專(zhuān)利名稱：一種高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種石墨材料的制備方法，具體地說(shuō)涉及一種制備高導(dǎo)熱塊狀石墨材料的方法。
背景技術(shù)：
石墨材料具有良好的熱、電及機(jī)械性能而被廣泛用于很多領(lǐng)域，如航天、航空、核裂變反應(yīng)堆用減速材料，聚變堆用面對(duì)等離子體材料，而其在化工、冶金、電子等方面的應(yīng)用更是日益深入。
普通石墨材料的熱導(dǎo)率室溫下僅為100W/m.k左右，而石墨單晶的理論熱導(dǎo)率可達(dá)2100W/m.k[Hugh.O.Pieson，Handbook of Carbon，Graphite，Diamond and Fullenenesroperties，Processing and Application[M]USA.Noyes Publication，1990]。因此對(duì)于石墨材料而言，其熱導(dǎo)率有很大的提升空間。
傳統(tǒng)高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法主要是常規(guī)工藝。李圣華發(fā)表的“炭和石墨”(北京冶金工業(yè)出版社，1983)是將原料經(jīng)預(yù)碎、煅燒、粉碎、篩分；顆粒與細(xì)粉的質(zhì)量配比；加入粘結(jié)劑并進(jìn)行機(jī)械混合以及熱混捏；混捏后的糊料成型；成型后生坯的焙燒；焙燒坯進(jìn)行浸漬再焙燒循環(huán)增密處理；最后將焙燒后半成品進(jìn)行石墨化處理。此方法不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且石墨制品的塊密度及熱導(dǎo)率較低。實(shí)際生產(chǎn)利用中，往往在石墨成品內(nèi)部存在的微裂紋較多，經(jīng)常產(chǎn)生廢品，浪費(fèi)原材料等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不產(chǎn)生廢品，而且生產(chǎn)周期短的高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法。
對(duì)于導(dǎo)熱性要求高的石墨制品，除要選用易石墨化的原料外，還要選擇比較理想的原料質(zhì)量配比。對(duì)于填料在中顆粒與細(xì)粉的質(zhì)量配比而言，合理的質(zhì)量配比可以使石墨制品能有較高的堆積密度和較小的孔率。大顆粒在坯體結(jié)構(gòu)中起骨架作用，減少石墨微晶結(jié)構(gòu)中的晶界，從而降低聲子的散射，增大材料的熱導(dǎo)率。另一方面，細(xì)粉可以填充顆粒間的空隙，降低石墨材料內(nèi)部的晶格缺陷，進(jìn)而提高材料的熱導(dǎo)率。
在制備石墨材料時(shí)，都需加入一定量的粘結(jié)劑。當(dāng)加熱混捏時(shí)，粘結(jié)劑能浸潤(rùn)和滲透填料并粘結(jié)在一起，且填滿填料的開(kāi)口氣孔，形成質(zhì)量均勻有良好可塑性的糊料。另一方面，在制備過(guò)程中，由于粘結(jié)劑自身焦化生成粘結(jié)焦把填料結(jié)合成一個(gè)堅(jiān)固的整體。
粘結(jié)劑的用量對(duì)石墨制品的導(dǎo)熱性能有直接的影響。粘結(jié)劑用量過(guò)少，導(dǎo)致制品微裂紋增多，降低其制品的導(dǎo)熱性能；粘結(jié)劑用量較多時(shí)，導(dǎo)致制品的孔率增多，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)缺陷增多，同樣導(dǎo)致制品導(dǎo)熱性能的降低。
本發(fā)明的一種高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法包括如下步驟(1)將石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅燒150～180分鐘；(2)將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；(3)將顆粒與細(xì)粉以顆粒15-40wt％，細(xì)粉60-85wt％的比例混合作填料；(4)以煤瀝青為粘結(jié)劑，粉碎至粒徑≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例將煤瀝青配入填料中，得到原料；(5)將配好的原料在高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合15～20分鐘；之后在熱混捏機(jī)上熱混捏10～15分鐘，制成糊料；(6)將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、8～10MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)原料來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜；(2)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，見(jiàn)效快；(3)該方法生產(chǎn)的石墨制品比普通石墨制品的熱導(dǎo)率高50％以上。
(4)高導(dǎo)熱石墨制品通過(guò)一次成型，即可制成成品，材料內(nèi)部無(wú)微裂紋存在。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300℃下真空煅燒150分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取破碎取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒45g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉255g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合15分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏10分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、8MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。將制備的石墨制品切成φ20mm×20mm規(guī)格尺寸的試樣，經(jīng)拋光、超聲波清洗并烘干，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB-3399-82(88)相對(duì)比較法進(jìn)行測(cè)試，沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為150W/m.k。
實(shí)施例2將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300℃下真空煅燒150分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒60g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉240g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合15分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏10分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、8MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為170W/m.k。
實(shí)施例3將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1310℃下真空煅燒160分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒75g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉225g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合16分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏12分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、9MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為240W/m.k。
實(shí)施例4將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1320℃下真空煅燒170分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒90g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉210g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合16分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏12分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、9MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為190W/m.k。
