一種用于熱壓成型的石墨模具材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于熱壓成型的石墨模具材料，其原料包括瀝青中間相炭微球、瀝青和鱗片石墨，其中所述瀝青中間相炭微球和鱗片石墨的質(zhì)量比為(19:1)~(7:3)；所述瀝青的添加量占原料總質(zhì)量的5%~20%。本發(fā)明的石墨模具材料的制備方法，包括以下步驟：將瀝青制成瀝青漿料；將瀝青中間相炭微球、鱗片石墨和瀝青漿料，在抽真空的條件下混捏并輥扎制片，冷卻后粉碎，加入混合機(jī)中混料并靜置后依次進(jìn)行等靜壓成型、焙燒炭化、石墨化，即得到所述石墨模具材料。本發(fā)明的用于熱壓成型的石墨模具材料及其制備方法不僅降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，還節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
【專利說明】
一種用于熱壓成型的石墨模具材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石墨模具領(lǐng)域，尤其涉及一種用于熱壓成型的石墨模具材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨模具始于二十世紀(jì)七十年代初期，伴隨著地質(zhì)勘探，礦山的鉆探和開采、煤炭勘探與開采，石油勘探與鉆井，高速公路的切割，特別是花崗巖和大理石開采與切割行業(yè)的迅猛發(fā)展，采用熱壓成型工藝的金剛石合金材料和硬質(zhì)合金材料的需求量大幅度增加，因此石墨模具的消耗量隨之猛增，而石墨材料的性能差異直接影響到熱壓成型的超硬材料的質(zhì)量。熱壓成型的方式一般分為兩種，電阻加熱型和中頻感應(yīng)加熱型。熱壓成型的超硬鉆頭的工藝要求:溫度接近1000°c，成型熱壓在16?18MPa，在非真空狀態(tài)下保溫保壓5?20min。在此條件下，需要石墨模具有致密度高、機(jī)械強(qiáng)度高、氣孔率小、抗氧化性能好、石墨化度高等特點(diǎn)。
[0003]目前，國內(nèi)石墨模具的制作的主要原材料為石油焦、瀝青焦、天然或人造石墨、瀝青、樹脂等，經(jīng)過破碎、混捏、乳輥制片、二次破碎、壓制成型、炭化浸漬循環(huán)、最后石墨化制作成模具的原始胚體，再經(jīng)機(jī)械加工成不同規(guī)格大小的熱壓型石墨模具。采用傳統(tǒng)的原材料和工藝條件一般需要8?10個(gè)月才能生產(chǎn)出模具毛坯，多次的炭化浸漬工藝不僅耗費(fèi)大量的電力、煤炭等能源，同時(shí)提高了人力成本，更加重了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，而且較長的制作周期也加大了不確定的風(fēng)險(xiǎn)成本。并且，目前國內(nèi)大量的石墨模具，通過提高的炭化浸漬次數(shù)側(cè)重追求其極高的體積密度、高強(qiáng)度而忽略了高純化、超細(xì)結(jié)構(gòu)等。而超細(xì)結(jié)構(gòu)的石墨模具強(qiáng)度大，能夠抵抗熱壓時(shí)更高的壓力，便于成型更高性能的超硬材料;加工表面的光和致密性好熱壓工件冷卻后，能夠有利于脫模;高純化的石墨模具具有很好的抗氧化性，大大降低模具中的雜質(zhì)在高溫下催化石墨氧化的幾率，綜合超細(xì)結(jié)構(gòu)和純化的優(yōu)異性能可以提高模具的循環(huán)次數(shù)，提高熱壓條件參數(shù)，保證超硬材料的制備。因此，研究一種高純化、超細(xì)結(jié)構(gòu)的石墨模具材料也是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于熱壓成型的石墨模具材料及其制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
一種用于熱壓成型的石墨模具材料，其原料包括瀝青中間相炭微球、瀝青和鱗片石墨，其中所述瀝青中間相炭微球和鱗片石墨的質(zhì)量比為(19:1)?(7:3);所述瀝青的添加量占原料總質(zhì)量的5%?20%。
[0006]上述的石墨模具材料，優(yōu)選的，所述瀝青的軟化點(diǎn)溫度為200?205°C，所述鱗片石墨的純度在99%以上。
[0007]作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的石墨模具材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將瀝青制成瀝青楽料；
(2)將瀝青中間相炭微球、鱗片石墨和步驟(I)得到的瀝青漿料，在抽真空的條件下混捏并輥扎制片，冷卻后粉碎，加入混合機(jī)中混料并靜置；
(3)將步驟(2)后的混合物料進(jìn)行等靜壓成型，脫模后得到生坯樣品；
(4)將步驟(3)得到的生坯樣品靜置后進(jìn)行焙燒炭化處理；
(5)將步驟(4)焙燒炭化處理的樣品進(jìn)行石墨化處理，即得到所述石墨模具材料。
[0008]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中的等靜壓成型的具體過程為:先將混合物料裝入模具中壓實(shí)并抽真空處理，再送入等靜壓機(jī)中以7?10MPa/min升壓速率上升至120?150MPa穩(wěn)壓10?15min，再以15?20MPa/min泄壓速率泄壓至70?90MPa，穩(wěn)壓5?1min;最后以10?15MPa/min泄壓速率泄壓至室壓。
[0009]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(4)中，焙燒炭化處理過程分段進(jìn)行，其具體步驟為:(a)先以8?10°C/h的升溫速率升溫至300?302°C;(b)再以2.9?3.1°(:/11的升溫速率升溫至450?452°C ; (c)然后以1.4?1.6°C/h的升溫速率升溫至649?651°C ; (d)再以1.9?
