本发明涉及煅烧焦热膨胀系数的测定技术领域，具体为一种用于煅烧焦热膨胀系数的样品制备方法及测试方法。
背景技术：
热膨胀，即凝聚态物质体积随温度变化而发生变化的现象，是物质的基本热物理性质之一，而生产中通常用热膨胀系数来表征材料尺寸随温度变化程度。热膨胀系数通常分为体膨胀系数和线膨胀系数。由于体膨胀的测量在实践中要比线膨胀困难，所以一般只测量固体材料的线膨胀系数。
目前测试煅烧焦热膨胀系数，主要是通过焦与沥青混合经过石墨化过程生成石墨，再测试石墨的热膨胀系数间接反应焦粉的热膨胀系数。
现有测定石墨电极用石油焦热膨胀系数试样的制备方法(gb/t3074.5-1982)已作废，暂无替代标准，其主要步骤为：1.煅烧2.破碎3.混捏4.压型5.焙烧6.石墨化。热膨胀系数测试主要依据石墨电极热膨胀系数(cte)测定方法(gb/t3074.4-2016)。
但是，现有方法存在以下问题：
1.主要针对石墨电极石油焦热膨胀系数进行的制备方法，应用领域窄，无法满足更多石墨领域对焦炭的需求；
2.制备及测试步骤相应的参数有待优化调整。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提供了一种用于煅烧焦热膨胀系数的样品制备方法，其通过利用煅烧焦与沥青按配比进行混合制备出石墨化的样品，并将样品加工成棒状石墨样品，对石墨样品的表面平行度与粗糙度进行打磨加工，使石墨样品在热膨胀仪内进行热膨胀系数测定时，提高测定热膨胀系数的重复性与精度，解决了石墨煅烧焦热膨胀系数试样制备方法落后的技术问题，扩大对石墨煅烧焦热膨胀系数测试的范围。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于煅烧焦热膨胀系数的样品制备方法，包括以下步骤：
步骤一，抽样，从煅烧焦中各取样点抽样，重复抽取样品直至样品质量达到0.5kg，且抽取的样品中一半用于制样，一半用于封存；
步骤二，破碎，将用于制样的样品进行烘干与破碎后通过6.35mm筛网，通过筛网的样品研磨成粉末样品；
步骤三，混捏，将粉末样品与煤焦油沥青按比例混合均匀后，加热至150℃后搅拌均匀再捏成糊料，混捏时间为1.5h；
步骤四，压型，将混捏后的糊料挤压出至少三个直径为12mm～20mm，长为100mm～150mm的圆柱式样品；
步骤五，焙烧前处理，在石墨坩埚中铺一层厚50mm的砂子，将圆柱式样品标记后放入坩埚中，每个样品间距离、样品与石墨坩埚壁的距离保持一致，用砂子填充好；
步骤六，焙烧，将石墨坩埚放入100℃的加热炉中，加热至850～900℃,保温1～3小时，炉体降温低于300℃，可敞开炉门冷却至室温，取出样品，用砂纸打磨清洁表面；
步骤七，石墨化，将样品放入气氛炉中加热，通入氩气作为保护气，升温速至2700℃，并保温30分钟后炉体冷却至300℃以下，可开炉冷却取出样品；以及
步骤八，加工样品，将石墨化后的样品加工成直径为6±0.05mm，长度为25.5±0.05mm的棒状石墨样品后经打磨加工成型为测试样品。
所述步骤一中，煅烧焦上取样点的数量为3～5个，且重复抽取6～10次。
所述步骤二中，制样样品的干燥温度为110℃，干燥2小时，研磨后的粉末样品能通过40目筛网的达到至少95％，通过200目筛网的至少40％～60％。
所述步骤三中，粉末样品与煤焦油沥青的混合比例为6.5～7.5:3.5～2.5。
所述步骤四中，混捏后的糊料挤压成型的压力为60kg/cm2，且其挤压出的第一个圆柱式样品丢弃。
所述步骤五中，圆柱式样品放入坩埚中，每个样品间距离、样品与石墨坩埚壁的距离均优选为15mm，且圆柱式样品呈多层放置时，相邻两层圆柱式样品之间设置15mm的砂层间隔。
所述步骤六中，加热炉从100℃升温至850～900℃的升温速率为90～120℃/h。
所述步骤七中，通入氩气的速率为10l/min，加热炉升温至2700℃的升温速率为15℃/min。
所述步骤八中，打磨后测试样品的表面平行度为0.015，粗糙度为0.8。
本发明相比测定石墨电极用石油焦热膨胀系数试样的制备方法gb/t3074.5-1982具备以下优点：
1)在抽样上，本发明采用多点反复抽样的方式，抽样更加科学、平均，适用于所有生产石墨用的煅烧焦，且抽取的样品一半用于制样，一半封存，封存的样品可以作为留档，更加合理，以上在gb3074.5-1982内均是没有记载的，且gb3074.5-1982主要针对石墨电极石油焦的试样制备，领域窄，其也没有进行抽样；
