[发明专利]一种氧氮氢分析仪器用石墨材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧氮氢分析仪器用石墨材料的制备方法，包括以下步骤：1)制备糊料；2)挤压成生坯棒料；3)进行炭化制备炭化棒料；4)纯化得到氧氮氢分析仪器用高纯石墨材料。本发明中采用低氮天然微晶石墨为主要原料，与现有生产技术普遍采用煅烧石油焦、煅烧沥青焦为原料相比，显著降低了原料氮含量，更有利于生产获得满足氧氮氢分析仪器用的石墨材料。本发明天然微晶石墨具有石墨化程度高、润滑性好等优点，因而采用天然微晶石墨为原料有利于降低成型时物料间阻力，获得结构精细致密、均匀性好的产品；炭化过程中，采用特定的升温制度，可有效防止制品开裂，提高粘结剂的残炭率，进而提高制品的密度和强度。

技术领域

本发明属于石墨深加工领域，具体涉及一种氧氮氢分析仪器用石墨材料的制备方法。

背景技术

材料中氧、氮、氢含量的检测越来越受重视。测试氧氮氢的仪器大部分是以电极脉冲炉作为热源，在高纯氦气保护下，固态样品在炽热的石墨坩埚中熔融，氢以氢气态单质形式释放；氧化物等各种状态氧被来自石墨坩埚的碳还原，以一氧化碳和二氧化碳形式释放，并经热态氧化铜完全转化成二氧化碳；各种状态氮以气态单质释放；其中氮的完全释放往往需要2800℃～3000℃高温。待测气体被载入检测器，分别被3个红外检测器检测，计算机控制整个分析过程，样品中氧、氮、氢3个检测值同时以质量分数的形式储存和显示。在氧氮氢分析过程中，石墨坩埚的作用有:充当加热电极，通过大电流后能产生足够的焦耳热量熔融样品；充当盛放测试样品的容器；充当还原剂，为样品中的氧反应生成一氧化碳和二氧化碳提供碳源。由上可知，石墨坩埚同时起着结构和功能材料的作用，对它的要求是低氧、氮、氢空白(空白值小于1ppm)、低电阻、低热膨胀系数和良好的抗热震性能，同时作为精密仪器用材料，还要求其为光谱纯(灰分小于5ppm)。

石墨坩埚在氧氮氢分析过程中基本是一次性使用，属于消耗品，每个坩埚重量约2g，价格为7-12元人民币，我国相关实验室的年消耗量在2亿个以上，全球年消耗在5亿个以上。目前，全球在用的氧氮氢分析仪基本都是美国、德国、日本生产，相应的石墨坩埚耗材市场也基本被上述国家仪器生产厂商所垄断控制。近些年，国内一些单位尝试加工生产这种氧氮氢分析仪器用石墨坩埚，但由于是直接从市场上采购普通高纯石墨产品进行机加工，所得的坩埚质量良莠不齐，经常出现坩埚自身氧、氮、氢空白值极高，达几十甚至上百ppm；坩埚通过脉冲电流后，加热功率上不去，致使某些高熔点试样中的氮不能充分释放，影响测试结果；抗热震性太差，当通过较大脉冲电流急速升温时，坩埚炸裂，无法进行正常分析，甚至损坏仪器上其他元器件。由于缺乏对氧氮氢分析仪器用石墨材料性能及市场需求的深入了解，且氧氮氢分析仪器用石墨材料按重量算年需求才几百吨，国内几乎没有石墨原材料生产企业专门对其进行研发生产。

通常，块状高纯石墨制品的生产原料骨料为煅烧石油焦或煅烧沥青焦，原料的氮含量一般为0.2％～1.5％，石墨化后的产品氮含量一般为0.004％～0.05％，很难满足氧氮氢分析仪器用石墨坩埚自身氮含量小于1ppm的要求。湖南郴州出产的天然微晶石墨石墨化度达90％以上，氮含量可低至0.01％，且与沥青等粘结剂能产生良好结合。采用低氮天然微晶石墨为骨料，经适当的工艺可制备出满足氧氮氢分析仪器用石墨坩埚性能要求的高纯、高强、低电阻、低热膨胀系数和良好抗热震性能的石墨材料，打破国外技术和市场垄断，同时也为拓宽微晶石墨的应用领域，提高产品附加值开辟了新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、氮含量低的氧氮氢分析仪器用石墨材料的制备方法。

本发明这种氧氮氢分析仪器用石墨材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将天然微晶石墨进行粉碎后，过筛，作为骨料；将粘结剂充分熔化形成流动性良好的液体，接着按照设定的比例将熔化后的粘结剂加入到骨料中，在设定温度下搅拌混匀后，得到糊料；

2)将步骤1)中的糊料放入到挤压成型机中，挤压成生坯棒料；