2.l°C/h的升溫速率升溫至850?852°C ; (e)再以2.9?3.l°C/h的升溫速率升溫至1008?1012 °C ; (f )最后以5 °C /h的降溫速率至60?80 °C出爐，自然冷卻。炭化合格率在90%以上。本發(fā)明的焙燒炭化處理過程的升溫曲線是經(jīng)過多次測(cè)試、綜合分析得出的，大大降低炭化開裂的現(xiàn)象，保證產(chǎn)品合格率。
[0010]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(5)中，石墨化采用中等艾奇遜石墨化爐，爐膛升溫穩(wěn)定、發(fā)熱均勻。石墨化的具體過程為:先均勻升溫至1550?1850°C，保溫2?5h，再均勻升溫至2680?2820°C時(shí)停止送電；其中升溫過程中，當(dāng)溫度達(dá)到2100°02150°C時(shí)開始通入氯氣，停止斷電后繼續(xù)通入氯氣10?12h，氯氣的通入速率為12?15m3/h;停止送電后的降溫速率為2?6°C/h。
[0011]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，混捏的具體過程為:將粒度為7?8微米的瀝青中間相炭微球置于真空捏合機(jī)中，以120?140°C的溫度敞開混合I?2h，然后加入瀝青漿料，抽真空并混捏I?2h，再升溫至220?240°C真空混捏I?2h，其中捏合機(jī)正向轉(zhuǎn)速控制在80?120r/min。
上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，粉碎后混合物料的粒度為9?10微米，混合物料的揮發(fā)分質(zhì)量占混合物料質(zhì)量的5wt%?15wt%;進(jìn)一步優(yōu)選的，混合物料的揮發(fā)分質(zhì)量占整個(gè)混合物料質(zhì)量的5wt%?10wt%。
[0012]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，混合物料的靜置時(shí)間為3?5h;所述步驟(4)中的生坯樣品靜置時(shí)間為24?48h。
[0013]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，瀝青楽料的具體制備過程為:將瀝青與乙酸乙酯按照質(zhì)量比為(4:1)?(3:2)的量混合，以80?120r/min的攪拌速度攪拌0.5?Ih。
[0014]本發(fā)明采用中間相炭微球做原材料，不僅有體收縮，骨料本身也產(chǎn)生收縮，收縮越大，密度增量越大，炭化后致密性要高，可以減少浸漬和焙燒的次數(shù)。一次炭化以后再石墨化的密度可以達(dá)到傳統(tǒng)的兩次浸漬三次焙炭化或三次浸漬四次炭化再石墨化的密度。
[0015]本發(fā)明由于采用中間相炭微球?yàn)橹饕橇系氖破罚捎诳傮w收縮比較大，在焙燒階段特別容易產(chǎn)生裂紋，發(fā)明人通過無數(shù)次的研究和原材料配比，通過高溫瀝青漿料的流動(dòng)性調(diào)控，均勻性分散骨料的方式等大量試驗(yàn)情況下，多次測(cè)試相適應(yīng)的炭化和石墨化曲線，綜合得出的炭化曲線，能夠在保證炭化合格率，終于摸索出一整套適合制備石墨模具原始毛坯的工藝條件，炭化和石墨化的合格率均超過95%。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明以瀝青中間相炭微球?yàn)橹饕牧?，以高溫瀝青為粘結(jié)劑，采用此種配方不需要進(jìn)行炭化-浸漬的循環(huán)工藝，只需要經(jīng)過一次炭化，一次石墨化就可以得到傳統(tǒng)材料三次浸漬、四次炭化產(chǎn)品的密度和強(qiáng)度，工藝時(shí)間從原來的8?10個(gè)月可縮短至3~5個(gè)月；不僅降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，還節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
[0017](2)本發(fā)明首次使用乙酸乙酯分散高溫瀝青，增強(qiáng)高溫瀝青在混捏中的流動(dòng)性，增強(qiáng)均勻包覆骨料的能力，提高成型時(shí)粘接性和炭化時(shí)的受熱均勻性，降低揮發(fā)分流失后產(chǎn)生的孔隙，降低材料孔隙率。同時(shí)抽真空時(shí)，通過冷凝可以回收90%以上的乙酸乙酯，循環(huán)使用，節(jié)約資源。
