[发明专利]一种陶瓷粉掺杂改性自烧结石墨复合材料的制备方法

说明书

一种陶瓷粉掺杂改性自烧结石墨复合材料的制备方法，属于特种石墨复合材料制备技术领域，解决陶瓷颗粒在原料压粉中分散困难、效率低下、基体相与陶瓷相界面结合强度差的问题，本发明通过原位包覆法将陶瓷粉引入到制备石墨的原料中，不仅有效改善了陶瓷颗粒分布不均的现象，又能对陶瓷颗粒形成有效碳包覆，使材料的微观界面得到改善。材料制备过程中，首先将陶瓷粉加入到改制沥青中，其作为形核剂促进改制沥青的液相半炭化，制成生焦包覆的复合陶瓷粉；其表面生焦所具有的自烧结性，能够使材料在后续的热处理过程中陶瓷组份与炭组份同步收缩致密化，最终制备出陶瓷颗粒分布均与、界面结合强度良好、综合性能优异的陶瓷掺杂改性自烧结石墨复合材料。

技术领域

本发明属于特种石墨复合材料制备技术领域，具体涉及一种陶瓷粉掺杂改性自烧结石墨复合材料的制备方法。

背景技术

利用陶瓷所具有的高硬度、耐摩擦或高温抗氧化等特性改善石墨基体相应的性能缺陷是制备陶瓷掺杂石墨复合材料的初衷。例如，引入碳化硅能够改善石墨材料的硬度和耐磨性，使材料的磨损量有效降低；对于低石墨化度的石墨材料，引入氮化硼或碳化硅能够在材料磨损面上形成润滑磨料层，降低摩擦系数，改善摩擦环境；引入含硼化合物能够使石墨材料在600～900℃的有氧环境下形成隔氧薄膜，有效提高材料的抗氧化性；所以引入不同陶瓷使石墨的特定属性得到了改善，有力的促进了石墨材料在摩擦、密封或高温环境下的应用。

传统方法制备陶瓷掺杂石墨复合材料主要采用以下步骤：首先将陶瓷粉、骨料焦与粘结剂沥青进行混捏操作，然后将混捏料破碎到规定粒度制成压粉，将压粉利用等静压或模压工艺压制成生坯，再经过炭化、浸渍、二次炭化以及石墨化等过程，完成复合材料的制备。在上述制备过程中只是将陶瓷粉与其他原料经过简单的混合，很难达到陶瓷粉均匀分布的目的，碳基体在后续的热处理过程中由于发生炭化石墨化而收缩，与此同时陶瓷晶体结构或形态基本不发生变化，使得陶瓷相与基体相发生明显脱节，界面粗糙化，明显不利于复合材料综合性能的提升。近些年来，自烧结石墨以其广泛的原料、简单的制备工艺、优异的性能逐步发展为耐磨、密封领域重要的石墨应用种类。这种方法主要采用具有自烧结性的生焦或MCMB为原料，经过成型、炭化以及石墨化过程，最终完成自烧结石墨材料的制备。这种石墨制备方法与陶瓷掺杂工艺结合起来，将原料破碎与陶瓷混合结合起来，在亚微米级程度上实现了陶瓷粉与原料的均匀混合，但在后续热处理过程中由于碳基体发生收缩，同样存在相与界脱节的现象，不利于材料的微观结构均匀化、精细化。

发明内容

为了克服现有陶瓷掺杂石墨制备技术的不足，一方面解决陶瓷颗粒在原料压粉中分散困难、效率低下的问题，另一方面解决基体相与陶瓷相界面结合强度差的问题，本发明提供一种陶瓷掺杂改性自烧结石墨复合材料的制备方法。

本发明的设计构思为：本发明通过原位包覆法将陶瓷粉引入到制备石墨的原料中，不仅有效改善了陶瓷颗粒分布不均的现象，又能对陶瓷颗粒形成有效碳包覆，使材料的微观界面得到改善。材料制备过程中，首先将陶瓷粉加入到改制沥青中，其作为形核剂促进改制沥青的液相半炭化，制成生焦包覆的复合陶瓷粉；其表面生焦所具有的自烧结性，能够使材料在后续的热处理过程中陶瓷组份与炭组份同步收缩致密化，最终制备出陶瓷颗粒分布均与、界面结合强度良好、综合性能优异的陶瓷掺杂改性自烧结石墨复合材料。

本发明将自烧结石墨原料制备、自烧结石墨制备以及陶瓷掺杂工艺有机的结合起来，将陶瓷粉在自烧结原料半焦化前的液体状态时引入，一方面由于表面活性能使其在液体原料中均与分布，另一方面其作为液相形核剂促进了原料的半焦化，在后续的热处理过程中陶瓷颗粒作为碳质成份的核心，一同发生位移，有效的改善了相界脱节的现象，使最终制备的陶瓷掺杂改性自烧结石墨复合材料微观结构致密、界面结合强度高、宏观性能优良。

本发明通过以下技术方案予以实现。