2)在破碎上，本发明采用破碎后，用6.35mm筛网筛分后，磨粉保证样品通过40目筛网的通过量至少95％，通过200目筛网的样品通过量至少40％～60％，与gb3074.5-1982记载的小于0.075mm为40±2％，0.15-0.5mm为25±5％，相比较过筛更加均匀，粒度更细；
3)在压型上，本发明对挤压出的第一个圆柱式样品丢弃，使避免了污染的样品进行了后续的热膨胀系数测定，对测定结果产生的了干扰，这点在gb/t3074.5-1982没有记载；
4)在焙烧上，本发明加厚了沙子的厚度，使保温效果更优，且焙烧温度为850-900℃，焙烧时间为1-3小时，比较gb3074.5-1982记载的焙烧温度与时间，焙烧时间更短；
5)在石墨化上，本发明以15℃/min的速率升温至2700℃，较gb/t3074.5-1982记载的阶段性升温进行石墨化，恒定升温，样品受热均匀，石墨化效果更好；
6)本发明增加对测试样品外部形状的加工，保证了测试样品外部的平行度与粗糙度，使测试样品在热膨胀仪内进行热膨胀系数测试时，更利于仪器检测测试样品外形的变化量，提高测定热膨胀系数的重复性与精度，该点在gb/t3074.5-1982内没记载。
针对以上问题，本发明提供了一种用于煅烧焦热膨胀系数的测试方法，较现有的热膨胀系数测定方法gb/t3074.4-2016，本发明提高了测试温度的范围，解决传统热膨胀系数测定方法温度范围小的技术问题。
一种用于煅烧焦热膨胀系数的测试方法，将测试样品放入热膨胀仪中进行热膨胀系数测试，该热膨胀仪保护气流速率调至120～150ml/min，升温速率调至2k/min～3k/min，在室温段至少恒温2小时以上，启动升温测试。
本发明相比石墨电极热膨胀系数(cte)测定方法(gb/t3074.4-2016)具备以下优点：
本发明热膨胀系数的测试温度能达到1500℃，而gb/t3074.4-2016的测试温度仅能达到600℃，远低于1500℃，远不及本发明测试出的热膨胀系数的精度。
总体来说，本发明方法思路清晰，尽可能去除了对测试结果产生影响的诸多外在因素，提高了测试结果的精度，尤其适用于煅烧焦热膨胀系数的测定。
附图说明
图1为本发明一种用于煅烧焦热膨胀系数的样品制备方法及测试方法的工艺流程示意图；
图2为本发明煅烧焦热膨胀系数的样品图；
图3为本发明热膨胀系数测定原理图；
图4为典型热膨胀系数测试曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：
如图1所示，一种用于煅烧焦热膨胀系数的样品制备方法，包括以下步骤：
步骤一，抽样，从煅烧焦中各取样点抽样，重复抽取样品直至样品质量达到0.5kg，且抽取的样品中一半用于制样，一半用于封存；
步骤二，破碎，将用于制样的样品进行烘干与破碎后通过6.35mm筛网，之后研磨成粉末样品；
步骤三，混捏，将粉末样品与煤焦油沥青按比例混合均匀后，加入粘结剂混捏成糊料；
步骤四，压型，将混捏后的糊料挤压出至少三个直径为12mm～20mm，长为100mm～150mm的圆柱式样品；
步骤五，焙烧前处理，在石墨坩埚中铺一层厚50mm的砂子，将圆柱式样品标记后放入坩埚中，每个样品间距离、样品与石墨坩埚壁的距离保持一致，用砂子填充好；
步骤六，焙烧，将石墨坩埚放入100℃的加热炉中，加热至850～900℃,保温1～3小时，炉体降温低于300℃，可敞开炉门冷却至室温，取出样品，用砂纸打磨清洁表面；
步骤七，石墨化，将样品放入气氛炉中加热，通入氩气作为保护气，升温速至2700℃，并保温温30分钟后炉体冷却至300℃以下，可开炉冷却取出样品；以及
步骤八，加工样品，将石墨化后的样品加工成直径为6±0.05mm，长度为25.5±0.05mm的测试样品。
其中，所述步骤一中，煅烧焦上取样点的数量为3～5个，且重复抽取6～10次，重复抽取可以使抽取的煅烧焦更加均匀，如此，在对煅烧焦进行热膨胀系数的测定时，使测定的结果更加精准、可靠。
所述步骤二中，制样样品的干燥温度为110℃，干燥2小时，磨粉后的粉末样品通过40目筛网的至少95％，通过200目筛网的至少40％～60％。
通过筛选后，粉末样品的粒度更加均匀，在粉末样品石墨化形成最终的测试样品时，由于粒度均匀，测试样品在进行热膨胀系数测试时，膨胀性会表现的更加均匀，不会发生单侧过度膨胀的情况，利于热膨胀系数的检测。