[0018](3)本發(fā)明的石墨模具經(jīng)過嚴(yán)格的純化處理，灰分小于lOppm，使產(chǎn)品在熱壓成型工藝過程中降低了本身雜質(zhì)對(duì)模具本身的催化氧化，大大提高抗氧化性能。
[0019](4)本發(fā)明的采用超細(xì)粒徑的瀝青中間相炭微球作為主原料，體收縮和自收縮能夠大大增強(qiáng)材料的致密性和強(qiáng)度，提高抗氧化能力，增大了電阻率。
[0020](5)本發(fā)明的制備方法通過合理的科學(xué)配比，合理的焙燒碳化和石墨化曲線控制，使石墨廣品倍燒和石墨化的合格率均超過95%，在提尚廣品性能的同時(shí)，有效控制了超細(xì)結(jié)構(gòu)的石墨成本。
[0021](6)本發(fā)明使用的原料價(jià)低易得，性質(zhì)穩(wěn)定，原材料預(yù)處理工藝簡單易操作，基本可以通過傳統(tǒng)設(shè)備完成性能優(yōu)異的石墨模具制備。
[0022]綜上，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)原材料(煅后瀝青焦和石油焦)在焙燒和石墨化過程發(fā)生整體樣品的收縮(體收縮)，幾乎只有骨料周圍的瀝青產(chǎn)生的收縮，骨料的收縮率很小的缺陷；本發(fā)明的工藝時(shí)間從傳統(tǒng)的8?10個(gè)月可縮短至3~5個(gè)月；不僅降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，還節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0024]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0025]除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場(chǎng)上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0026]實(shí)施例1:
一種本發(fā)明的用于熱壓成型的石墨模具材料，其主要原料包括瀝青中間相炭微球(以下簡稱:MCMB)、高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)和純度為99%的鱗片石墨；其中MCMB和鱗片石墨質(zhì)量比為19:1;高溫瀝青的添加量為總重量(高溫瀝青+MCMB+鱗片石墨)的20%。
[0027]本實(shí)施例的用于熱壓成型的石墨模具材料的制備方法，包括以下步驟: (1)將1Kg過100目篩網(wǎng)的高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)投入到2.5Kg的乙酸乙酯溶液中，用三葉攪拌槳均勻攪拌0.5h，攪拌轉(zhuǎn)速80r/min，制備出高溫瀝青漿料；
(2)將MCMB用氣流粉碎至粒度為D50=8微米的MCMB，然后投入38KgMCMB和2Kg鱗片石墨至真空捏合機(jī)中，120°C敞開混合Ih，停止加熱，然后加入12.5Kg步驟(I)制備的高溫瀝青漿料，關(guān)閉機(jī)蓋，抽真空并混捏lh，再升溫至240°C混捏lh，捏合機(jī)正向轉(zhuǎn)速控制在80r/min;
(3)將步驟(2)混捏后得到的糊料趁熱加入輥軸制片機(jī)，通過四次制片(輥面溫度210°C，轉(zhuǎn)速30r/min)，將得到的片料風(fēng)冷降至室溫后粉碎至D50=25微米，然后置于V型混料機(jī)中初步混合Ih (轉(zhuǎn)速100r/min)后，將混合的物料進(jìn)行氣流粉碎至D50=9微米，再投入V型混料機(jī)中混合3h(混料機(jī)的轉(zhuǎn)速200r/min)，下料后靜置4h，得到混合均勻的物料，此時(shí)混合料中揮發(fā)分的質(zhì)量占混合料總質(zhì)量的11.3wt% ；
(4)將步驟(3)后的混合物料緩慢投入到Φ166_丁腈橡膠模具中，配重震動(dòng)壓實(shí)、抽真空15min，膠水密封后放入等靜壓設(shè)備，先以10MPa/min的升壓速率上升至150MPa，穩(wěn)壓1min;再以15MPa/min泄壓速率泄壓至90MPa，穩(wěn)壓1min ；最后以5MPa/min泄壓速率泄壓至室壓，脫模，脫模后得到規(guī)整的圓柱型生坯樣品，置于室溫環(huán)境靜置48h;
