[发明专利]自烧结碳素材料工艺技术

说明书

本发明属于材料技术领域，尤其涉及自烧结碳素材料工艺技术。本发明通过对选特的固定沥青进行特定加热粉碎的方式，制备具有较高自烧结功能的碳素材料，以用于制造高密度碳素制品。本发明具有碳素材料制备工艺合理有效、简单经济，制备所得的碳素材料自烧结功能好，以及碳素材料得到的碳素制品密度大且粘结强度大的优点。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及自烧结碳素材料工艺技术。

背景技术

碳素制品，作为一种新型材料，不仅具有化学稳定性，而且具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，因此被广泛应用于工业领域。

传统的碳素制品是通过复杂的工艺制造而成的，包括通过填料-粘结剂的方法制取粘结剂的热混炼工艺，挤出成型工艺，以及致密化、碳化的烧结工艺。

此外,高温结晶、颗粒大小、包装密度和表面属性等都是除了粘结性能外的重要影响因素，一般来说，生产碳素制品的原料最好具有小而均匀的粒度。

目前现有的方法，例如煅烧具有针状结构的、软化点约100℃的填料-粘结剂混合物的生产工艺，且没有结块添加剂的使用，采用溶剂对沥青加热过程中产生的球形液晶材料进行分离制备的方法，制得中碳微球(MCMB)，用于生产碳素制品。

但是上述MCMB的制备方法，存在生产时间长、过程复杂以及最大重量不超过30%的问题，因此缺乏经济实用性。

《韩国公开公报》第10-2000-0041945号公开了一种生产中碳微珠的工艺。本发明公开了通过第一热处理工艺（吹气法）生产甲苯不溶物(TI)含量高的沥青，并通过第二热处理工艺保证其作为供氢化合物的结块性能，但是在该方法中，TI的含量只有48.8-66.7%，而且仍然需要复杂和耗时的过程。

另一份公开的技术是，《韩国公开公报》第10-1997-027014号关于碳碳素制品的制作方法，其方法不使用粘结添加剂，对软化点为280℃或更高的沥青进行热处理工艺，然后粉碎至100μm且表面进行氧气氧化，但是该方法中，仍存在碳素制品材料自烧结性能差，以及生产成本大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供自烧结碳素材料工艺技术，其能通过对选特的固定沥青进行特定加热粉碎的方式，制备具有较高自烧结功能的碳素材料，以用于制造高密度碳素制品。本发明具有碳素材料制备工艺合理有效、简单经济，制备所得的碳素材料自烧结功能好，以及碳素材料得到的碳素制品密度大且粘结强度大的优点。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种具有自烧结功能的碳素材料，所述碳素材料中喹啉不溶物的重量占比为88-92%，β树脂的重量占比为7-12%，平均粒度范围为0.5-5μm。

在本发明中，任何能够通过热处理方式获得碳固体的材料，都可以作为制备所述碳素材料的原料。

此外，β树脂是指不溶于甲苯但溶于喹啉的组分，即β树脂含量(%)=甲苯不溶物含量(TI) -喹啉不溶物含量(QI)，而β树脂含量是决定自烧结性能的一个重要因素，树脂组分具有附着力，是热处理过程中反应转化为固体碳的高效组分，因此合适的β树脂组分是具有高强度自烧结性能的关键，如果β树脂含量太低,产品则没有自烧结性，如果β树脂含量过高,则导致最终生产得到的碳模塑制品容易肿胀或开裂，因此7-12%范围的β树脂含量是最稳定的选择，能有效避免上述两个问题。

还有，当所述碳素材料的平均粒度低于0.5μm时，碳素材料自身粉碎制备步骤就存在繁琐且耗时的问题，而当平均粒度高于5μm时，则生产得到的碳模塑制品密度不够、粘结堵不够，因此0.5-5μm的平均粒度范围是最优选。

进一步优选的技术方案在于：所述碳素材料中间位置处在X射线衍射试验中的直径为0.35-0.38nm，c轴方向上的液晶值为0.64-0.66nm。

进一步优选的技术方案在于：所述碳素材料至少在2500℃温度条件下保持光学各向同性。