[发明专利]高强度高韧性石墨及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强度高韧性石墨及其制备方法。其中，制备方法包括如下步骤：步骤1，将焦炭骨料、短切碳纤维、以及粘结剂进行加热混捏，得到糊料；步骤2，将所述糊料冷却后进行粉碎，并进行等静压成型，得到生坯；步骤3，将所述生坯进行炭化处理，得到炭化产物；步骤4，将所述炭化产物进行石墨化处理，得到所述高强度高韧性石墨。根据本发明实施例的高强度高韧性石墨的制备方法，在细颗粒的焦炭骨料中，加入短切碳纤维，在经等静压成型、炭化、石墨化处理后，得到高强度、高韧性的石墨。

技术领域

本发明涉及化工材料制备技术领域，具体涉及一种高强度高韧性石墨及其制备方法。

背景技术

石墨具有以下优异性能：(1)高的中子散射截面和低的中子吸收截面，是优秀的中子慢化剂；(2)良好的耐高温性能和稳定的化学性质；(3)热导率高，且抗辐照性能好；(4)人造石墨的原料如焦炭、天然石墨等，来源丰富，价格便宜，容易制成纯度高、强度大、不同粒度要求的各种核级石墨，故在核反应堆上广泛使用。尤其是在属于第四代核电技术的高温气冷堆和熔盐堆中，石墨被用做慢化材料与反射层材料。

在球床式高温气冷堆中，反射层石墨材料是不可更换的，因此核石墨的使用寿命直接影响了反应堆的使用寿命。然而，由于石墨是一种脆性材料；以及石墨材料内部存在孔隙和缺陷特征，引起应力集中，因此，石墨材料具有低断裂韧性的特性。核石墨在反应堆中服役时，会受到机械载荷，辐照损伤(导致核石墨的体积发生变化)，高温氧化等条件的影响。低断裂韧性的特性会导致核石墨材料的开裂和失效，最终影响反应堆的正常运行。因此，(断裂)韧性和强度均是核石墨材料的重要性能指标。

目前我国已开展的HTR-10和HTR-PM项目，均使用进口的核级石墨，这些核级石墨的寿命大约为30-40年，而未来核反应堆的设计寿命为50-60年。为了延长高温气冷堆的使用寿命，以及加快我国核电产业的发展，研制高强度高韧性的核级石墨是十分必要的。

不止在核能领域，石墨在光伏领域和半导体领域中也被大量使用，例如制造提拉单晶硅、多晶硅装置中的加热器，坩埚，套筒等结构部件。大尺寸单晶硅是光伏和半导体领域的未来发展趋势，相应的也需要大尺寸的石墨加热器和石墨坩埚。然而，石墨由于自身低强度和低韧性的原因，不易生产和加工大尺寸石墨构件，运输风险也较大。在冶金领域和机械领域中，石墨材料使用时会受到各种各样载荷的作用。高的韧性和强度可以增加石墨材料抵抗变形和抵抗裂纹扩展的能力，综合提高石墨的抗损伤性能。

因此，研制高强度和高韧性的石墨在这些领域中也是十分必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种颗粒细、强度高、韧性高的高强度高韧性石墨的制备方法。

本发明还提供一种具有上述颗粒细、强度高、韧性高的高强度高韧性石墨。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明第一方面实施例的高强度高韧性石墨的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将焦炭骨料、短切碳纤维、以及粘结剂进行加热混捏，得到糊料；

步骤2，将所述糊料冷却后进行粉碎，并进行等静压成型，得到生坯；

步骤3，将所述生坯进行炭化处理，得到炭化产物；

步骤4，将所述炭化产物进行石墨化处理，得到所述高强度高韧性石墨。

进一步地，所述步骤1包括：

步骤11，将所述焦炭骨料、短切碳纤维进行干混，得到混合粉料；

步骤12，将所述混合粉料与所述粘结剂在加热条件下进行混捏，得到所述糊料，所述粘结剂为第一沥青。

更进一步地，所述骨架料：所述短切碳纤维：所述第一沥青的质量比为(50-70)：(2-16)：(30-40)。