从煤沥青制高强高密各向同性石墨.docx

1、从煤沥青制高强高密各向同性石墨I.1日NeFukudaf.肉容提要本文提出了一神新的不用粘结剂而制造各向同性石墨的工艺。误工艺中的碳粉是直径的中间相小球体。因此，所得石墨块结构细微，密度高达l,98E/cm，抗折强度达lOOMPa<1000kBf/cm>）。该材料可望在各工业部门广泛采用。L前盲碳素材料的性能极隹。例如，高的热导率和电导率，在高温非氧化性气氛中稳定性好，,高温下强度高，极强的耐酸，酒精和其他化学'物质的腐蚀性，具有良好的机械加工性及自沪滑性好。因此，碳素材料广泛被用作炼钢炉电极、电机用电刷.核反应堆材料和机械用材料.,碳素材料的传绕制造'工艺是将蕉零

2、粉与粘结剂混合，压制成生坯，然后再焙烧M石墨化】然而，由于焦炭本身是一种多斗材料：并且煤沥青或合成树脂等在焙烧后产星大量孔隙，因此，碳块舶密度低达l5L7g/cm%再说，由于焦炭颗粒是各向异性取'，碳块通常也是各向异性的，所以这就难于生产出高强高密各向同性的碳块。随着工业技术的发展，对高质量的碳块，尤其是高强高密各向同性碳块的要求日益增加了。、，学者们以不采用粘结剂的办法正致力于研制高强、高密各向同性石墨。在这些研究方法中，把溶剂从高温处理的沥青中萃取出中间相沥青作为原材料的方法受、到了人们的重视D我们，已经开发出了新的工艺，制出了Ka-w玷aki的中间相碳粉了钱碳粉（KMFC）主妻由

3、中间相小球压组成，经压制.焙烧，石墨化后能制造出高强、高密各向同性的石基块而不需要添加，粘结剂。本文描述了由中间相小球体制出的KMFC粉末的特点及其物理性能。、2：'中间相小球体的砂成及KMFC粉的制我们知道、沥青碳化的初级阶段可生成中间相，随着温度的提高，中间柑小球成长、融眄最终形成焦炭小在这过程中备以用多种有机溶剂把中间相小球体从澎青中分离出来。粉就是通过对中间相小球体精炼而成的。图1显示了KMFC粉的新造工艺。这一工艺的主要特征是溶剂萃取，以及为改善焙烧特KMFC判I图1KMFC冷制造流程性而最后采取的精制步骤。3.KMFC粉的特性图2是KMFC粉的扫描电镜照片，直径20mo虽然

4、这些小球体与石墨块(图3)类似，为各向异性结枸，但由于在成型时小球的随机取向，故可制出各向同性的破块.(图3)KMFC粉结构表1所示；KMFC含氢大约3%(重量比)，挥发份812%,化学臀定性好。因此，由于自身粘结力的作用，这神粉来可不加粘结剂而直接制成高强度石墨块。4.KMFCT艺图4为KMFC扮制KMFC块工艺与传统工艺的对比。可看出KMFC工艺比传统工艺优越得多，这是因为不需添加粘结剂和对焙烧料块的浸渍就能提高制品'的强度。KMFC粉可不用粘结剂而直接压型，然后用传统的工艺焙烧并石墨化。压型是通过等舞压机寇模压而进行的，压力为50-150MPa(5001500kgf/cmZ),焙

5、烧和石墨化升温速率取决于压坯的尺寸及形状。瓦KMFC的性能及应用表2对用传统的方法制造的各向同性石墨及用KMFC粉制造的各向同性石墨的物理性能进行了比较。KMFC各向同性石墨块密度B1Q1VM*Ash，CHN，SCr(%)(%)'(%)(%)(%(%)(%)(%)(%)97.098.095.。85.01.8.012.00.20.193.193.53.12.91.5L。0.30.22.。2.4*近似及最终分析铃8。煎，7分钟的挥发量，*A00-(C%+H%+N%+S话)KMFC物1«205石1i化1KMFC再,决1wj展*11浪1烤埴JL隹万.是北1.9g/cm3>抗折强

6、度lOOMjPa(lOOOkgt/cmz),抗压强度185¥Pa(1850kgf/cmz),允其是KMFC石墨块比珞统方法生产的各向同.，牲石墨块抗折及抗压强度高三倍。另外,通过测定热膨胀率可以看到，KMFC石墨埃的各向(图4)4*4.方法石墨块的生产比较«KMFC块售适者向同性石真一一密度g/皿”1.901.74肖氏硬度8545抗折强度MPa(kgf/cm100(1000)28(28。)电阻率pQ*cm140。105。抗压强度MPa(kgf/g2)185(1850)60.5(6。5)杨氏模昼N/mma,13000、热膨胀系数xlOK"6.03.4各向异性比(热膨

7、胀茅数法)»1.011.14石SE化块的物理性能.8液态玻璃对电弧炉电极的表面防护1:(r.A,克拉韦茨基等时,冶金工业中，每熔炼不少于一吨金属电极镀层能将电极耗损降到LOf.S千克，那么电板的隔氧防护就是很好申了，但是防护镀层的费用又不得超过电极'造价的15%。；那么.试作这样的重要试验2电极表面浸渍液态玻璃。这种防护设想是用液态玻璃充满电极的表面气孔。在加热蔑使用期间液态玻璃与石墨电极中的琰反应生成高熔点磷化物（S1C）o,这种实验做起来很简单。形成保护层的液态玻璃象原始组份-择上便宜，不需要专门设备和场地，实验过程中耗电荚低,其它零星设备是保证浸渍完成的基础，祐电极的使

8、用性能是由镀层决定的。浸渍工作按下列方式进行，样品直径为16亳米，长2030毫米。它是用普通的石墨电极切割而成。为予浸透样品须全部表面浸没在液态玻璃溶液中。在开始浸渍前，适当地BechvaiJ.寸Facbberibte.198S,No8,S,606D617,®n895239(KaBajia),1070KpaBeuKHH甘.A.KoeokcwheBrB.,KoKyniKHnBIIoBepXHocTHBnaaixiKiayrjjepouBHX异性比为1.01,这说如其各向同性相当完好。图6显示了KMFC石墨块的光学显微照片。,很明显碳块的结构十分致密。表3显示出在焙烧及石墨化过程中感块的密度及收缩率的变化。我们可以看出，正是由，于在焙烧逑程中的巨大收缩造就了高强高密石/墨。.（KMFC石墨块的用途如下：电火花加工用电极J一半导体工业用电极s机械用碳J表3焙烧及石墨化中性能的变化生坯L>泌块一-石新匕块'（100。笔）（2500言）体积密度1.宾M181.651.92-1.87（g/tm8）、收缩宰AL/L（新）1矿33'5.0妇。.核工业用碳；、电机用硬。，结语.；KMFC粉的七学活性蒿，在不用粘结剂的前提下，可制出高密度.高强度各向同性石墨块。KMFC石墨块具有许多良好的物理特性。比如:高密度1.98g/cm%高抗折强度lOOMP