本发明涉及一种石墨发热体及其制造方法，属于石墨材料技术领域。
背景技术：
石墨发热体是指用石墨材料制成的电炉加热发热体部件。通常对于石墨发热体的性能要求如下：具有优良的导热性能、耐热震性、较小的热膨胀系数、有适宜的强度、较强的耐冲击性和耐高温性。而目前，大多数碳素生产企业生产细颗粒石墨发热体时，采用煅烧焦为主要原料生产，产品成型后直接脱模冷却，生坯密度低，造成焙烧热处理后废品率高达40%以上。如何在保证石墨发热体具备优良性能的前提下，降低废品率成为本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种体积密度高、废品率低的石墨发热体，并同时提供其制备方法。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
技术主题一：
提供了一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦和/或针状焦0-2%、煤沥青22-25%；
其中碳/碳复合材料粉末为10%-20%，石墨碎为23%-68%，煅烧石油焦为0-30%，针状焦0-2%，煤沥青22-25%。
优选的，上述石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦或针状焦0-2%、煤沥青22-25%。
优选的，上述碳/碳复合材料粉末粒径分布为0-0.075mm：20%-40%；0.075-0.15mm：60-80%。
优选的，上述的碳/碳复合材料为碳纤维增强炭基体的复合材料，优选为上述材料加工产品中的产生的碎屑，磨粉得到。
技术主题二：一种石墨发热体的制备方法，其包括以下步骤：
1）配料：按照质量百分比计，其组成为0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦和/或针状焦0-2%、煤沥青22-25%；
其中碳/碳复合材料粉末为10%-20%，石墨碎为23%-68%，煅烧石油焦为0-30%，针状焦0-2%，煤沥青22-25%。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到120-150℃，加入煤沥青，混捏40-50分钟，出糊；
3）成型：真空振动成型后，在模具内通温度为25-40℃的水冷却55-65分钟；
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.5-1℃/h，焙烧最终温度850-900℃，保温20-26小时；
5）石墨化：对步骤4）焙烧后的产品，进行石墨化，得到石墨化品；
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
上述步骤2）中，煤沥青的加入温度为165-170℃，出糊温度为155-170℃。
上述步骤3）中，真空振动成型，真空度为0.084-0.09mpa，成型比压按15kg/cm2，振动频率为8.0-12.5hz，振动时间为2-6分钟。
上述步骤5）中，所述步骤5）中，石墨化处理具体为石墨化通电时间38-42小时，温度2800-3000℃，自然降温至480-520℃出炉。
优选的，上述步骤5）中，石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800-3000℃，自然降温至500℃出炉。
应用于真空电炉尤其是真空感应电炉的细颗粒石墨发热体颇受业内推崇，为了细颗粒石墨发热体的整体性能的改良以及成品率的提高，本发明人进行了大量的研究工作。发明人曾尝试调整煅烧石油焦的粒径分布，去达到预期的效果，但是令人沮丧的，得到的石墨发热体废品率依旧偏高。而后的试验中发明人尝试用石墨碎取代煅烧石油焦，虽然在电阻率和热膨胀系数上得到了较为明显的改善，但是得到的石墨发热体的强度有所降低，废品率依然没有得到改善。基于以上原因，发明人又尝试了石墨碎和煅烧石油焦的组合、石墨碎和针状焦的组合，结果依然无法令人满意，在此期间，发明人通过调整制造工艺等，也未能满足需求。基于以上探索，发明人开始尝试引入其他骨料，碳/碳复合材料作为一种性能优良的材料被考虑引入，但是在开始的试验中，试验结果却让人并不欣喜，在一些试验中出现了石墨发热体电阻率高、密度低、热膨胀系数不理想等问题，正当发明人想要放弃时，意外的发现，控制碳/碳复合材料的粒径，以及范围，可以从一定程度上在提高强度的同时，依然能保持电阻率适宜。虽然碳碳复合材料的引入解决了一些问题，但是密度低废品率高的问题依然存在，为了发明人最终通过对制造工艺进行调整，才完成了本发明。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明所提供的石墨发热体通过加入0-0.075mm和0.075-0.15mm碳/碳复合材料，可以有效提高石墨体积密度，提高其强度，降低热膨胀系数，延长石墨发热体的使用寿命。
本发明所提供的制备工艺，通过采用模具内冷却技术和钢制匣钵筒内焙烧技术，可以有效减少制品内部缺陷，使焙烧废品率降低到2%以下。
本发明制备过程生产效率高，整个生产周期可以缩短到60天。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式纸件的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种石墨发热体的原料配比：一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦和/或针状焦0-2%、煤沥青22-25%；
其中碳/碳复合材料粉末为10%-20%，石墨碎为20%-60%，煅烧石油焦为0-30%，针状焦0-2%。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：其由如下原料按质量百分比制备而成：0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦或针状焦0-2%、煤沥青22-25%。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一和二不同的是：上述碳/碳复合材料粉末粒径分布为0-0.075mm：20%-40%；0.075-0.15mm：60-80%。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：上述的碳/碳复合材料为碳纤维增强炭基体的复合材料，优选为上述材料加工产品中的产生的碎屑，磨粉得到。其他与具体实施方式一至三任一相同。
具体实施方式五：采用具体实施方式一至实施方式四的原料配比制备石墨发热体的方法，其包括以下步骤：
1）配料：按照质量百分比计，其组成为0-0.075mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎25-37%、0.075-0.15mm碳/碳复合材料粉末和/或石墨碎20-27%、0.15-0.5mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-16%、0.5-0.8mm煅烧石油焦和/或石墨碎10-18%、0.8-1mm煅烧石油焦和/或针状焦0-2%、煤沥青22-25%；
其中碳/碳复合材料粉末为10%-20%，石墨碎为20%-60%，煅烧石油焦为0-30%，针状焦0-2%；
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到120~150℃，加入煤沥青，混捏40-50分钟，出糊；
3）成型：真空振动成型后，在模具内通温度为25-40℃的水冷却55-65分钟；
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.5-1℃/h，焙烧最终温度850-900℃，保温20-26小时；
5）石墨化：石墨化通电时间40小时，温度2800-3000℃，自然降温至500℃出炉，得到石墨化品；
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤2）中，煤沥青的加入温度为165-170℃，出糊温度为155-170℃。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五和六不同的是步骤3）中，真空振动成型，真空度为0.084-0.09mpa，成型比压按15kg/cm2，振动频率为8.0-12.5hz，振动时间为2-6分钟。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七不同的是步骤5）中，石墨化处理具体为石墨化通电时间38-42小时，温度2800-3000℃，自然降温至480-520℃出炉。其他与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至七不同的是步骤5）中，石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800-3000℃，自然降温至500℃出炉。其他与具体实施方式五至七之一相同。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
实施例1
