一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法

本发明属于石墨材料制备，具体涉及的是一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法。

背景技术：

1、随着国民经济的发展，石墨材料的应用领域已由传统的电刷及钢铁冶炼领域扩展到化工、核工业、光伏、电火花加工、电子芯片等高附加值领域。这些领域的应用对石墨材料的密度、硬度、机械性能、热电性能以及孔隙率等物理性能提出了更高要求。

2、随着制造业水平的提升以及高分子化合物分析测试能力的加强，为了提高石墨材料的性能，科研机构和炭素生产企业普遍采用了原料细化并添加粘结剂的方法，然而该方法实施后，石墨材料在新高附加值领域的市场占有率并没有明显提高，这是由于该方法存在以下系统性问题：原料细化使其在微观结构上近程无序化程度被放大，易石墨化组分转化为难石墨化成份，在相同的石墨化温度下，不仅提高了产品收缩率并降低了产品的长程有序性，使得产品的烧结难度提高、石墨化程度下降。然而，高附加值领域对石墨材料的要求是全方面的，不仅机械性能要求高，而且在石墨化程度上也提出了更高的要求，所以急需一种生产工艺控制要求低、机械性能和石墨化度同时满足高附加值行业需求的高密度石墨材料。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决石墨产品的生产工艺控制要求高、机械性能和石墨化度不能同时满足高附加值应用领域需求的问题，提供一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法。

2、本发明通过以下技术方案予以实现：一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，包括以下步骤：

3、s1、将煤沥青改质或纯化过程中得到的大分子组分作为煤沥青组分a，取煤沥青组分a在真空烘箱中预热，预热温度为150℃-210℃，预热时间为30min-240min，然后破碎得到压粉b；

4、s2、将压粉b装入包套，抽真空后放入等静压成型设备中等静压成型，等静压压力为70-180mpa，保压时间为10min，缓慢泄压后制成生坯；

5、s3、首先，将步骤s2制备的生坯放入炭化烧结炉中进行炭化处理，炭化温度为1200℃，由室温加热至炭化温度的加热速率为1℃/h，炭化时间为2h；然后，取出炭化后的物料放入石墨化炉中进行石墨化处理，石墨化温度为2800℃，由炭化温度加热至石墨化温度的加热速率为150℃/h，石墨化时间为1h，炭化与石墨化均采用常规不浸渍的工艺，制得高密度石墨材料。

6、进一步地，在所述步骤s1中，煤沥青组分a中喹啉不溶物含量≥97%，喹啉不溶甲苯可溶含量为1.5%-8.5%，灰分≤0.3%。

7、进一步地，在所述步骤s1中，破碎方式为机械破碎，或者高能球磨，或者先机械破碎后高能球磨。

8、进一步地，在所述步骤s1中，破碎制得的压粉b的粒度d50（d50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，d50也叫中位径或中值粒径。d50常用来表示粉体的平均粒度。）为10微米-50微米。

9、更进一步地，所述压粉b的粒度d50为15微米-40微米。

10、进一步地，在所述步骤s2中，采用温等静压机进行等静压成型，温等静压机的油温为40℃-90℃。

11、与现有技术相比本发明的有益效果为：

12、1）、在原材料选择方面，煤沥青改质和纯化的目的是得到β树脂含量高、软化点可控的改质沥青或者是得到杂质含量低的纯化沥青。在煤沥青组分中，作为大分子含量最高的组分a，往往是作为副产品销售和使用，产生的经济效益低。本发明以副产品组分a为原材料，经过简单的预处理后，采用自烧结石墨的制备方法，制备出高密度、高机械性能以及高石墨化度的石墨材料，使原料的产品附加值得到较大水平的提高，产生较高的经济效益；

13、2）、在压粉制备方面，与现有原料细化、增加粘结剂等改进方案相比，本发明选择的原料粒度为≥10微米。由于粒度破碎是制备压粉的最大能耗段，这使得本发明的单位能耗得到了较大水平的降低，进一步提高了经济效益；

14、3）、在压粉成型和后续的热处理阶段，本发明采用的是常规工艺方案，与传统石墨制备工艺参数无较大区别，这更好的保证了本发明的可操作性，使风险性降低，有利于科研机构或炭素生产企业结合本单位原料特性与产品性能要求进行针对性的细化制备工艺方案，使企业在较少的设备投入和工艺调整下得到最大的经济效益。

技术特征：

1.一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，其特征在于：在所述步骤s1中，煤沥青组分a中喹啉不溶物含量≥97%，喹啉不溶甲苯可溶含量为1.5%-8.5%，灰分≤0.3%。

3.根据权利要求1所述的一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，在所述步骤s1中，破碎方式为机械破碎，或者高能球磨，或者先机械破碎后高能球磨。

4.根据权利要求1所述的一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，在所述步骤s1中，破碎制得的压粉b的粒度d50为10微米-50微米。

5.根据权利要求4所述的一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，所述压粉b的粒度d50为15微米-40微米。

6.根据权利要求1所述的一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，在所述步骤s2中，采用温等静压机进行等静压成型，温等静压机的油温为40℃-90℃。

技术总结
本发明涉及一种以煤沥青大分子组分为原料制备高密度石墨材料的方法，属于石墨材料制备领域，解决石墨产品的生产工艺控制要求高、机械性能和石墨化度不能同时满足高附加值应用领域需求的问题，解决方案为：选取煤沥青改质或纯化过程中的副产品——大分子组分作为原料，采用自烧结石墨的制备方法，首先将原料进行150‑210℃的预热处理，然后破碎到D50为10‑50微米，得到压粉；然后将压粉采用温等静压的方式成型，压力为70‑180MPa，得到生坯；最后将生坯进行常规炭化和石墨化处理，制得生产工艺控制简单、机械性能和石墨化度同时满足高附加值应用领域需求的石墨材料。

技术研发人员：刘占军,丛国辉,赵红超,张翊勋,张俊鹏,王学灵,连鹏飞,陈兴江
受保护的技术使用者：中国科学院山西煤炭化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15