專利名稱：一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
各向同性炭材料是ー種重要的特種炭材料，在模具行業(yè)、電火花加工及金屬連鑄石墨結(jié)晶器等方面被廣泛應(yīng)用。尤其是高性能的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，由于其結(jié)構(gòu)致密、 各向同性好、抗高溫氧化能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨損等特性可作為連續(xù)鑄造的結(jié)晶器、中高檔電火花加工機(jī)床的電極、高溫?zé)Y(jié)模具、金屬冶煉坩堝，以及航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)密封件和耐燒蝕部件等。傳統(tǒng)的各向同性炭材料主要通過在不同粒度的焦炭或人造石墨中加入粘結(jié)劑浙青，經(jīng)混捏、壓片、粉碎、擠壓、模壓或等靜壓成型，再經(jīng)炭化、浸漬、焙燒、石墨化制成。在炭化階段，由于加入的大量浙青粘結(jié)劑分解、揮發(fā)，形成大量氣孔，使其密度、強(qiáng)度等性能很低。長(zhǎng)期以來，為了提高制品的強(qiáng)度和密度，減少氣孔率，一直采取的是反復(fù)浸漬、焙燒的エ 藝來減少材料的孔隙度。不經(jīng)浸漬的炭材料，一般密度在1. 7g/cm3以下，抗壓強(qiáng)度在40MPa 以下；而材料經(jīng)過兩浸三焙或三浸四焙后，密度才可達(dá)到1. 8g/cm3以上，抗壓強(qiáng)度在60MPa 以上。使用上述方法生產(chǎn)的各向同性炭材料需要進(jìn)行反復(fù)多次浸漬和焙燒處理，生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)3-6個(gè)月，生產(chǎn)成本高，成品率低，而且難以制造大規(guī)格炭制品。日本專利昭62-39688，昭63-95291等，用浙青或重質(zhì)油為原料，經(jīng)高溫聚合，生成中間相炭微球，用溶劑處理，固相物經(jīng)低溫焙燒，成型、炭化、石墨化，制取高強(qiáng)度高密各向同性炭材料。這種方法產(chǎn)品收率低，不易制成大規(guī)格炭塊，炭化石墨化時(shí)易產(chǎn)生裂紋，不易實(shí)現(xiàn)エ業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有的各向同性炭材料的制備方法需要進(jìn)行反復(fù)多次浸漬和焙燒處理，生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高、成品率低、易產(chǎn)生裂紋、難以制造大規(guī)格炭制品、不易實(shí)現(xiàn)エ業(yè)化生產(chǎn)等缺陷，提供了一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料及其制備方法和用途。本發(fā)明的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的肖氏硬度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、體積密度、 氣孔率及電阻率等性能皆相當(dāng)優(yōu)異，在滿是上述使用性能的情況下仍能夠制成大規(guī)格炭制品。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，收率高，能夠制造大規(guī)格炭制品，不易產(chǎn)生裂紋，適用于エ業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的之ー在于提供了一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的制備方法，其包括下述步驟①將細(xì)顆粒粉料與納米粉末進(jìn)行球磨處理，得球磨后粉料；②將所述球磨后粉料與浙青混合后進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，于300 500°C進(jìn)行低溫焙燒；③模壓成型后熱等靜壓成型；④石墨化處理，即可；其中所述細(xì)顆粒粉料為人造石墨微粉和/或焦炭微粉，所述納米粉末為納米金屬粉末和/或納米陶瓷粉末。
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步驟①中，所述細(xì)顆粒粉料的平均粒徑可根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行選擇，一般為 1 20 μ m，考慮到本發(fā)明特有的細(xì)結(jié)構(gòu)特性，特別優(yōu)選為1 5μπι。步驟①中，所述納米粉末可提升各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的性能指標(biāo)。本發(fā)明中對(duì)納米材料的種類及加入量進(jìn)行調(diào)整，在兼顧其他指標(biāo)的情況下，可進(jìn)ー步提高炭材料的性能指標(biāo)，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同需求。所述納米粉末的粒徑一般為IOOnm以下。所述納米金屬粉末較佳地為過渡金屬粉末，更佳地為Fe、Ni、Ti、Cu、W、Ta和Zr粉末中的ー種或多種。