(5)把步驟(4)得到的生坯樣品裝入不銹鋼坩禍中，填滿粒度為0.5mm以下的人造石墨粉，震實(shí)，樣品距離坩禍壁大于80mm，距離坩禍頂大于220mm，開始進(jìn)行焙燒炭化過程:(a)先以6.5°C/h的升溫速率升溫至300°C;(b)再以4.5°C/h的升溫速率升溫至400°C;(c)然后以1.5°C/h的升溫速率升溫至700°C ; (d)再以2°C/h的升溫速率升溫至850°C ; (e)再以2.5°C/h的升溫速率升溫至1100°C ;(f)最后以5°C/h的降溫速率冷卻至室溫，得到炭化樣品，炭化合格率90%以上；
(6)將步驟(5)炭化后的樣品置于中等艾奇遜石墨化爐中均勻升溫至1850°C，保溫5h，再均勻升溫至2100°C，開始以15m3/h的速率通入氯氣，當(dāng)溫度升至2820°C，停止送電，氯氣繼續(xù)輸送10h，最后以5°C/h的降溫速率降至90°C出爐，自然冷卻，即可得到超細(xì)結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度、高致密、高純化、低灰分的石墨模具原始毛坯，石墨化合格率達(dá)到98%以上。
[0028]本實(shí)施例制備的石墨模具材料的平均粒徑為9μπι，體積密度為1.92g/cm3，抗壓強(qiáng)度為125.6MPa，抗折強(qiáng)度為69.8Mpa，電阻率20.1μ Ω.m，肖氏硬度為56，氣孔率12%，灰分7ppm，成品合格率在89%以上;其中，采用GB/T 24528-2009檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定體積密度;耐壓強(qiáng)度根據(jù)GB/T 1431-2009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；電阻率按照GB/T 1410-2006測(cè)試；肖氏硬度按照GB/T4341-2001標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；氣孔率按照GB/T 6155-2008檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；灰分按照GB/T 9345.1-2008。整個(gè)石墨模具材料生產(chǎn)周期為5個(gè)月。
[0029]實(shí)施例2:
一種本發(fā)明的用于熱壓成型的石墨模具材料，其主要原料包括瀝青中間相炭微球(以下簡稱:MCMB)、高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)和高純化鱗片石墨(純度為99%);其中MCMB和高純化鱗片石墨質(zhì)量比為9:1;高溫瀝青的添加量為總重量(高溫瀝青+MCMB+高純化鱗片石墨)的10%。
[0030]本實(shí)施例的用于熱壓成型的石墨模具材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1Kg過100目篩網(wǎng)的高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)投入到2.5Kg的乙酸乙酯溶液中，用三葉攪拌槳均勻攪拌20min，攪拌轉(zhuǎn)速100r/min，制備出高溫瀝青漿料；
(2)將MCMB用氣流粉碎至粒度為D50=8微米的MCMB，然后投入81KgMCMB和9Kg高純化鱗片石墨至真空捏合機(jī)中，110°C敞開混合Ih，停止加熱，然后加入12.5Kg步驟(I)制備的高溫瀝青漿料，關(guān)閉機(jī)蓋，抽真空并混捏1.5h，再升溫至250°C混捏0.5h，捏合機(jī)正向轉(zhuǎn)速控制在50r/min；
(3)將步驟(2)混捏后得到的糊料趁熱加入輥軸制片機(jī)，通過四次制片(輥面溫度230°C，轉(zhuǎn)速20r/min)，將得到的片料風(fēng)冷降至室溫后粉碎至D50=25微米，然后置于V型混料機(jī)中初步混合2h (轉(zhuǎn)速100r/min)后，將混合的物料進(jìn)行氣流粉碎至D50=9微米，再投入V型混料機(jī)中混合3h(混料機(jī)的轉(zhuǎn)速200r/min)，下料后靜置4h，得到混合均勻的物料，此時(shí)混合料中揮發(fā)分的質(zhì)量占混合料總質(zhì)量的8.67wt%；
(4)將步驟(3)后的混合物料緩慢投入到Φ166_丁腈橡膠模具中，配重震動(dòng)壓實(shí)、抽真空20min，膠水密封后放入等靜壓設(shè)備，先以10MPa/min的升壓速率上升至150MPa，穩(wěn)壓8min;再以15MPa/min泄壓速率泄壓至90MPa，穩(wěn)壓18min ；最后以5MPa/min泄壓速率泄壓至室壓，脫模，脫模后得到規(guī)整的圓柱型生坯樣品，置于室溫環(huán)境靜置24h;