所述步骤三中，粉末样品与煤焦油沥青的混合比例为6.5～7.5:3.5～2.5，其中煤焦油沥青起到粘结剂的作用。
煤焦油沥青的软化点为110℃，其通过10目筛网筛选，筛选后的与煤焦油沥青焦炭粉末按适当比例混合均匀，同时在加热到150℃锅内用搅拌机搅拌1.5小时形成糊料，值得注意的是加热到150℃，是因为煤焦油沥青的软化点为110℃，只有高于110℃，煤焦油沥青才会处于自由流动的状态，才能与粉末样品混合均匀，而本实施例中优选为150℃的搅拌温度，是在保证煤焦油沥青流动情况下，尽量减少能源的损耗，同时又保证搅拌混捏的效果。
所述步骤四中，混捏后的糊料挤压成型的压力为60kg/cm2，且其挤压出的第一个圆柱式样品丢弃。
成型过程中采用挤压机进行挤压成型，丢弃第一个挤压出的圆柱式样品，是因为圆柱式样品在挤压过程中，可能与上一次的残留糊料混合，导致第一个挤压出的圆柱式样品被残留物污染，被污染的圆柱式样品再经过热膨胀测定，测得的热膨胀系数会存在偏差，导致测定的结果不准确。
所述步骤五中，圆柱式样品放入坩埚中，每个样品间距离、样品与石墨坩埚壁的距离均优选为15mm，且圆柱式样品呈多层放置时，相邻两层圆柱式样品之间设置15mm的砂层间隔。
铺设沙子一是为了给样品设置保温层，使样品在进行焙烧时，能有效的进行保温，二是由于圆柱式样品内添加了煤焦油沥青作为粘合剂，直接将圆柱式样品放置与坩埚内，会使圆柱式样品与坩埚产生黏连。
所述步骤六中，加热炉从100℃升温至850～900℃的升温速率为90～120℃/h，由于焙烧样品是用于热膨胀系数测定用，因此无需像石墨制备那样考虑收缩比例，只需在保证焙烧效果的情况下，将焙烧的时间尽可能的缩短，以提高效率。
所述步骤七中，通入氩气的速率为10l/min，加热炉升温至2700℃的升温速率为15℃/min，采用以15℃/min的速率恒定升温样品受热更加均匀，石墨化效果会更好。
如图2，所述步骤八中，测试样品的表面平行度为0.015，粗糙度为0.8。
限定测试样品表面的平行度与粗糙度是为了保证样品在进行热膨胀系数测定时，样品的体积能均匀的发生膨胀，方便热膨胀仪检测出气发生的膨胀量，同时膨胀量的快速检测，使的本实施例可以满足更多石墨领域对焦炭热膨胀系数测定的需求。
实施例2：
一种用于煅烧焦热膨胀系数的测试方法，将按照实施例1制备的测试样品放入热膨胀仪中进行热膨胀系数测试，该热膨胀仪保护气流速率调至120～150ml/min，升温速率调至2k/min～3k/min，在室温段至少恒温2小时以上，启动升温测试。
打开热膨胀仪加热炉，将测试样品放入炉内的石英管中，样品两端用石英垫片垫好(如设备没有石英垫片则无关垫片的操作步骤)，样品、石英膨胀计、石英垫片要在一个中轴线上，然后将温度测量装置测温端紧贴试样1/2处侧表面放置，关闭炉盖，记录位移测量装置初始读数或将装置回零。
如图3所示，1表示位移测量装置，2表示炉壁，3表示加热体，4表示试样，5表示石英参考物，6表示石英顶杆，7表示基座，热膨胀系数测定的原理是试样和石英参照物安装在同一基座上，试样的另一端与顶杆相接触，当炉子加热时，试样、顶杆、参照物同时被加热膨胀，由于顶杆与参照物都是同样材质的石英标准物质，它们虽然从炉内到炉外，所处的温区不同，但它们在同一水平位置的温度是相同的，两者的膨胀量相互抵消，而与试样同长度的区域，由于材质不同不能抵消，因此位移量装置的读数为试样与同长度参照物的相对膨胀量，所以试样的真实膨胀量为位移测量装置上的读数加上参照物的膨胀量。
热膨胀系数的计算式为：
a＝△l/△tl0+a石英
a：试样在室温～1500℃的热膨胀系数(℃-1)；
l0：试样在室温的长度(mm)；
△l：试样在1500℃是的膨胀量(mm)；
△t：室温～1500℃的温度差(℃)；
a石英：石英在室温～1500℃温度内的平均热膨胀系数(℃-1)。
由此，可知热膨胀量的准确测定对石墨材料热膨胀系数测定是至关重要的，因此，通过打磨加工使测试样品形成特定规则的形状，并要求其表面的平行度与粗糙度，进而来提升测试样品在热膨胀测定过程中的膨胀量的均匀性，也是切实必要的。
如图4所示，为本实施例在室温～1500℃测试出的典型热膨胀系数测试曲线图，由该图可知，本实施例的二审温度达到1500℃是确实可以达到以及已经在实际材料的热膨胀系数测定中进行运用的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。