所述納米陶瓷粉末較佳地為下述元素的氮化物、碳化物以及氧化物粉末中的ー種或多種Si、B或過渡金屬(優(yōu)選W、Ti、Ta或Zr)；所述納米陶瓷粉末更佳地為Si02、BN、B4C, WC、TiC、TaC和ZiO2粉末中的ー種或多種。步驟①中，所述人造石墨或焦炭可選用本領(lǐng)域中各種常用的人造石墨或焦炭。步驟①中，所述細(xì)顆粒粉料的用量可根據(jù)最終產(chǎn)品的性能及成本進(jìn)行選擇，較佳地為所述細(xì)顆粒粉料與所述納米粉末總重量的70 99. 9%，更佳地為所述細(xì)顆粒粉料與所述納米粉末總重量的80 90%。步驟①中，球磨處理可使所述納米粉末均勻地分散到所述細(xì)顆粒粉料表面，有利于實(shí)現(xiàn)材料的均一性。所述球磨處理可采用本領(lǐng)域中常規(guī)的各種球磨處理方法進(jìn)行。本發(fā)明中優(yōu)選的球磨處理的條件為球磨機(jī)中球的用量為所述細(xì)顆粒粉料、所述納米粉末以及所述球總重量的20 80% ；球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為30 360轉(zhuǎn)/分鐘；球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為1 24小時(shí)。步驟②中，所述浙青可選用本領(lǐng)域中常用的、能進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)的各種浙青，較佳地為煤浙青和/或石油浙青。所述煤浙青或石油浙青可選用本領(lǐng)域各種規(guī)格的煤浙青或石油浙青。所述浙青的用量根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行選擇，較佳地為所述浙青與所述球磨后粉料總重量的50 99. 9%，更佳地為70 80%。步驟②中，所述熱縮聚反應(yīng)采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法進(jìn)行，本發(fā)明中的具體操作條件為熱縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度為380 480°C ；反應(yīng)壓カ為0. 01 2MPa，反應(yīng)時(shí)間為50 450分鐘。熱縮聚反應(yīng)能夠在球磨后粉料表面生成中間相樹脂包覆層，使得表面含有所述中間相樹脂的細(xì)顆粒的粒徑為1 30 μ m。由于該樹脂具有粘結(jié)性，因此炭材料在成型時(shí)不再需要添加粘結(jié)劑，并且所述炭材料具有自燒結(jié)性能，可避免由于大量使用粘結(jié)劑在炭化、石墨化過程中形成大量孔洞。步驟②中，在所述熱縮聚反應(yīng)結(jié)束后，較佳地還依次進(jìn)行溶劑洗滌以及液固分離之后再進(jìn)行低溫焙燒，以去除部分未反應(yīng)的浙青，形成中間相樹脂的物料。其中，所述溶劑洗滌以及液固分離步驟為本領(lǐng)域中所述熱縮聚反應(yīng)的常規(guī)后處理步驟，本發(fā)明中采用的溶劑洗滌的溫度較佳地為80 350°C，洗滌壓カ較佳地為0. 01 5MPa，洗滌時(shí)間較佳地為50 420分鐘；所述溶劑較佳地為煤焦油、蒽油、洗油、ニ甲苯和甲苯中的ー種或多種。 所述低溫焙燒的時(shí)間可根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行選擇，較佳地為6 15小吋。步驟③中，所述模壓成型可提高產(chǎn)品的成品率。所述模壓成型可根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法進(jìn)行選擇，本發(fā)明中優(yōu)選的模壓成型的壓強(qiáng)為50 lOOMPa，優(yōu)選的模壓成型的時(shí)間為1 5小吋。所述的熱等靜壓成型在高溫、高壓條件下使炭塊均衡受力，使得炭材料的各向同性好，體積密度大，提高抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。所述熱等靜壓成型可根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)方法進(jìn)行選擇，本發(fā)明中優(yōu)選的熱等靜壓成型的溫度為600 1200°C，熱等靜壓成型的壓強(qiáng)為60 120MPa，熱等靜壓成型的時(shí)間為1 10小吋。步驟④中，所述石墨化處理可采用本領(lǐng)域常規(guī)的石墨化處理方法進(jìn)行，本發(fā)明中優(yōu)選的石墨化處理溫度為2000 觀00で。所述石墨化處理的時(shí)間為本領(lǐng)域石墨化處理的常規(guī)時(shí)間。本發(fā)明還提供了ー種由上述方法制得的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，該各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的體積密度大于1. 95g/cm3，抗折強(qiáng)度大于70MPa，抗壓強(qiáng)度大于180MPa。本發(fā)明的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料能夠適用于現(xiàn)有的各向同性炭材料所有已知的應(yīng)用領(lǐng)域中。本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)施例。 本發(fā)明的原料和試劑皆市售可得。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于1、本發(fā)明的制備方法エ藝簡(jiǎn)単，易于實(shí)施，不需要經(jīng)過反復(fù)的浸漬和焙燒，生產(chǎn)周期短，成品率高，在石墨化時(shí)不易產(chǎn)生裂紋，能夠?qū)崿F(xiàn)エ業(yè)化生產(chǎn)。2、本發(fā)明的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料具有優(yōu)異的抗折強(qiáng)度(大于70MPa)、抗壓強(qiáng)度 (大于180MPa)，體積密度大于1.958ん1113，氣孔率低于8(%，電阻率低于25リΩ m，并且能夠制成大規(guī)格炭塊。


