[发明专利]一种高强度高导热石墨材料的制备方法

说明书

一种高强度高导热石墨材料的制备方法是将破碎后生针状焦与煅烧后针状焦混合做骨料，以沥青为粘结剂，将沥青配入骨料中得到原料，原料在混捏机常温混合后热混捏制成糊料，糊料热扎片，扎片后糊料于350～450℃、3～5Mpa压力下处理，处理后糊料重新破碎后装入模具成型，成型的生坯经约束焙烧、浸渍、炭化和石墨化得到高强度高导热石墨制品。本发明具有原料来源广泛，价格便宜，工艺简单、生产周期短且易于工业化放大，制备的产品具有良好的导热性能和较高的强度等优点。

技术领域

本发明属于一种石墨材料的制备方法,具体地说涉及一种制备高强度高导热块状石墨材料的方法。

背景技术

多晶石墨材料具有轻质、耐高温、抗烧蚀、良好的热、电及机械性能而被广泛用于很多领域，早在1947年美国发射的固体探空火箭就成功的应用了多晶石墨喉衬，而其在化工、冶金、核聚变堆、电子等方面的应用更是日益深入。

石墨单晶的理论导热率可达2100W/m·K,而普通石墨材料的热导率室温下仅为100W/m·K左右，可见石墨材料的热导率还有很大的提升空间。目前，高导热炭材料的研究热点主要分为两类：第一类是高导热碳纤维及C/C复合材料；第二类是高导热石墨材料。发明专利[公开号：[CN1421417A]提出一种制备高导热炭/陶瓷复合材料的方法，即以粉碎的石油焦为原料，以钛粉和锆粉为添加剂，以煤沥青为粘合剂，通过热压成型制备出导热率达到250W/(m·K)的炭/陶瓷复合材料。山西煤炭化学研究所的刘郎、邱海鹏等[发明专利公开号：CN1421493A]人采用石油焦粉碎小于2.0mm后煅烧，再以煤沥青为粘结剂与热压成型与石墨化得到导热系数为150W/(m·K)的炭材料。第一类材料的导热性能所依赖的高导热碳纤维的制备本身就存在较大困难，而且成本较高。另一类是高导热石墨材料，但该制备工艺不仅成本高，且所制备材料的尺寸有限，所以很难得到普遍应用。同时很多高导热石墨材料的制备采用天然鳞片石墨，导致了产品的力学性能较差，弯曲强度仅有10Mpa左右,无法满足对力学性能有要求的结构件的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、生产周期短且易于工业化放大的制备方法，制备的产品既具有良好的导热性能又要具有较高的强度。

对于导热性要求较高的石墨制品,首先要选用易石墨化的原料,因此我们骨料选用易石墨化的针状焦,粘结剂优选易石墨化的粘结剂沥青。本发明采用较大粒径的生针状焦和较小粒度的煅焦方案，保证了石墨材料的良好导热和强度。大粒径的生针状焦在坯体结构中起骨架作用，因为其晶界较少，增大了材料的热导率，同时生针状焦颗粒表面保持化学活性，容易和粘合剂结合，在热处理期间，骨料的收缩更容易和粘结剂沥青的收缩相匹配，这样就使制备的石墨材料形成良好的粘合系统，增加了材料的强度。另外，较小粒度的煅烧针状焦可以填充颗粒间的空隙，使石墨制品能有较高的堆积密度和较小的孔率，进而提高材料的强度和热导率。

粘结剂的选取、用量和处理对石墨制品的强度和导热性能有直接的影响。该发明中的糊料老化处理既实现糊料中的部分粘结剂沥青向易石墨化组分的转化也可以调节粘结剂沥青的组成，保证了糊料有良好可塑性的同时又除去糊料中有害的轻组分，同时采用高压老化，有利于粘结剂沥青浸润和渗透骨料，且填满骨料的开口气孔，减少了制品的孔隙率和结构缺陷，进而有利于材料强度和热导率的提高。

本发明的一种高强度高导热石墨材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）、将生针状焦经破碎至粒径为≤0.1mm后，取部分生针状焦在1250℃～1350℃下隔绝空气煅烧120～180分钟；将煅烧后的针状焦细碎至粒径为≤0.05mm；

（2）、将破碎后的生针状焦与煅烧后的针状焦以生焦40～90wt%，煅焦10～50wt%的比例混合做骨料；

（3）、以沥青为粘结剂，粉碎至粒径≤0.15mm后，按生针状焦与煅烧后的针状焦之和的20～45wt%的比例将沥青配入骨料中，得到原料；