专利名称：一种高导热石墨材料的制备方法
技术领域：
本发明属于一种石墨材料的制备方法，具体地说涉及一种制备高导热块状石墨材料的方法。
背景技术：
石墨材料具有良好的热、电及机械性能而被广泛用于很多领域，如航天、航空、核裂变反应堆用减速材料，聚变堆用面对等离子体材料，而其在化工、冶金、电子等方面的应用更是日益深入。
普通石墨材料的热导率室温下仅为100W/m.k左右，而石墨单晶的理论热导率可达2100W/m.k[Hugh.O.Pieson，Handbook of Carbon，Graphite，Diamond and Fullenenesroperties，Processing and Application[M]USA.Noyes Publication，1990]。因此对于石墨材料而言，其热导率有很大的提升空间。
传统高导热石墨材料的制备方法主要是常规工艺。李圣华发表的“炭和石墨”(北京冶金工业出版社，1983)是将原料经预碎、煅烧、粉碎、筛分；颗粒与细粉的质量配比；加入粘结剂并进行机械混合以及热混捏；混捏后的糊料成型；成型后生坯的焙烧；焙烧坯进行浸渍再焙烧循环增密处理；最后将焙烧后半成品进行石墨化处理。此方法不仅生产周期长，而且石墨制品的块密度及热导率较低。实际生产利用中，往往在石墨成品内部存在的微裂纹较多，经常产生废品，浪费原材料等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种不产生废品，而且生产周期短的高导热石墨材料的制备方法。
对于导热性要求高的石墨制品，除要选用易石墨化的原料外，还要选择比较理想的原料质量配比。对于填料在中颗粒与细粉的质量配比而言，合理的质量配比可以使石墨制品能有较高的堆积密度和较小的孔率。大颗粒在坯体结构中起骨架作用，减少石墨微晶结构中的晶界，从而降低声子的散射，增大材料的热导率。另一方面，细粉可以填充颗粒间的空隙，降低石墨材料内部的晶格缺陷，进而提高材料的热导率。
在制备石墨材料时，都需加入一定量的粘结剂。当加热混捏时，粘结剂能浸润和渗透填料并粘结在一起，且填满填料的开口气孔，形成质量均匀有良好可塑性的糊料。另一方面，在制备过程中，由于粘结剂自身焦化生成粘结焦把填料结合成一个坚固的整体。
粘结剂的用量对石墨制品的导热性能有直接的影响。粘结剂用量过少，导致制品微裂纹增多，降低其制品的导热性能；粘结剂用量较多时，导致制品的孔率增多，进而使结构缺陷增多，同样导致制品导热性能的降低。
本发明的一种高导热石墨材料的制备方法包括如下步骤(1)将石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅烧150～180分钟；(2)将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；(3)将颗粒与细粉以颗粒15-40wt％，细粉60-85wt％的比例混合作填料；(4)以煤沥青为粘结剂，粉碎至粒径≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例将煤沥青配入填料中，得到原料；(5)将配好的原料在高混机内机械混合15～20分钟；之后在热混捏机上热混捏10～15分钟，制成糊料；(6)将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、8～10MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。
本发明具有如下优点(1)原料来源广泛，价格便宜；(2)工艺简单，生产周期短，见效快；(3)该方法生产的石墨制品比普通石墨制品的热导率高50％以上。
(4)高导热石墨制品通过一次成型，即可制成成品，材料内部无微裂纹存在。
具体实施例方式实施例1将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300℃下真空煅烧150分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取破碎取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒45g、粒径为≤0.09mm的细粉255g，装入高混机内机械混合15分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏10分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、8MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。将制备的石墨制品切成φ20mm×20mm规格尺寸的试样，经抛光、超声波清洗并烘干，根据国标GB-3399-82(88)相对比较法进行测试，沿石墨层方向的热导率室温下为150W/m.k。
实施例2将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300℃下真空煅烧150分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒60g、粒径为≤0.09mm的细粉240g，装入高混机内机械混合15分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏10分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、8MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为170W/m.k。
实施例3将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1310℃下真空煅烧160分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒75g、粒径为≤0.09mm的细粉225g，装入高混机内机械混合16分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏12分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、9MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为240W/m.k。
实施例4将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1320℃下真空煅烧170分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒90g、粒径为≤0.09mm的细粉210g，装入高混机内机械混合16分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏12分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、9MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为190W/m.k。
实施例5将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1320℃下真空煅烧170分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒105g、粒径为≤0.09mm的细粉195g，装入高混机内机械混合17分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏13分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、9MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为180W/m.k。