圖1為實(shí)施例1制得的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的外觀圖。
具體實(shí)施例方式下面用實(shí)施例來進(jìn)ー步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受其限制，實(shí)施例中的原料均為常規(guī)市售產(chǎn)品。本發(fā)明中所用人造石墨微粉購(gòu)于上海杉杉科技有限公司；焦炭微粉購(gòu)于上海寶山鋼鐵公司的焦炭，經(jīng)氣流粉碎機(jī)粉碎成所需粒徑；浙青購(gòu)于鞍山鋼鐵公司；煤焦油購(gòu)于撫順煉油廠；納米材料購(gòu)于合肥凱爾納米技術(shù)發(fā)展有限公司。實(shí)施例1①將焦炭微粉(D50 :5ym)360克(即用量90wt% )和納米B4C(D5tl :85nm) 40克以混料機(jī)充分混均，將其與100克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn) M小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料400克加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa和 425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解 150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于300°C進(jìn)行低溫焙燒15小時(shí)；③以50ΜΙ^模壓成型，5小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以1200°C、60MI^熱等靜壓成型10小時(shí)；④升溫至觀00で，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，該各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的長(zhǎng)度約為75厘米，且整塊材料無裂紋，具體見圖1。
實(shí)施例2①將人造石墨粉(D50 :5ym)360克(即用量90wt% )和納米B4C(D5tl :85nm) 40克以混料機(jī)充分混均，將其與400克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)10小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于400°C進(jìn)行低溫焙燒10小時(shí)；③以75ΜΙ^模壓成型，2小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以800°C、IOOMI3a熱等靜壓成型5小時(shí)；④升溫至2300°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例3①將人造石墨粉(D50 5 μ m) 180克(即用量45wt% )、焦炭微粉(D50 5 μ m) 180克 (即用量45wt % )以及納米B4C (D50 :85nm) 40克以混料機(jī)充分混均，將其與400克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)10小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于400°C進(jìn)行低溫焙燒10小時(shí)；③以75ΜPa模壓成型，2小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以800°C、IOOMI3a熱等靜壓成型5小時(shí)；④升溫至2200°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例4①將人造石墨粉(D50 5 μ m) 360克(即用量90wt% )，納米B4C(D50 :85nm) 20克以及納米TiC (D50 :95nm) 20克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以800°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例5①將人造石墨粉(D50 1 μ m)360 克(即用量9Owt，納米Ni (D50 :85nm)40克(即質(zhì)量比9 1)以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于450°C進(jìn)行低溫焙燒8小時(shí)；③以85ΜΙ^模壓成型，2小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、IlOMI3a熱等靜壓成型2小時(shí)；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例6①將焦炭微粉(D50:20 ym) 360 克(即用量9Owt ，納米 ZrO2 (D50 :85nm)20 克以及納米TiC (D50 :95nm) 20克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例7①將焦炭微粉(D50:20 ym)320 克(即用量 SOwt ，納米!