[发明专利]一种高硬度等静压石墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨材料领域，具体涉及一种含中间相炭微球的高硬度等静压石墨及其制备方法。

背景技术

石墨材料具有耐高温、耐腐蚀、自润滑等特性，在许多领域得到广泛应用。等静压石墨是20世纪 60 年代发展起来的一种新型石墨材料，具有耐热性好，在惰性气氛下，随着温度的升高其机械强度反而升高，在2500℃左右时的机械强度达到最高值；与普通石墨相比，等静压石墨的结构精细致密，均匀性好；热膨胀系数很低，具有优异的抗热震性能；各向同性优良；耐化学腐蚀性强；导热性能和导电性能非常良好；具有优异的机械加工性能等优点，因而在冶金、化学、电气、航空宇宙、原子能工业等领域得到广泛应用。

等静压机用于将各种粉末制品在超高压状态下压制成型，适合压制性能要求高、形状复杂及细长比大的材料，并具有显著的有益效果，如等静压制成品的各向同一性好。等静压的工作原理为帕斯卡定律：“在密闭容器内的介质（液体或气体）压强，可以向各个方向均等地传递”。将待压制的粉末装在弹性模具中，将其放入超高压工作缸内，再用泵将液压介质注入超高压工作缸中，均匀作用于模具的所有表面，使粉末均匀压缩成型。其中，与等静压制品（如等静压石墨）相关的性能参数包括肖氏硬度、抗压强度、抗弯强度（抗折强度）、体积密度、电阻率、热导率、热膨胀系数、灰分、开孔率等。

中间相炭微球（MCMB）为一种人造石墨，由含有稠环芳烃的化合物(如重质油、煤沥青、石油沥青、中温沥青、二次煤沥青、萘、渣油、煤焦油、二次石油重质油、蒽油、多环芳烃等)通过热缩聚反应发生中间相转变制得。作为示例，可按照CN1308113A公开的方法制备中间相炭微球。中间相炭微球具有良好的化学稳定性、热稳定性、导电性和导热性等，是制备高性能炭材料的优质前驱体。并且，中间相炭微球具有良好的自粘结性，可以直接模压或等静压成型后，自烧结成为高密度各向同性碳材料（HDIC）。

文献1（《新型炭材料》，2004年6月，第19卷第2期：109-112）公开了下述技术内容，采用中间相炭微球为原料，经240MPa模压成型和1000℃自烧结后，可制备出弯曲强度达到134.3MPa的HDIC。但是，模压成型的压力为单向，存在压力损失，致使坯体各部分的密度不均匀，产品性能受到局限。

目前，等静压石墨制备方法包括下述步骤：采用煅烧焦作为骨料炭（填料）、改性沥青作为粘结剂，经过机械混合后成型、炭化、浸渍、石墨化热处理，制得等静压石墨。但是，该方法中有三分之一以上的粘结剂（如改性沥青）在焙烧过程中分解挥发，造成填料与粘结剂之间的体积收缩差异，致使石墨材料存在气孔率较高、结构均匀程度差、机械强度较低等缺陷。

文献2（CN101823707A）公开了一种等静压石墨的制备方法，该方法以石油焦或沥青焦为原料，将原料经气流粉碎至5-20μm，经一次混捏、轧片、挤出成型，快速炭化、破碎、筛分，二次混捏、轧片、破碎、筛分、预成型、等静压成型、焙烧、浸渍、石墨化等工序处理，制得细颗粒等静压各向同性石墨材料。与传统粗颗粒石墨材料相比，文献2公开的等静压石墨具有结构精细致密、均匀性好、力学性能优异、各向同性等特性，特别适合大规格石墨制品的生产。但是，该方法存在操作复杂，制得石墨材料的电化学性能改善不很明显等缺陷。

文献3（《炭素技术》，2010年第5期，第29卷：32-37）公开了等静压石墨的制备方法、主要用途和国内市场分析，并公开了超细粉的制备、等静压技术、慢速焙烧等技术环节对等静压成型的影响，以及等静压石墨在单晶硅、多晶硅、原子能工业、放电加工、金属连铸等领域的广泛应用。

  

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度等静压石墨的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料的粉碎、筛分

    将原料粉碎，将其制成平均粒径不超过10μm的粉末，过600目-2000目筛，制得原料细粉，其中，所述的原料选自石油焦、沥青焦的任一种或其组合及其与中间相炭微球按照一定质量比配制而成的混合物，混合物中的中间相炭微球的质量分数为50-100%；在原料细粉中加入质量分数为1-15%的炭黑后，球磨至其混合均匀，制得原料混合物；

（2）原料混合物的等静压成型