实施例6将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1320℃下真空煅烧170分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒120g、粒径为≤0.09mm的细粉180g，装入高混机内机械混合18分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏13分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、9MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为160W/m.k。
实施例7将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1340℃下真空煅烧180分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青80g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒80g、粒径为≤0.09mm的细粉240g，装入高混机内机械混合19分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏14分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、9MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为180W/m.k。
实施例8将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1350℃下真空煅烧180分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青92g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒77g、粒径为≤0.09mm的细粉231g，装入高混机内机械混合20分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏15分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、10MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为195W/m.k。
实施例9将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1350℃下真空煅烧180分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青108g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒73g、粒径为≤0.09mm的细粉219g，装入高混机内机械混合20分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏15分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、10MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为180W/m.k。
实施例10将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1350℃下真空煅烧180分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青120g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒70g、粒径为≤0.09mm的细粉210g，装入高混机内机械混合20分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏15分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、10MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为160W/m.k。
对比例1将500克石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300℃下真空煅烧150分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；另取200克的煤沥青破碎至粒径≤0.154mm；取粒径≤0.154mm的煤沥青100g，煅烧石油焦粒径为1.50～0.90mm的颗粒45g、粒径为≤0.09mm的细粉255g，装入高混机内机械混合15分钟后，将混好的原料在热混捏机上在150℃下热混捏10分钟，制成糊料；之后将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于150℃、50MPa左右压力下成型，将成型的生坯经焙烧(最高温度为1000℃)、浸渍，再焙烧及浸渍两个循环后，将半成品经2600℃下石墨化处理后，即得石墨制品。其余同实施例1，制品沿石墨层方向的热导率室温下为70W/m.k。
权利要求
1.一种高导热石墨材料的制备方法，其特征在于制备方法包括如下步骤(1)将石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅烧150～180分钟；(2)将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；(3)将颗粒与细粉以颗粒15-40wt％，细粉60-85wt％的比例混合作填料；(4)以煤沥青为粘结剂，粉碎至粒径≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例将煤沥青配入填料中，得到原料；(5)将配好的原料在高混机内机械混合15～20分钟；之后在热混捏机上热混捏10～15分钟，制成糊料；(6)将糊料冷却，重新破碎后装入模具内于2600℃左右、8～10MPa压力下热压一次成型，冷却后即得高导热石墨制品。
全文摘要
一种高导热石墨材料的制备方法，是将石油焦经粗碎至粒径为≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅烧150～180分钟；将煅烧后的石油焦粉碎、筛分成粒径为1.50～0.90mm的颗粒与粒径为≤0.09mm的细粉两种规格；将颗粒与细粉以颗粒15－40wt％，细粉60－85wt％的比例混合作填料；以煤沥青为粘结剂，粉碎至粒径≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例配入填料中，得到原料；将配好的原料机械混合15～20分钟，热混捏10～15分钟，制成糊料；将糊料冷却、破碎、装入模具、热压成型，冷却后即得高导热石墨制品。本发明具有原料来源广泛，价格便宜，工艺简单，生产周期短，见效快等优点。
文档编号C09C1/46GK1421493SQ0113054
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月27日 优先权日2001年11月27日
发明者刘朗, 邱海鹏, 宋永忠, 史景利, 翟更太 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所