[发明专利]高强度高密度石墨模具及其制备方法

说明书

本发明涉及石墨模具技术领域，具体公开了一种高强度高密度石墨模具及其制备方法，其包括以下步骤：（1）提供原料，混合得到粉体；（2）选择性激光烧结成型；（3）热压固化；（4）碳化；（5）在硅胶溶液中浸渍；（6）烧结得到高强度高密度石墨模具成品；其中，原料按照重量百分比计包括：鳞片石墨32~47%，环氧改性酚醛树脂粉23~32%，沥青焦4~8%，聚丙烯腈基碳纤维8~16%，改性沥青粉9~15%。实施本发明，可得到密度高，抗压强度高，且导热性具有横向和纵向异性的石墨模具。且本发明的制备方法工艺流程短，能源消耗低，污染小，原料利用效率高。

技术领域

本发明涉及石墨模具技术领域，尤其涉及一种高强度高密度石墨模具及其制备方法。

背景技术

高密高强石墨材料是碳石墨工业生产中的一个高端产品类型，与传统碳石墨材料相比，具有组织结构均匀致密并且密度大、强度高等特点，广泛用于冶金、电气、化工、原子能和航空航天等工业领域，在半导体行业中也发挥着举足轻重的作用。传统的碳石墨材料制备方法包括以下几个步骤：将煅后焦与粘结剂煤沥青混捏、成型、焙烧、浸渍、二次焙烧或多次浸渍与多次焙烧、最后再经石墨化处理。近年来，很多企业和科研机构投入大量人力物力对高密高强碳石墨材料的制备方法进行了更加深入系统的研究，最终归结为两个着眼点：其一是改变原材料，如采用“二次焦”、中间相碳微球(MCMB )、超细粉石墨等作为原材料；二是强化生产工艺，如高压成型、加压焙烧、多次浸渍等。

高强度石墨的制备方面，技术较为成熟的国家有主要有美国、德国、法国和日本等少数的技术比较发达的国家。如美国波柯石墨公司(POCO Graphite Inc)利用石墨在2500℃以上的高温时，在压力的作用下的发生蠕变特性，成功开发出了再结晶石墨。再石墨是在高温高压下使多晶石墨晶粒长大并且定向排列而得到的高密度的材料，石墨产品的缺陷(气泡、裂纹)消失，其体积密度可达到1.85~2.15g/cm³，呈明显的各向异性。又如日本吴羽化学工业公司和东北协和碳公司在研制的超高密度炭材料，其密度达到了2.0g/cm³，抗折强度达到了100MPa以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高强度高密度石墨模具的制备方法，其制备得到的石墨模具密度高，抗压强度高，导热性具有横向和纵向异性，且该制备方法流程段，污染小。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种高强度高密度石墨模具，其密度高，抗压强度高，且导热性具有横向和纵向异性。

为了解决本发明的技术问题，本发明提供了一种高强度高密度石墨模具的制备方法，其包括以下步骤：

（1）提供原料，混合得到粉体；

（2）将所述粉体采用选择性激光烧结成型法成型，得到第一坯体；

（3）将所述第一坯体热压固化，得到第二坯体；

（4）将所述第二坯体碳化，得到第一预制体；

（5）将所述第一预制体在硅胶溶液中浸渍，干燥后得到第二预制体；

（6）将所述第二预制体烧结，得到高强度高密度石墨模具成品；

其中，所述原料按照重量百分比计包括：

鳞片石墨 32~47%，环氧改性酚醛树脂粉 23~32%，沥青焦 4~8%，聚丙烯腈基碳纤维 8~16%，改性沥青粉9~15%。

作为上述技术方案的改进，所述鳞片石墨的含碳量大于99.5%，其粒度为300~900目，环氧改性酚醛树脂粉的粒度为600~1200目，沥青焦的粒度为200~750目，聚丙烯腈基碳纤维粒度为200~750目，改性沥青粉粒度为150~750目。

作为上述技术方案的改进，步骤（2）中，选择性激光烧结成型法的工艺参数为：填充功率为12~32W，分层厚度为0.1~0.15mm，填充间距为0.1~0.15mm，填充速度为800~2600mm/s。

作为上述技术方案的改进，步骤（3）包括：