專利名稱：高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種炭材料的制造方法，尤其涉及一種高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法。
背景技術：
高強度高密度炭材料，主要由不同粒度的焦炭或人造石墨加入粘結劑瀝青，經混捏、壓片，粉碎、擠壓、模壓或等靜壓成型，再經炭化、石墨化制造。在炭化階段，由于所加入的粘結劑瀝青的小分子分解、揮發，形成大量氣孔，使其密度、強度很低。長期以來，為了提高制品的強度和密度，減少氣孔率，一直采取的是反復浸漬、焙燒的工藝。不經浸漬的炭材料，一般密度在1.7g/cm3以下，抗壓強度在40Mpa以下；經過兩次浸漬三次焙燒或三次浸漬四次焙燒后，密度可達到1.8g/cm3以上，抗壓強度在60Mpa以上。
日本專利昭62-39688和昭63-95291公開了用瀝青或重質油為原料，經高溫聚合，生成中間相炭微球，用溶劑處理，固相物經低溫焙燒，成型、炭化、石墨化，制取高強高密各向同性炭材料的方法。但是，這種方法產品收率低，不易制成大規格炭塊，炭化石墨化時易產生裂紋，不易實現工藝化生產。
日本專利昭62-138585和昭61-222913公開了用加溶劑沉降的方式，實現了中間相小球與非中間相的分離。但是，這種分離方法，使用溶劑量大，沉降時間長，分離不徹底。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供了一種高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，旨在解決上述的缺陷。
為了解決上述技術問題，本發明是通過以下步驟實現的將人造石墨或者焦炭通過粉碎機粉碎至平均粒徑D50在10μm以下；將得到的細顆粒粉料與在150～300℃溫度下的液態包覆材料混合，將固體物料用液態包覆料充分潤濕；所述的液態包覆料包括煤瀝青或者石油瀝青或其混合物；將得到的混合物料置于380～480℃的溫度下進行熱聚合，粉料表面生成中間相瀝青包覆層；聚合反應壓力為0.01～5Mpa，反應時間為50～450分鐘；通過混合溶劑在80～350℃溫度下進行溶解，溶解壓力為0.01～5Mpa，溶解時間為50～420分鐘，使部分未形成中間相的物料溶于溶劑，使溶于溶劑的物料與包覆的細顆粒形成液固兩相；通過液固分離，使包覆的細顆粒固相與剩余含有大量小分子的包覆料的液相分離；將得到的固體物料在200～400℃進行低溫焙燒，焙燒時間為60～480分鐘；將焙燒出的物料粉碎、模壓或等靜壓成型，在800～2800℃的條件下炭化或石墨化；使表面的中間相物質，在成型、炭化石墨化時，起粘結劑作用；并使之揮發成分較加粘結劑工藝的物料大幅降低，從而制取具有高強度高密度各向同性的炭材料；其中細顆粒粉料與液態包覆料的重量比為1∶1～5。
所述的混合溶劑包括煤焦油的80～350℃餾分以及蒽油或洗油或二甲苯或甲苯或其混合物；混合物與溶劑的比例為1∶0.5～6。
與現有技術相比，本發明的有益效果是易于實施、制造；簡化了制作工藝，具有不經多次浸漬焙燒即可制出高強高密各向同性細結構炭材料的優點；所獲得的炭材料檢測結果為抗壓強度在80Mpa以上，抗折強度在35Mpa以上，體積密度在1.75g/cm3以上，各向同性度在1∶1.1以下。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述實施例1將焦粉(D508.5μm)40克和煤瀝青(軟化點78℃)200克(即1∶5的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至150℃機械攪拌300分鐘，充分潤濕。在0.01Mpa壓力和380℃的溫度下反應450分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑120克(即原料混合物∶溶劑＝1∶0.5)在80℃和壓力0.05Mpa下，溶解420分鐘，再進行液固分離，固體物料在300℃進行低溫焙燒，焙燒時間240分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例2將人造石墨粉(D506.3μm)40克和煤瀝青(軟化點78℃)200克(即1∶5的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至220℃機械攪拌210分鐘，充分潤濕。在0.3Mpa壓力和435℃的溫度下反應240分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑120克(即原料混合物∶溶劑＝1∶0.5)在200℃和壓力0.2Mpa下，溶解400分鐘，再進行液固分離，固體物料在260℃進行低溫焙燒，焙燒時間400分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例3
將焦粉(D508.5μm)60克和石油瀝青(軟化點44.8℃)200克(即3∶10的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至150℃機械攪拌240分鐘，充分潤濕。在5Mpa壓力和410℃的溫度下反應420分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑520克(即原料混合物∶溶劑＝1∶2)在280℃和壓力2.5Mpa下，溶解120分鐘，再進行液固分離，固體物料在280℃進行低溫焙燒，焙燒時間300分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例4將人造石墨粉(D506.3μm)60克和石油瀝青(軟化點44.8℃)200克(即3∶10的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至260℃機械攪拌160分鐘，充分潤濕。在5Mpa壓力和460℃的溫度下反應120分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑780克(即原料混合物∶溶劑＝1∶3)在260℃和壓力1.5Mpa下，溶解150分鐘，再進行液固分離，固體物料在360℃進行低溫焙燒，焙燒時間120分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例5將焦粉(D508.5μm)80克和煤瀝青(軟化點78℃)200克(即2∶5的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至300℃機械攪拌150分鐘，充分潤濕。在4.0Mpa壓力和440℃的溫度下反應210分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑280克(即原料混合物∶溶劑＝1∶1)在200℃和壓力0.2Mpa下，溶解280分鐘，再進行液固分離，固體物料在200℃進行低溫焙燒，焙燒時間480分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例6將人造石墨粉(D506.3μm)80克和煤瀝青(軟化點78℃)200克(即2∶5的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至300℃機械攪拌180分鐘，充分潤濕。