^e (D5tl :85nm)20 克、納米BN(D5tl :95nm)20克，納米SW2 (D5tl :95nm)20克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到400克石油浙青(即用量50wt% )中于0. OlMPa 和380°C下反應(yīng)50分鐘進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例8①將焦炭微粉(D5tl 20 μ m) 396克(即用量99wt % )，納米Ti (D5tl :85nm) 2克以及納米Cu (D50 :85nm) 2克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到933克煤浙青(即用量為70wt% )中于2MPa和 480°C下反應(yīng)450分鐘進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例9
①將焦炭微粉(D50 :20 ym)280克(即用量70wt% )和納米W(D5。:85nm)40克、納米Ta (D5tl :85nm)40克以及納米Zr (D5tl :85nm)40克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料(100克)加入到4000克煤浙青(即用量98wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。實(shí)施例10①將焦炭微粉(D5tl 20 μ m) 360克(即用量90wt%)和納米WC(D5tl :85nm) 20克、納米TaC (D50 :95nm) 20克以混料機(jī)充分混均，將其與1600克球料混合后裝入球磨機(jī)，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為360轉(zhuǎn)/分，運(yùn)轉(zhuǎn)1小吋，得球磨后粉料；②將球磨后粉料GOO克)加入到1600克煤浙青(即用量80wt% )中于0. IMPa 和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于500°C進(jìn)行低溫焙燒6小時(shí)；③以IOOMPa模壓成型，1小時(shí)保壓成型得坯料，將該坯料以600°C、120MPa熱等靜壓成型1小吋；④升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料，材料表面無裂紋。對(duì)比實(shí)施例1將焦炭微粉(D5tl :5 μ m) 1400克、600克煤浙青通過混捏機(jī)捏合2. 5小吋，混捏溫度 160°C，再磨成D5tl為5 μ m的粉末，再以75MPa的單位壓カ模壓成型，2小時(shí)保壓成型得坯料； 將該坯料以800°C、IOOMPa熱等靜壓成型5小吋，升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料。對(duì)比實(shí)施例22000克煤浙青于0. IMI^a和425°C下反應(yīng)6小時(shí)進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物用煤焦油3600克在240°C和0. IMPa下溶解150分鐘，再進(jìn)行液固分離，分離出的固體物料于300°C 進(jìn)行低溫焙燒10小吋。再以75MI^模壓成型，2小時(shí)保壓成型得坯料；將該坯料以800°C、 IOOMPa熱等靜壓成型1小吋，升溫至2000°C，恒溫2小時(shí)進(jìn)行石墨化處理，自然冷卻后即得性能優(yōu)異的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料。以上各實(shí)施例及對(duì)比實(shí)施例樣品均按以下標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，其中體積密度指標(biāo)是根據(jù) JB/T 8133. 14-1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，抗壓強(qiáng)度指標(biāo)是根據(jù)JB/T 8133. 8-1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，抗折強(qiáng)度指標(biāo)是根據(jù)JB/T 8133. 7-1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，肖氏硬度指標(biāo)是根據(jù)JB/T 8133. 4-1999 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，氣孔率指標(biāo)是根據(jù)JB/T 8133. 15-1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，電阻率指標(biāo)是根據(jù)JB/T 8133. 2-1999標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。各實(shí)施例及對(duì)比實(shí)施例的性能參數(shù)如下表所示