(5)把步驟(4)得到的生坯樣品裝入不銹鋼坩禍中，填滿粒度為0.5mm以下的人造石墨粉，震實(shí)，樣品距離坩禍壁大于80mm，距離坩禍頂大于220mm，開始進(jìn)行焙燒炭化過程:(a)先以6.5°C/h的升溫速率升溫至300°C;(b)再以4.5°C/h的升溫速率升溫至400°C;(c)然后以1.5°C/h的升溫速率升溫至700°C;(d)再以2°C/h的升溫速率升溫至800°C;(e)再以2.5°C/h的升溫速率升溫至1100°C ;(f)最后以5°C/h的降溫速率至冷卻至室溫，得到炭化樣品，炭化合格率85%以上；
(6)將步驟(5)炭化后的樣品置于中等艾奇遜石墨化爐中均勻升溫至1850°C，保溫5h，再均勻升溫至2100°C，開始以15m3/h的速率通入氯氣，當(dāng)溫度升至2820°C，停止送電，氯氣繼續(xù)輸送10h，最后以5°C/h的降溫速率降至90°C出爐，自然冷卻，即可得到超細(xì)結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度、高致密、高純化、低灰分的石墨模具原始毛坯，石墨化合格率達(dá)到98%以上。
[0031]本實(shí)施例制備的石墨模具材料的平均粒徑為9μπι，體積密度為1.90g/cm3，抗壓強(qiáng)度為115.6MPa，抗折強(qiáng)度為62.8MPa，電阻率19.1μΩ.m，肖氏硬度為54，氣孔率14%，灰分7ppm，成品合格率在84%以上;其中，采用GB/T 24528-2009檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定體積密度;耐壓強(qiáng)度根據(jù)GB/T 1431-2009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；電阻率按照GB/T 1410-2006測(cè)試；肖氏硬度按照GB/T4341-2001標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試;氣孔率按照GB/T 6155-2008檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試;灰分按照GB/T 9345.1-2008。整個(gè)石墨模具材料生產(chǎn)周期為5個(gè)月。
[0032]實(shí)施例3:
一種本發(fā)明的用于熱壓成型的石墨模具材料，其主要原料包括瀝青中間相炭微球(以下簡稱:MCMB)、高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)和高純化鱗片石墨(純度為99%);其中MCMB和高純化鱗片石墨質(zhì)量比為17:3;高溫瀝青的添加量為總重量(高溫瀝青+MCMB+高純化鱗片石墨)的10%。
[0033]本實(shí)施例的用于熱壓成型的石墨模具材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1Kg過100目篩網(wǎng)的高溫瀝青(軟化點(diǎn)溫度為202°C)投入到2.5Kg的乙酸乙酯溶液中，用三葉攪拌槳均勻攪拌15min，攪拌轉(zhuǎn)速120r/min，制備出高溫瀝青漿料；
(2)將MCMB用氣流粉碎至粒度為D50=8微米的MCMB，然后投入76.5KgMCMB和13.5Kg高純化鱗片石墨至真空捏合機(jī)中，110°C敞開混合lh，停止加熱，然后加入12.5Kg步驟(I)制備的高溫瀝青漿料，關(guān)閉機(jī)蓋，抽真空并混捏1.5h，再升溫至250°C混捏0.5h，捏合機(jī)正向轉(zhuǎn)速控制在 50r/min;
(3)將步驟(2)混捏后得到的糊料趁熱加入輥軸制片機(jī)，通過四次制片(輥面溫度230°C，轉(zhuǎn)速20r/min)，將得到的片料風(fēng)冷降至室溫后粉碎至D50=25微米，然后置于V型混料機(jī)中初步混合Ih (轉(zhuǎn)速100r/min)后，將混合的物料進(jìn)行氣流粉碎至D50=9微米，再投入V型混料機(jī)中混合2h(混料機(jī)的轉(zhuǎn)速200r/min)，下料后靜置4h，得到混合均勻的物料，此時(shí)混合料中揮發(fā)分的質(zhì)量占混合料總質(zhì)量的8.35wt% ；