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到130℃，加入165℃的煤沥青，混捏45分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.086mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率10.5hz振动时间4分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.8℃/h，焙烧最终温度900℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度1900℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例2
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到140℃，加入165℃的煤沥青，混捏50分钟，混捏出糊，出糊温度为170℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.086mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率11hz振动时间5分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温35℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.6℃/h，焙烧最终温度850℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例3
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到150℃，加入170℃的煤沥青，混捏40分钟，混捏出糊，出糊温度为155℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.088mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率10hz振动时间6分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.7℃/h，焙烧最终温度870℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度3000℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例4
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到150℃，加入165℃的煤沥青，混捏45分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.088mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率12.5hz振动时间4分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温35℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.7℃/h，焙烧最终温度850℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例5
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到150℃，加入165℃的煤沥青，混捏50分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.086mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率8.0振动时间5分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.8℃/h，焙烧最终温度900℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度3000℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例6
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到120℃，加入165℃的煤沥青，混捏45分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.087mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率9.5hz振动时间5分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温35℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.8℃/h，焙烧最终温度850℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例7
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到150℃，加入170℃的煤沥青，混捏40分钟，混捏出糊，出糊温度为170℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.09mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率10.5hz振动时间3分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.6℃/h，焙烧最终温度880℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度2800℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
实施例8
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到135℃，加入168℃的煤沥青，混捏50分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.088mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率11.0hz振动时间2-6分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持1.0℃/h，焙烧最终温度880℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度3000℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
对比例1
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例2
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例3
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例4
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例5
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例6
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例7
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如实施例1。
对比例8
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到130℃，加入165℃的煤沥青，混捏45分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.086mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率10.5hz振动时间4分钟，脱模冷却。
4）焙烧：把生坯装入钢制匣钵筒内，以石英砂为填充料，焙烧挥发期升温速率保持0.8℃/h，焙烧最终温度900℃，保温24小时。
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度1900℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求进行加工。
对比例9
一种石墨发热体，其由如下原料按质量百分比制备而成：
其制备方法如下：
1）配料：按照上述配比配料。
2）混捏:把干料混合料放入混捏锅中，干混达到130℃，加入165℃的煤沥青，混捏45分钟，混捏出糊，出糊温度为160℃。
3）成型：在真空成型机上，真空度0.086mpa，成型比压按15kg/cm2采用全过程抽真空生产振动成型工艺，振动频率10.5hz振动时间4分钟，在模具内通水冷却60分钟，水温30℃。
4）焙烧：把生坯装入环式焙烧炉进行热处理，焙烧最终温度900℃，保温24小时；
5）石墨化：石墨化处理具体为石墨化通电时间40小时，温度1900℃，自然降温至500℃出炉。
6）机加工；对于步骤5）中石墨化品按照设计要求。
效果例
对于实施例1-8和对比例1-9制得的石墨加热体的性能进行测定，结果见下表：
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。