粒径≤0.330mm的重量占总量的15~20wt%;0.010mm<粒径≤0.075mm的重量占总量的15~20wt%;0<粒径<0.075mm的重量占总量的45~50wt%进行配料,这时,不同粒径的骨料颗粒堆积较为紧密,石墨品的体积密度、气孔率、机械强度和热膨胀系数可达到一个非常好的平衡,所制备石墨制品的体积密度大、气孔率小、热膨胀系数小。

作为原料组合物的一种最优选方案,按重量百分含量计,所述等方焦的粒径范围与含量为:

本发明中,所述等方焦又称各向同性焦,其真密度≥2.12g/cm3,粉末电阻率≤150μΩm,灰分≤0.25%,孔隙为25-55nm。

本发明中,粘结剂中温煤沥青的软化点为83-86℃,结焦值为≥48%,灰分≤0.3%时;且浸渍剂浸渍沥青的软化点为83-86℃,结焦值为≥48%,喹啉不溶物≤0.25%。

本发明还提供一种制备特种石墨材料的方法,该方法包括以下步骤:等方焦的破碎、筛分、配料、加入中温沥青进行混捏、振动成型、一次焙烧、一次浸渍、二次焙烧以及石墨化得到特种石墨材料;

其中,所述配料为:等方焦与中温煤沥青的质量百分比为70~75%:25~30%;优选70~72%:28~30%。

本发明采用的是振动成型方式,因此对粘结剂中温煤沥青的用量有严格的配比要求,粘结剂的用量和骨料的表面积有直接关系,骨料的粒径越小,表面积越大,粘结剂用量则越多,但粘结剂用量过多,成型时不易振实,因而产品的体积密度较小,且脱模后产品容易形变。本发明粘结剂与骨料配比为70:75-30:25%,骨料和粘结剂在混捏后,得到的糊料基本上不呈团块,倒在晾料台上大多数呈散粒状,或少许较小的小团块,成型后得到体积密度较高的成型品。

本发明振动成型后的生坯的体积密度达到1.75-1.79g/cm3

所述等方焦的粒径范围为0<粒径≤0.5mm。

优选,按重量百分含量计,所述等方焦的粒径范围与含量为:

更优选,按重量百分含量计,所述等方焦的粒径范围与含量为:

上述方法中,其中,所述混捏分为干混和湿混,所述干混的时间为50~55分钟,干混的温度为140~160℃;所述湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75~85%,第一次混捏的时间为20~25分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15~25%,第二次混捏的时间为20~25分钟,两次混捏的温度均为150~170℃。

骨料的颗粒越小,表面积越大,湿混的时候越难混合均匀,湿混用的时间就越长,耗能也随之增多。本发明在湿混的过程中,将粘结剂分两次加入到干混后的骨料中进行混捏,第一次加入占总粘结剂质量的75-85%的粘结剂与骨料粘结,由于加入的量少,混合物的黏性比较低,在同等条件的搅拌力作用下,可在短时间内混捏均匀,第一次湿混后,使原料颗粒粒径比较均匀的变大,使其比表面积变小,再将剩余的粘结剂加入,可在短时间内将骨料和粘结剂均匀混合。分两次加入粘结剂中温沥青,既可以减少湿混的时间,降低能耗,又可以使糊料混捏均匀,得到塑性很好的糊料,有利于提高成型后生坯的成品率和物理性能。

所述一次焙烧为:在150-350℃时,升温速率为1.2-1.6℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.8-1℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.2-1.4℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.2-2.9℃/h。

焙烧的目的是将粘结剂沥青炭化,在骨料颗粒间形成焦炭网格,将不同粒度的骨料牢固地粘结成一个整体。小颗粒配方在制备碳材料时,在后续热处理过程中出现裂纹的机率会大,成品率可能偏低,本发明通过优化及改进焙烧时的升温曲线、加热持续时间等因素,提高了粘结剂的结焦率,克服了小颗粒带来的出现裂纹、成品率低的问题,以保证产品综合指标的成品率。

