[发明专利]一种高性能碳碳复合碳材料的制备方法

说明书

本发明涉及人造石墨生产技术领域，尤其涉及一种高性能碳碳复合碳材料的制备方法，包括糊料配制、粗坯叠加、预制成型、焙烧处理及石墨化处理，将焦炭粉体投入至碳素混捏锅内与沥青进行混捏后，对其进行降温破碎再磨粉，将糊料粉均匀填充于碳布的空隙内及其上表面，形成粗坯；再对粗坯通过压载或者针刺方式预制成型；将预制块置于焙烧炉内焙烧后，通过浸渍或者碳沉积方式处理，形成焙烧坯；最后对焙烧坯以高温方式进行石墨化处理；通过碳布与糊料粉的特殊叠加结构，实现预制块整体密度大幅提高的同时实现碳布与糊料粉的均匀分布，实现碳碳复合材料机械强度的大幅提高，解决现有技术中存在的石墨材料强度低导致的生产成本高的技术问题。

技术领域

本发明涉及人造石墨生产技术领域，尤其涉及一种高性能碳碳复合碳材料的制备方法。

背景技术

在人造石墨生产领域，由于其特殊的生产工艺，生产过程中需要各种热场保温材料和加热元器件，而传统生产过程中，保温材料及加热元件过以石墨材料为主，然而由于石墨本身低机械强度及性能的限制，使得人造石墨生产中对于保温材料及加热元件等石墨材料的损耗极大，对人造石墨生产造成严重阻碍的同时提高生产成本。

中国专利申请号为：2014106603252所公开的一种耐磨石墨材料制备工艺：预制体采用0/80交替排列的无维碳布布层，其中无维碳布中夹有特殊碳毡，布层厚度大约为0.83～0.90mm，布毡比约为55:35，制成的石墨材料为块状。优点：石墨化处理可以提高材料的石墨化程度，改善材料导电、导热性能，提高材料的各向异性，降低硬度，热稳定性好、磨损小、性价比高、抗耐磨和抗氧化等一系列的优点。

在上述技术方案中，将无维碳布交替排列布层后，以针刺方式实现预制体密度及结构的增强，再经后续气相积碳及液相浸渍获得性能较高的石墨材料；然而其材料是通过无维碳布和PAN基碳纤维的碳毡以叠加结构设置；由于碳布与碳毡的结构决定，其两者上存在大量的空隙，因此以上述方案所得的石墨材料，其密度、强度较低，难以满足人造石墨生产过程中对保温材料及加热元件等石墨材料的性能要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种高性能碳碳复合碳材料的制备方法，通过碳布与糊料粉的特殊叠加结构，实现预制块整体密度大幅提高的同时实现碳布与糊料粉的均匀分布，实现碳碳复合材料机械强度的大幅提高，解决现有技术中存在的石墨材料强度低导致的生产成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高性能碳碳复合碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)糊料配制，将石油焦或沥青焦经研磨得到的粒径为3-20μm的焦炭粉体投入至碳素混捏锅内加热至120-140℃后，将其投入至温度为200-230℃的液态沥青中进行混捏后，通过冷碎机对混捏后的糊料进行降温破碎，获得粒径为2-5mm的颗粒状糊料；

(b)粗坯叠加，将所述步骤(a)中得到的糊料通过机械磨粉机磨粉至粒径为10-100μm的糊料粉后，通过布料机以匀速运动方式将糊料以20-80g/min的速率至上而下填充于碳布的空隙内及其上表面，形成厚度为2-5mm的糊料层后，以循环方式将碳布叠加于糊料层上，形成碳布与糊料层呈间隔叠加结构的粗坯；

(c)预制成型，将所述步骤(b)所得的粗坯通过压载或者针刺方式使其形成结构紧密的预制块；

(d)焙烧处理,将所述步骤(c)中得到的预制块置于焙烧炉内以400-700℃的热处理方式进行焙烧后，通过浸渍或者碳沉积方式处理，形成焙烧坯；

(e)石墨化处理，将所述步骤(d)得到的焙烧坯送入艾奇逊炉内在2600-3000℃的温度条件下进行热处理，得到具有石墨化度的碳碳复合材料，其体密度为：1.60-1.95g/cm³，抗弯强度为：155-185Mpa，弹性模量为60-80Mpa，热膨胀系数为1.4*10⁶-2.0*10⁶cm/℃，热传导系数为45-75W/m·K。