實(shí)施例5將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1320℃下真空煅燒170分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒105g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉195g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合17分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏13分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、9MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為180W/m.k。
實(shí)施例6將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1320℃下真空煅燒170分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒120g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉180g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合18分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏13分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、9MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為160W/m.k。
實(shí)施例7將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1340℃下真空煅燒180分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青80g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒80g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉240g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合19分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏14分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、9MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為180W/m.k。
實(shí)施例8將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1350℃下真空煅燒180分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青92g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒77g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉231g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合20分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏15分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、10MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為195W/m.k。
實(shí)施例9將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1350℃下真空煅燒180分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青108g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒73g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉219g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合20分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏15分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、10MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為180W/m.k。
實(shí)施例10將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1350℃下真空煅燒180分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青120g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒70g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉210g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合20分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏15分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、10MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為160W/m.k。
對(duì)比例1將500克石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300℃下真空煅燒150分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；另取200克的煤瀝青破碎至粒徑≤0.154mm；取粒徑≤0.154mm的煤瀝青100g，煅燒石油焦粒徑為1.50～0.90mm的顆粒45g、粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉255g，裝入高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合15分鐘后，將混好的原料在熱混捏機(jī)上在150℃下熱混捏10分鐘，制成糊料；之后將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于150℃、50MPa左右壓力下成型，將成型的生坯經(jīng)焙燒(最高溫度為1000℃)、浸漬，再焙燒及浸漬兩個(gè)循環(huán)后，將半成品經(jīng)2600℃下石墨化處理后，即得石墨制品。其余同實(shí)施例1，制品沿石墨層方向的熱導(dǎo)率室溫下為70W/m.k。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法，其特征在于制備方法包括如下步驟(1)將石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅燒150～180分鐘；(2)將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；(3)將顆粒與細(xì)粉以顆粒15-40wt％，細(xì)粉60-85wt％的比例混合作填料；(4)以煤瀝青為粘結(jié)劑，粉碎至粒徑≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例將煤瀝青配入填料中，得到原料；(5)將配好的原料在高混機(jī)內(nèi)機(jī)械混合15～20分鐘；之后在熱混捏機(jī)上熱混捏10～15分鐘，制成糊料；(6)將糊料冷卻，重新破碎后裝入模具內(nèi)于2600℃左右、8～10MPa壓力下熱壓一次成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。
全文摘要
一種高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法，是將石油焦經(jīng)粗碎至粒徑為≤2.00mm后，在1300～1350℃下真空煅燒150～180分鐘；將煅燒后的石油焦粉碎、篩分成粒徑為1.50～0.90mm的顆粒與粒徑為≤0.09mm的細(xì)粉兩種規(guī)格；將顆粒與細(xì)粉以顆粒15－40wt％，細(xì)粉60－85wt％的比例混合作填料；以煤瀝青為粘結(jié)劑，粉碎至粒徑≤0.154mm后，按填料的25～43wt％的比例配入填料中，得到原料；將配好的原料機(jī)械混合15～20分鐘，熱混捏10～15分鐘，制成糊料；將糊料冷卻、破碎、裝入模具、熱壓成型，冷卻后即得高導(dǎo)熱石墨制品。本發(fā)明具有原料來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09C1/46GK1421493SQ0113054
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者劉朗, 邱海鵬, 宋永忠, 史景利, 翟更太 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所