本发明的一次焙烧过程是在隔绝空气的条件下进行的,最高温度达到850-1150℃,在升温区150-350℃时每小时升温1.2-1.6℃,焙烧品中的轻质挥发份以较慢的速度挥发排出,焙烧品内部所受到的压强较小、较为平衡,避免了升温过程中裂纹产生,并且轻质组分有充分的时间排出制品;在350-550℃时焙烧品中缩聚反应增强,焦炭开始形成,每小时升温0.8-1℃,有利于提高粘结剂的结焦率,半焦化转变为焦化;在550-850℃时,缩聚反应继续发生,制品进一步焦化,每小时升温1.2-1.4℃;以较慢的升温速率进行升温,有利于提高焙烧品的体积密度和强度,并避免缩聚反应的过程中焙烧品在收缩时产生裂纹;在850-1150℃时,每小时 升温2.2-2.9℃,以较快升温速率进行升温,焙烧品的组织结构进一步致密化。

所述浸渍采用中温煤沥青作为浸渍沥青,浸渍过程为先将浸渍沥青加热到220-320℃,优选加热到220-260℃,保温1-2.5小时,再将浸渍沥青回温到180-200℃,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压50-60分钟,浸渍;浸渍时浸渍品的预热温度为360-380℃。

所述浸渍剂浸渍沥青的软化点为83-86℃,结焦值为≥48%,喹啉不溶物≤0.25%。

浸渍沥青的特性对浸渍效果有重要的影响,主要表现在沥青粘度、喹啉不溶物含量和结焦值上。结焦值越高,焙烧后产品的体积密度和机械强度越大,而结焦值随软化点上升而增加,因此采用软化点较高的煤沥青作为粘结剂,有利于提高制品材料的体积密度和机械强度,但浸渍沥青软化点越高,相对粘度就越大,难于渗透到浸渍品的孔隙中去,沥青粘度既受本身性质影响,又与加热温度高低成反比。为提高浸渍效果,本发明一是选用软化点为83-86℃、结焦值为≥48%的沥青,二是对浸渍沥青进行加热,以降低浸渍沥青的粘度。一般来说,在超过200℃后,沥青中的轻质组分开始挥发,200-400℃是浸渍沥青中的轻质组分的挥发阶段,并且随着温度的升高,浸渍沥青中挥发的轻质组分的分子量逐渐增大,挥发的气体进入浸渍品的气孔内,妨碍了沥青的渗透,所以现有技术中,将浸渍沥青加热到160-180℃后开始浸渍,浸渍沥青加热的温度不会超过200℃,但是,由于需浸渍的碳质品的预热温度一般都在300-400℃之间,所以在浸渍的过程中,仍然有轻质组分从浸渍的碳质品内的浸渍沥青中挥发出来,不仅妨碍了浸渍沥青的渗透,还在浸渍品中形成了许多气体的小孔,本发明在浸渍之前,先将浸渍沥青加热到220-320℃,优选加热到220-260℃,使得浸渍沥青中的部分轻质组分挥发出去,特别是使部分易挥发的小分子挥发出去,之后再将浸渍沥青降温到180-200℃再进行浸渍,这时,浸渍沥青仍具有比较低的粘度,比较容易渗透进浸渍品中,本发明浸渍时浸渍品的预热温度360-380℃,在浸渍时,由于浸渍沥青中部分轻质组分已经挥发出去,不仅提高了浸渍沥青的结焦值,还加快了浸渍沥青的渗透,并且减少了浸油品内的气孔率,浸渍的效果好,有利于提高制品的理化指标。在浸渍时,先对要浸渍的碳质品抽真空,抽真空的目的是排出需浸渍的碳质品孔隙内部的气体,以利于浸渍沥青的渗透,加入浸渍沥青后,在压力的作用下,浸清沥青比较容易渗透到需浸渍的碳质品的孔隙中去,从而保证增重率;煤沥青中的喹啉不溶物是一种微小的颗粒,浸渍时喹啉不溶物在多孔材料表面形成一层薄膜,阻碍浸渍剂对多孔材料的渗透,因此,本发明选用喹啉不溶物≤0.2%的浸渍沥青。

