[发明专利]一种石墨基复合材料的制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种复合材料的制备方法，具体是说是一种以膨胀石墨为主要原料的石墨基复合材料的制备方法。

(二)背景技术

石墨材料具有良好的导电性、低的热膨胀系数、耐热冲击性和热稳定性。因而被广泛用于化工、航天、核能等领域。目前的高强度、高导热石墨材料普遍采用石油焦或沥青焦与粘接剂和增强剂混合、成型、高温石墨化后制备。天然石墨与其它石油焦、沥青焦相比，具有较高热稳定性、较低电阻率、挥发份和热膨胀系数。然而以天然石墨为原料制备的材料强度较低，因此主要用于电炭行业生产各种电刷、耐磨材料和石墨坩埚等。对于使用要求强度较高的石墨材料，通常认为不宜用天然石墨作为原料。美国专利US 3140190是以石墨粉与一种陶瓷添加剂(硅化钼、硼化钛)和液态碳质粘结剂混合来制备耐火材料，尽管其强度有所增加，是纯石墨强度的二倍，可以看出其强度仍很低。

天然石墨经插层、水洗、高温膨化后可以制得体积增长200～600倍的膨胀石墨，将膨胀石墨与一定的粘接剂复合压缩成型后即可制得具有一定形状和强度的高导热的柔性石墨板。因此，将天然石墨制成膨胀石墨后，其粘接性能和强度都会显著提高。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种以膨胀石墨为原料制备高强度、高热导率、低电阻率的石墨基复合材料的方法，该方法工艺操作简单、操作方便、有利于制备特种高性能石墨复合材料。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将膨胀石墨粉与焦粉混合并压缩形成基体以石墨为主的石墨板，压制压力为5～50MPa;

(2)用有机溶剂例如苯、甲苯、四氢呋喃或碳酸丙稀酯将沥青溶解，加入增强填料和催化石墨化填料，混合均匀，除去溶剂得到粘结剂混合物；

(3)按重量百分比步骤1所制的石墨板60％～80％、步骤2所制的混合物20％～40％将步骤2所制得的混合物在110～140℃熔融，放入步骤1所制得的石墨板，施加的气体压力为1～50MPa，浸渍10～120分钟；

(4)取出浸渍的石墨板，冷却至室温，进行切割或破碎成小颗粒；

(5)将步骤4所述的破碎后的混合物放入模具中压制成型。

本发明还可以包括：

1、所述的膨胀石墨的膨胀倍率为100～600mL/g，优选200～500mL/g。

2、所述的膨胀石墨和焦粉的重量百分比为10∶1～1∶1。

3、所述的焦粉为石油焦或者沥青焦。

4、所述的催化石墨化填料为Ti粉、TiO₂粉、Si粉、Zr粉、ZrO₂粉、有机钛、硅和锆化合物或无机钛、硅、锆的化合物中的一种或两种以上任何比例的混合物，加入量为沥青重量的1～15％。

5、所述的沥青是高软化点沥青，软化点为105～200℃。

6、所述的填料是碳纳米管、碳纤维和碳化硅纤维中的一种或两种以上任何比例的混合物，填料加入量为沥青重量的0.1～60％。

7、所述的压制成型是将破碎后的混合物在室温下，压力为10～80MP_a下冷压成型，在600～800℃下炭化，再浸渍粘结剂混合物，然后再在600～800℃下炭化，炭化一浸渍循环几次后，在1000～3000℃下石墨化。

8、所述的成型是将破碎后的混合物在1400～3000℃、压力为10～80MP_a下热压成型，恒温时间10～90min。

本发明的方法与已有的技术相比具有如下优点：

a)将天然石墨制成膨胀石墨后，其粘接性能会显著提高，因此可以其为原料代替焦炭制备高强度、高热导率的石墨复合材料，其抗弯强度均大于30MP_a，热导率大于250W/m.K，而且成本显著降低。

b)由于在原料中加入了具有增强作用的填料碳纳米管、碳纤维或者碳化硅纤维，使得制备的石墨复合材料的强度显著提高。

c)  由于在原料中加入了催化石墨化组元，因此提高了石墨复合材料的石墨化度，进而提高其热导率。

d)本发明工艺操作简单，操作方便，有利于制备特种高性能石墨复合材料。

(四)具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述：

实施例1