在0.2Mpa壓力和420℃的溫度下反應360分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑1400克(即原料混合物∶溶劑＝1∶5)在240℃和壓力0.8Mpa下，溶解150分鐘，再進行液固分離，固體物料在235℃進行低溫焙燒，焙燒時間360分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例7將焦粉(D508.5μm)120克和石油瀝青(軟化點44.8℃)120克(即1∶1的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至150℃機械攪拌240分鐘，充分潤濕。在5.0Mpa壓力和480℃的溫度下反應50分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑1440克(即原料混合物∶溶劑＝1∶6)在320℃和壓力4.0Mpa下，溶解100分鐘，再進行液固分離，固體物料在350℃進行低溫焙燒，焙燒時間180分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例8將人造石墨粉(D506.3μm)120克和石油瀝青(軟化點44.8℃)120克(即1∶1的比例)加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至160℃機械攪拌210分鐘，充分潤濕。在0.2Mpa壓力和480℃的溫度下反應50分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑1440克(即原料混合物∶溶劑＝1∶6)在350℃和壓力5.0Mpa下，溶解50分鐘，再進行液固分離，固體物料在400℃進行低溫焙燒，焙燒時間60分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例9將煤瀝青(軟化點78℃)200克加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至200℃機械攪拌200分鐘。在0.15Mpa壓力和380℃的溫度下反應450分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑360克(即原料∶溶劑＝1∶1.8)在240℃和壓力0.05Mpa下，溶解300分鐘，再進行液固分離，固體物料在350℃進行低溫焙燒，焙燒時間230分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例10將石油瀝青(軟化點44.8℃)200克加入容積為2升的不銹鋼反應釜后，升溫至160℃機械攪拌240分鐘。在0.2Mpa壓力和450℃的溫度下反應50分鐘，所得產物用煤焦油混合溶劑600克(即原料∶溶劑＝1∶3)在310℃和壓力0.01Mpa下，溶解400分鐘，再進行液固分離，固體物料在400℃進行低溫焙燒，焙燒時間50分鐘，焙燒出的物料粉碎、等靜壓成型、在1100℃的條件下炭化，即得高強高密各向同性細結構炭材料。
實施例配比及主要參數
實施例檢測結果
權利要求
1.一種高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，是通過以下步驟實現的將人造石墨或者焦炭的細顆粒粉料與在150～300℃溫度下的液態包覆材料混合，將固體物料用液態包覆料充分潤濕(1)；將得到的混合物料置于380～480℃的溫度下進行熱聚合，粉料表面生成中間相瀝青包覆層；聚合反應壓力為0.01～5Mpa，反應時間為50～450分鐘(2)；通過混合溶劑在80～350℃溫度下進行溶解，溶解壓力為0.01～5Mpa，溶解時間為50～420分鐘，使部分未形成中間相的物料溶于溶劑，使溶于溶劑的物料與包覆的細顆粒形成液固兩相(3)；通過液固分離，使包覆的細顆粒固相與剩余含有大量小分子的包覆料的液相分離(4)；將得到的固體物料在200～400℃進行低溫焙燒，焙燒時間為60～480分鐘(5)；將焙燒出的物料粉碎、模壓或等靜壓成型，在800～2800℃的條件下炭化或石墨化(6)；
2.根據權利要求1所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(1)中的人造石墨或者焦炭平均粒徑D50在10μm以下。
3.根據權利要求1或2所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(1)中所述的液態包覆料包括煤瀝青或者石油瀝青或其混合物。
4.根據權利要求1所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(1)中細顆粒粉料與液態包覆料的重量比為1∶1～5。
5.根據權利要求3所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于細顆粒粉料與液態包覆料的重量比為1∶1～5。
6.根據權利要求1或2或4所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(3)中的所述的混合溶劑包括煤焦油的80～350℃餾分以及蒽油或洗油或二甲苯或甲苯或其混合物。
7.根據權利要求3所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(3)中的所述的混合溶劑包括煤焦油的80～350℃餾分以及蒽油或洗油或二甲苯或甲苯或其混合物。
8.根據權利要求5所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于步驟(3)中的所述的混合溶劑包括煤焦油的80～350℃餾分以及蒽油或洗油或二甲苯或甲苯或其混合物。
9.根據權利要求6所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于混合物與溶劑的比例為1∶0.5～6。
10.根據權利要求8所述的高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法，其特征在于混合物與溶劑的比例為1∶0.5～6。
全文摘要
本發明公開了一種高強度高密度各向同性細結構炭材料的制造方法將人造石墨或者焦炭的細顆粒粉料與在150～300℃溫度下的液態包覆材料混合(1)；將得到的混合物料置于380～480℃的溫度下進行熱聚合；聚合反應壓力為0.01～5MPa，反應時間為50～450分鐘(2)；通過混合溶劑在80～350℃溫度下進行溶解，溶解壓力為0.01～5MPa，溶解時間為50～420分鐘(3)；通過液固分離，分離出固體物料(4)；將固體物料在200～400℃進行低溫焙燒，焙燒時間為60～480分鐘(5)；粉碎、模壓或等靜壓成型，在800～2800℃的條件下炭化或石墨化(6)；易于實施、制造；所獲得的炭材料檢測結果為抗壓強度在80MPa以上，抗折強度在35MPa以上，體積密度在1.75g/cm
文檔編號C01B31/00GK1807231SQ20051002351
公開日2006年7月26日 申請日期2005年1月21日 優先權日2005年1月21日
發明者李念民, 張殿浩, 劉鐵軍, 胡海平, 王劍橋 申請人:上海杉杉科技有限公司, 寧波杉杉新材料科技有限公司