所述二焙烧的时间为300-330小时,二次焙烧的最高温度达800℃。

所述石墨化的时间为450-500小时,石墨化的最高温度为2850-3100℃。

与现有技术相比,本发明具有如下优点:

本发明以真密度≥2.12g/cm3,粉末电阻率≤150μΩm,灰分≤0.25%,孔隙为25-55nm的等方焦为骨料和软化点为83-86℃,结焦值为≥48%,灰分≤0.3%的中温煤沥青为粘结剂; 采用超细磨粉、小颗粒配方通过优化及改进制备工艺,特别是通过优化及改进焙烧时的升温曲线、加热持续时间,以及对浸渍沥青的加热、回温处理,制备的特种石墨材料的理化性能指标可媲美其他中高端石墨材料,亦可替代其他中高端石墨材料,以其原料来源广、价格低、制备工艺相对简单,技术难度低,生产成本低,产品性能高,质量上层,其售价比其他同类或中高端石墨材料,在商业上获得了极大的成功。

具体实施方式

以下为本发明的具体实施方式,所述的实施例是为了进一步描述本发明,而不是限制本发明。

实施例1

将等方焦破碎、筛分,并按以下方式进行配料:

将上述物料放进混捏锅内进行干混,干混温度为150℃,干混时间为52分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为71%:29%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的80%,第一次混捏的时间为22分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的20%,第二次混捏的时间为22分钟,两次混捏的温度为160℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.78g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.4℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.9℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.3℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.5℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为370℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到280℃,优选加热到240℃,保温2小时,再将中温煤沥青回温到190℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压55分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为320小时,二次焙烧的最高温 度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为480小时,石墨化最高温度为3000℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例2

将等方焦破碎、筛分,并按以下方式进行配料:

将上述物料放进混捏锅内进行干混,干混温度为140℃,干混时间为55分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为70:30%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75%,第一次混捏的时间为20分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的25%,第二次混捏的时间为20分钟,两次混捏的温度为170℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.75g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.2℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.8℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.2℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.2℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为360℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到220℃,保温1小时,再将中温煤沥青回温到180℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压50分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为300小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为450小时,石墨化最高温度为2850℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例3

将等方焦破碎、筛分,并按以下方式进行配料:

将上述物料放进混捏锅内进行干混,干混温度为160℃,干混时间为50分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为72%:28%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的85%,第一次混捏的时间为25分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15%,第二次混捏的时间为25分钟,两次混捏的温度为150℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.79g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.6℃/h;在350-550℃时,升温速率为1℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.4℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.9℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为380℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到320℃,保温2.5小时,再将中温煤沥青回温到200℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压60分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为330小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为500小时,石墨化最高温度为3100℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例4

将等方焦破碎、筛分,并按以下方式进行配料:

将上述物料放进混捏锅内进行干混,干混温度为145℃,干混时间为52分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为75%:25%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的82%,第一次混捏的时间为23分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的18%,第二次混捏的时间为23分钟,两次混捏的温度为155℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.77g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.5℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.85℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.25℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.7℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为365℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到270℃,保温1.8小时,再将中温煤沥青回温到195℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压58分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为325小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为485小时,石墨化最高温度为2980℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例5

将等方焦破碎、筛分,并按以下方式进行配料:

将上述物料放进混捏锅内进行干混,干混温度为156℃,干混时间为51分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为74%:26%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的79%,第一次混捏的时间为21分钟;第二次加入的中温煤沥 青的重量为总的中温沥青的21%,第二次混捏的时间为21分钟,两次混捏的温度为157℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.76g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.3℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.95℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.35℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.7℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为376℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到258℃,保温2.3小时,再将中温煤沥青回温到194℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压57分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为315小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为478小时,石墨化最高温度为3050℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例6

将等方焦破碎、筛分;

