專利名稱：：碳素材料的制造方法本專利介紹了一種高強(qiáng)度、高密度、低氣孔率碳素材料的制造方法。傳統(tǒng)的碳素材料的制造方法是將經(jīng)過煅燒的石油焦或?yàn)r青焦破碎并同粘結(jié)劑瀝青混合，再經(jīng)磨粉、壓制、焙燒和石墨化而成為成品。一般一次焙燒產(chǎn)品的氣孔率為20%以上，抗彎強(qiáng)度15～25MPa。為了實(shí)現(xiàn)高密度及高強(qiáng)度，人們將一次焙燒品經(jīng)一次或多次瀝青浸漬及再焙燒。應(yīng)用這一工藝流程生產(chǎn)碳素材料周期長(zhǎng)，能耗極高，但這一流程至今仍在工業(yè)上廣泛采用。在英國(guó)專利GB1496695、GB1492832和GB1464946說明書中介紹了一種不同粘結(jié)劑制造碳素材料的方法。該方法簡(jiǎn)單而產(chǎn)品性能優(yōu)良。但其說明書指出，原材料必須是經(jīng)過充分氧化或熱聚合的瀝青(文獻(xiàn)上稱為變質(zhì)瀝青)，還指出任何一種工業(yè)石油焦均無自身燒結(jié)性。以上所述的變質(zhì)瀝青需專門制備，因此限制了這一方法的工業(yè)應(yīng)用。另外，在GB1585591說明書中提出了應(yīng)用未經(jīng)煅燒的工業(yè)延遲焦化石油焦為原料，加入少量水、醇作成型劑，經(jīng)焙燒、石墨化成為高性能材料。此方法要求生焦的揮發(fā)分為7～10%(質(zhì)量)，如果生焦的揮發(fā)分太高還需特殊處理。成型中要求模壁光滑，配合緊密，否則壓塊會(huì)有裂紋。另外，大規(guī)格產(chǎn)品焙燒時(shí)成品率低，難于投入生產(chǎn)。本專利提供了一種十分簡(jiǎn)單的工藝流程，生產(chǎn)高質(zhì)量碳素材料。本專利介紹的方法是以未經(jīng)煅燒的延遲焦化石油焦或延遲焦化瀝青焦為原料，經(jīng)過破碎、磨粉及微粉碎。因?yàn)檫@種物料松脆、多孔，所以粉碎極為容易。上述物料可直接成型，經(jīng)900℃以上溫度碳化后的產(chǎn)品的體積密度為1.45g/Cm3，抗彎強(qiáng)度35MPa，再經(jīng)2000～3000℃溫度石墨化后的產(chǎn)品的體積密度為1.55g/Cm3，抗彎強(qiáng)度25MPa。如果在以上物料中加入10～60%(質(zhì)量)焦油類物質(zhì)作成型劑，可大大地提高壓塊強(qiáng)度和產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)上述處理的較粗物料可在40～200MPa壓力下成型，壓坯在隔絕空氣的焦碳床中加熱到1000℃碳化。碳化時(shí)的升溫速率為5～15℃/h，升溫速率的高低由物料組成決定。用此法制造的碳化后的產(chǎn)品的體積密度達(dá)1.60g/Cm3以上，氣孔率12%以下，抗彎強(qiáng)度35MPa以上，抗壓強(qiáng)度90MPa以上，焙燒品不需浸漬瀝青，而直接經(jīng)2800℃溫度石墨化，石墨化后的產(chǎn)品的體積密度達(dá)1.75g/Cm3以上，抗彎強(qiáng)度達(dá)27MPa以上，抗壓強(qiáng)度70MPa以上，氣孔率17%以下。在上述方法中調(diào)整成型前粗細(xì)顆粒的配比能得到更為滿意的結(jié)果。當(dāng)細(xì)粒度組分的平均粒徑為最大粒度組分平均粒徑的十分之一時(shí)，細(xì)粒度組分同粗粒度組分的質(zhì)量比為1∶3～1∶1時(shí)，材料性能有更大提高，碳化品的體積密度可達(dá)1.70g/Cm3，氣孔率在1%以下，抗彎強(qiáng)度60MPa，抗壓強(qiáng)度190MPa，石墨化后的體積密度1.90g/Cm3，氣孔率0.5%，抗彎強(qiáng)度60MPa，抗壓強(qiáng)度130MPa。本專利介紹的方法中，當(dāng)全部采用微粉作原料，壓制前料粉平均粒徑小于10μm時(shí)，碳化產(chǎn)品體積密度達(dá)1.70g/Cm3以上，氣孔率達(dá)1%以下，抗彎強(qiáng)度120MPa，石墨化后的體積密度為2.0g/Cm3，氣孔率0.5%以下，抗彎強(qiáng)度為110MPa。根據(jù)本專利介紹的方法，在原料料粉中加入少量添加劑，可以改善產(chǎn)品的單項(xiàng)性能。如加入0.5～2%的石墨微粉，可明顯降低其電阻系數(shù)。