[发明专利]真空气相沉积反应法制备硅化石墨专用石墨毛坯的方法

说明书

本发明公开了真空气相沉积反应法制备硅化石墨专用石墨毛坯的方法，包括如下步骤，1）将炭黑N339和土状石墨充分混合均匀，再加入熔融沥青并在170～185℃热混合，然后经球磨、压制成型、焙烧和球磨等步骤得到一阶段炭黑；2）将一阶段炭黑及沥青焦、土状石墨和氯化铵混合后，得到二次粉料，将所述二次粉料压制成毛坯，再将成型毛坯置于倒焰窑中1000～1300℃焙烧6～8天，即得到半石墨化的石墨毛坯。本发明制备的石墨毛坯机械性能良好且稳定，热稳定性好，各向同性好、内应力小等综合性能优异，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及硅化石墨，具体涉及真空气相沉积反应法制备硅化石墨专用石墨毛坯的方法，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

硅化石墨又称碳化硅涂层石墨或渗硅石墨。它是以石墨为基体，在其表面或表面深层渗入硅或碳化硅而形成的一种由碳化硅、石墨、游离硅多相组成的新型碳化硅/石墨复合材料。碳化硅层厚约1～3mm，与碳石墨基体结合紧密，同时碳化硅层内也分布有一定数量的石墨。硅化石墨综合了碳与碳化硅的特点，它不仅具有碳石墨材料的自润滑性，良好的导电导热性及抗热震性，还具有碳化硅的高硬度、抗氧化、耐化学腐蚀等优点，因此，硅化石墨材料越来越广泛，并且特别适于在重载、高温或大温度冲击等苛刻场合下的应用，已广泛用于化工、冶金及宇航和核工业领域。

目前主要有三种制造硅化石墨的方法：化学气相沉积法(CVD)；化学气相反应法(CVR)和真空气相沉积反应法。其中真空气相沉积反应法，是在接近2400℃高温、真空度高于0.97条件下，使纯硅气化并与石墨毛坯发生气相沉积反应，在毛坯表面形成一定深度主要成分为碳化硅(SiC)的硅化石墨，该方法制备的硅化石墨材料具有耐高温、耐磨损、抗腐蚀等综合性能优异，对原料纯硅无特殊要求，并且硅蒸气与碳素基材反应速度快，相应缩短了高温处理时间等优点，因此具有显著优势。

由于真空气相沉积反应法制备硅化石墨需极高的温度处理，所以对制备硅化石墨的石墨毛坯要求高：1)石墨毛坯强度高，不易破碎损坏，要求抗弯强度≥35MPa、抗压强度≥75MPa；2)石墨毛坯高温化学稳定性好，氮气气氛中1200℃烧蚀余量不低于98％；3)石墨毛坯不应各向异性和有内应力，不会由于各向膨胀系数差异及内应力造成高温开裂，1500℃各向膨胀系数差异应控制在5％以内；4)石墨毛坯开孔气孔率22～25％，有利于硅高温气相渗透进入毛坯空隙；5)毛坯应半石墨化，石墨化过程中体积收缩变形，应半石墨化处理，不含有硫、氮、金属杂质等不利于石墨毛坯表面生成碳化硅层的杂质。

而目前采用石墨为原材，沥青、酚醛等树脂为粘接剂混合后压制成型，经高温热处理得到的石墨毛坯用于制备硅化石墨，存在以下缺点：1)普通石墨材料毛坯热稳定性差，不满足石墨硅化高温处理要求；2)石墨在压制加工过程中由于受力不均匀造成各向异性和内应力，在高温处理时易开裂；3)普通石墨材料机械强度较低，开孔气孔率不易控制，用于真空气相沉积反应法制备硅化石墨的碳化硅层不均匀且厚度小、易破损。因此针对真空气相沉积反应法开发专用的石墨毛坯具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供真空气相沉积反应法制备硅化石墨专用石墨毛坯的方法，解决现有的石墨毛坯热稳定性差，机械强度差，各向异性和有内应力差，导致易破碎损坏、高温开裂、开孔气孔率不易控制等的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：真空气相沉积反应法制备硅化石墨专用石墨毛坯的方法，包括如下步骤：

1)将炭黑N339和土状石墨充分混合均匀，再加入熔融沥青并在170～185℃热混合得到混合物，冷却至室温，将所述混合物球磨机磨粉并过320目筛，得到一次粉料，再将所述一次粉料压制成型，然后将成型粉料置于倒焰窑中1000～1300℃焙烧6～8天，最后将其球磨机中磨粉并过320目筛，得到一阶段炭黑；