将0<粒径≤0.5mm的等方焦放进混捏锅内进行干混,干混温度为153℃,干混时间为53分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为74%:26%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的83%,第一次混捏的时间为21分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的17%,第二次混捏的时间为21分钟,两次混捏的温度为161℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.77g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.4℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.9℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.3℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.4℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为369℃,将焙烧品从预热炉取出,放 进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到238℃,保温1.8小时,再将中温煤沥青回温到188℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压53分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为308小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为468小时,石墨化最高温度为2980℃。出炉后得到特种石墨材料。

实施例7

将真密度≥2.12g/cm3、粉末电阻率≤150μΩm、灰分≤0.25%、孔隙为25-55nm的等方焦破碎、筛分,放进混捏锅内进行干混,干混温度为150℃,干混时间为52分钟,得到干混后的干料。

干混完成后,向混捏锅中加入中温煤沥青,干料和中温煤沥青的质量百分比为71%:29%。其中,中温煤沥青分两次加入到干混后的干料中进行混捏,第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的80%,第一次混捏的时间为22分钟;第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的20%,第二次混捏的时间为22分钟,两次混捏的温度为160℃。两次混捏完成后得到糊料。

将糊料放入晾料机进行晾料操作,待糊料温度降至120℃时,将糊料放入振动成型机模具内进行振动成型,成型后的生坯的体积密度达到1.78g/cm3,并保证成型后的生坯无裂纹。

将成型后的生坯放入焙烧炉中进行一次焙烧,一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.4℃/h;在350-550℃时,升温速率为0.9℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.3℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.5℃/h。整个升温过程用温度报警仪进行控制,保证温度报警仪的温差范围在5℃内,确保产品无裂纹。一次焙烧完成后得到一次焙烧品。

将一次焙烧品放入预热炉内进行预热,预热温度为370℃,将焙烧品从预热炉取出,放进浸渍罐中;将中温煤沥青加热到280℃,优选加热到240℃,保温2小时,再将中温煤沥青回温到190℃,加入到浸渍罐中,对浸渍罐进行抽真空、加压至1.5Mpa,在1.35Mpa下保压55分钟,对一次焙烧品进行浸渍,得到浸渍品;

将浸渍品放入焙烧炉中进行二次焙烧,二次焙烧的时间为320小时,二次焙烧的最高温度达800℃,得到二次焙烧品。

将二次焙烧品放入艾奇逊石墨化炉进行石墨化,石墨化时间为480小时,石墨化最高温度为3000℃。出炉后得到特种石墨材料。

试验例1

对实施例1-7所制得的特种石墨材料样品的性能参数进行了检测,结果如下表1所示:

表1

对比例1

该对比例比较了不同配料对特种石墨材料性能参数的影响。

样品1:实施例1制得的特种石墨材料;

样品2:采用实施例1的制备方法,不同之处在于采用煅烧焦代替等方焦作为骨料,煅烧焦的粒径范围与含量为:

样品3:采用实施例1的制备方法,不同之处在于等方焦的粒径范围和含量为:

0.5mm<粒径≤0.6mm 100wt%。

样品4:采用实施例1的制备方法,不同之处在于等方焦的粒径范围和含量为:

样品5:采用实施例1的制备方法,不同之处在于等方焦的粒径范围和含量为:

对样品1-5的性能参数进行了检测,结果如下表2所示:

表2

对比例2

该对比例比较了采用不同的一次焙烧曲线对特种石墨材料性能参数的影响。

试验品:实施例1制得的特种石墨材料;

对照品1:参照实施例1的制备方法,与实施例1的制备方法的区别在于:一次焙烧曲线为:在150-550℃时,升温速率为1.2℃/h;在550-700℃时,升温速率为0.6℃/h;在700-1150升温速率为2.1℃/h。

对照品2:与实施例1的制备方法的区别在于:一次焙烧曲线为:在150-350℃时,升温速率为1.4℃/h;在350-550℃时,升温速率为1.2℃/h;在550-850℃时,升温速率为1.3℃/h;在850-1150℃时,升温速率为2.5℃/h。

对试验品和对照品1、对照品2的性能参数进行了检测,结果如下表3所示:

表3

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