按本專利的方法實(shí)施時(shí)，要注意如下問題(1)、原料為未經(jīng)煅燒的工業(yè)延遲焦(俗稱生焦)，包括延遲焦化石油焦和延遲焦化瀝青焦，焦碳的揮發(fā)分為7～20%(質(zhì)量)，最好選用13～18%(質(zhì)量)的。(2)、用粗、細(xì)顆粒配合的方法可制成高性能材料，一般地細(xì)粒度組分含量占固體物料總質(zhì)量的25～50%。(3)、與成型劑混合時(shí)，可加入適量稀釋劑及表面活性劑，如水、醇、油酸等，以提高成型劑的鋪展性，克服混合中的熱效應(yīng)。(4)、成型劑一般選用固定碳低于10%的焦油類物質(zhì)，如煤焦油、萘油、蒽油及乙烯底油等。(5)、成型方法可采用等靜壓、模壓、擠壓及粉漿澆注等。(6)、碳化應(yīng)在惰性氣氛的密閉條件下進(jìn)行。本專利所述的各項(xiàng)性能按下列方法測(cè)試固定碳、揮發(fā)分、水分、灰分按SY2871-77的方法測(cè)定;體積密度、氣孔率、抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、肖氏硬度、電阻系數(shù)按GB1994-80的方法測(cè)定。實(shí)施例1某廠生產(chǎn)的工業(yè)延遲焦化石油焦性能為水分1.0%灰分1.0%揮發(fā)分14%上述延遲焦經(jīng)破碎、磨粉及添加煤焦油混合等，料粉的篩分結(jié)果為-320目占59%。將制備好的料粉裝入90mm×72mm的鋼模內(nèi)，在室溫、100MPa壓力下成型，壓塊在惰性氣氛的焦碳床中碳化，碳化溫度達(dá)1000℃，升溫速率為15℃/h。碳化后的產(chǎn)品再在惰性氣氛中經(jīng)2800℃溫度石墨化，產(chǎn)品性能見表1。表1實(shí)施例2原料性能同實(shí)施例1，同時(shí)配入一定量的細(xì)粉，細(xì)粉平均粒徑為3.2μm。上述物料徑與實(shí)施例1相同的加工步驟。其中粗生焦粉占固體物料總質(zhì)量的70%，細(xì)粉占30%。另外還加入固體物料總質(zhì)量30%的煤焦油，產(chǎn)品性能見表2。表2實(shí)施例3原料性能同例1，全部原料生焦粉均采用平均粒徑為3.2μm的細(xì)粉，其余加工步驟與實(shí)施例1相同。煤焦油添加量為固體物料總質(zhì)量的50%。產(chǎn)品性能見表3。表3</tables>用本專利所述的方法制造的碳素材料可用于制造軸承、密封環(huán)、填料環(huán)、活塞環(huán)、旋轉(zhuǎn)泵葉片、流量計(jì)元件、閥門元件、真空涂膜機(jī)石墨舟皿、金屬冶煉用坩堝、金屬連續(xù)鑄用結(jié)晶器內(nèi)襯、金屬壓鑄模、粉末冶金用舟皿、熱壓模以及電火花加工用石墨電極等，并能在航天、航空、原子能、化學(xué)等工業(yè)中廣泛用作耐高溫、耐腐蝕和耐輻照材料。權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度、低氣孔率碳素材料的制造方法，其特征包括(1)、以延遲焦化石油焦或延遲焦化瀝青焦為原料，不經(jīng)高溫煅燒而直接應(yīng)用，延遲焦揮發(fā)分含量為7～20%(質(zhì)量)，(2)以焦油類物質(zhì)為成型劑，焦油類物質(zhì)是指煤焦油、萘油、蒽油等，也可以同時(shí)添加稀釋劑、活性劑，如水、醇、油酸等，(3)、在900℃以上溫度的惰性氣氛或焦碳床中碳化成型了的延遲焦壓塊，(4)、如果有必要可在2000～3000℃溫度的惰性氣氛中石墨化。2.按照權(quán)利要求1的方法，并用粒徑差別懸殊不同的組分按適當(dāng)比例配合成壓粉，經(jīng)歷權(quán)利要求1中各步驟制造碳素材料。3.按照權(quán)利要求1的方法，使成型前顆粒的平均粒徑達(dá)10μm或更小，經(jīng)權(quán)利要求1中各步驟制造碳素材料。4.按照權(quán)利要求1、2及3的方法，并在原料焦碳粉中添加少量添加劑，調(diào)節(jié)部分性能。全文摘要本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)度、高密度碳素材料的制造方法。應(yīng)用這一方法不再需要多次浸漬瀝青及多次焙燒，原料直接采用未經(jīng)煅燒的延遲焦。文檔編號(hào)C01B31/02GK1048834SQ9010582公開日1991年1月30日申請(qǐng)日期1990年5月18日優(yōu)先權(quán)日1990年5月18日發(fā)明者鄭淵,謝雄偉,鄭惠芳申請(qǐng)人:東新電碳廠