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權(quán)利要求
1.一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的制備方法，其特征在于其包括下述步驟①將細(xì)顆粒粉料與納米粉末進(jìn)行球磨處理，得球磨后粉料；②將所述球磨后粉料與浙青混合后進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，于300 500°C進(jìn)行低溫焙燒；③模壓成型后熱等靜壓成型；④石墨化處理，即可；其中，所述細(xì)顆粒粉料為人造石墨微粉和/或焦炭微粉，所述納米粉末為納米金屬粉末和/或納米陶瓷粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述細(xì)顆粒粉料的平均粒徑為1 20 μ m，優(yōu)選為1 5 μ m ；和/或所述球磨處理的條件為球磨機(jī)中球的用量為所述細(xì)顆粒粉料、所述納米粉末以及所述球總重量的20 80% ；球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為30 360轉(zhuǎn)/分鐘； 球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為1 M小吋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述納米金屬粉末為過渡金屬粉末，較佳地為Fe、Ni、Ti、Cu、W、Ta和Zr粉末中的ー種或多種；所述納米陶瓷粉末為下述元素的氮化物、碳化物以及氧化物粉末中的ー種或多種Si、B或過渡金屬，所述過渡金屬優(yōu)選W、Ti、Ta或Zr ；所述納米陶瓷粉末較佳地為SiO2、BN、B4C、WC、TiC、TaC和ZiO2粉末中的 ー種或多種。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于所述細(xì)顆粒粉料的用量為所述細(xì)顆粒粉料與所述納米粉末總重量的70 99. 9%，較佳地為80 90%。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于所述浙青為煤浙青和/或石油浙青；和/或所述浙青的用量為所述浙青與所述球磨后粉料總重量的50 99. 9%，較佳地為70 80%。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述熱縮聚反應(yīng)的具體操作條件為熱縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度為380 480°C ；反應(yīng)壓カ為0. 01 2MPa，反應(yīng)時(shí)間為50 450分鐘；和/或所述低溫焙燒的時(shí)間為6 15小吋。
7.如權(quán)利要求1或6所述的制備方法，其特征在于步驟②中，在所述熱縮聚反應(yīng)結(jié)束后，還依次進(jìn)行溶劑洗滌以及液固分離，之后再進(jìn)行低溫焙燒。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述模壓成型的壓強(qiáng)為50 lOOMPa， 模壓成型的時(shí)間為1 5小時(shí)；所述熱等靜壓成型的溫度為600 1200°C，熱等靜壓成型的壓強(qiáng)為60 120MPa，熱等靜壓成型的時(shí)間為1 10小吋。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的石墨化處理的溫度為2000 2800 0C ο
10.由權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料的制備方法①將細(xì)顆粒粉料與納米粉末進(jìn)行球磨處理；②與瀝青混合后進(jìn)行熱縮聚反應(yīng)，于300～500℃進(jìn)行低溫焙燒；③模壓成型后熱等靜壓成型；④石墨化處理，即可。本發(fā)明還提供了由所述方法制得的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料。本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，不需要經(jīng)過反復(fù)的浸漬和焙燒，生產(chǎn)周期短，成品率高，在石墨化時(shí)不易產(chǎn)生裂紋，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的各向同性細(xì)結(jié)構(gòu)炭材料具有優(yōu)異的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度，體積密度，氣孔率以及電阻率，能夠制成大規(guī)格炭塊。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102557015SQ201010622010
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者李心楠, 李念民, 李 杰, 謝秋生 申請(qǐng)人:上海杉杉科技有限公司, 寧波杉杉新材料科技有限公司