(4)將步驟(3)后的混合物料緩慢投入到Φ166_丁腈橡膠模具中，配重震動(dòng)壓實(shí)、抽真空20min，膠水密封后放入等靜壓設(shè)備，先以10MPa/min的升壓速率上升至150MPa，穩(wěn)壓8min;再以15MPa/min泄壓速率泄壓至90MPa，穩(wěn)壓18min ；最后以5MPa/min泄壓速率泄壓至室壓，脫模，脫模后得到規(guī)整的圓柱型生坯樣品，置于室溫環(huán)境靜置24h;
(5)把步驟(4)得到的生坯樣品裝入不銹鋼坩禍中，填滿粒度為0.5mm以下的人造石墨粉，震實(shí)，樣品距離坩禍壁大于80mm，距離坩禍頂大于220mm，開始進(jìn)行焙燒炭化過程:(a)先以6.5°C/h的升溫速率升溫至300°C;(b)再以4.5°C/h的升溫速率升溫至400°C;(c)然后以1.5°C/h的升溫速率升溫至700°C ; (d)再以2°C/h的升溫速率升溫至850°C ; (e)再以2.5°C/h的升溫速率升溫至1100°C ;(f)最后以5°C/h的降溫速率至冷卻至室溫，得到炭化樣品，炭化合格率88%以上；
(6)將步驟(5)炭化后的樣品置于中等艾奇遜石墨化爐中均勻升溫至1850°C，保溫5h，再均勻升溫至2100°C，開始以15m3/h的速率通入氯氣，當(dāng)溫度升至2820°C，停止送電，氯氣繼續(xù)輸送10h，最后以5°C/h的降溫速率降至90°C出爐，自然冷卻，即可得到超細(xì)結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度、高致密、高純化、低灰分的石墨模具原始毛坯，石墨化合格率達(dá)到98%以上。
[O O3 4 ]本實(shí)施例制備的石墨模具材料的其平均粒徑為9 μ??，體積密度為1.8 9 g / c m3，抗壓強(qiáng)度為102.2MPa，抗折強(qiáng)度為60.1MPa，電阻率18.5μ Ω.m，肖氏硬度為55，氣孔率15%，灰分7.5 ppm，成品合格率在84%以上;其中，采用GB/T 24528-2009檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定體積密度;耐壓強(qiáng)度根據(jù)GB/T 1431-2009標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；電阻率按照GB/T 1410-2006測(cè)試；肖氏硬度按照GB/T 4341-2001標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；氣孔率按照GB/T 6155-2008檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試；灰分按照GB/T9345.1-2008。整個(gè)石墨模具材料生產(chǎn)周期為5個(gè)月。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于熱壓成型的石墨模具材料，其特征在于，所述石墨模具材料的原料包括瀝青中間相炭微球、瀝青和鱗片石墨，其中所述瀝青中間相炭微球和鱗片石墨的質(zhì)量比為(19:1)-(7:3);所述瀝青的添加量占原料總質(zhì)量的5%?20%。2.如權(quán)利要求1所述的石墨模具材料，其特征在于，所述瀝青的軟化點(diǎn)溫度為200?205°C，所述鱗片石墨的純度在99%以上。3.—種如權(quán)利要求1或2所述的石墨模具材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將瀝青制成瀝青楽料； (2)將瀝青中間相炭微球、鱗片石墨和步驟(I)得到的瀝青漿料，在抽真空的條件下混捏并輥扎制片，冷卻后粉碎，加入混合機(jī)中混料并靜置； (3)將步驟(2)后的混合物料進(jìn)行等靜壓成型，脫模后得到生坯樣品； (4)將步驟(3)得到的生坯樣品靜置后進(jìn)行焙燒炭化處理； (5)將步驟(4)焙燒炭化處理的樣品進(jìn)行石墨化，即得到所述石墨模具材料。4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的等靜壓成型的具體過程為:先將混合物料裝入模具中壓實(shí)并抽真空處理，再送入等靜壓機(jī)中以7?10MPa/min升壓速率上升至120?150MPa穩(wěn)壓10?15min，再以15?20MPa/min泄壓速率泄壓至70?90MPa，穩(wěn)壓5?10111；[11;最后以1()?15]\0^/1]1；[11泄壓速率泄壓至室壓。5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，焙燒炭化處理過程分段進(jìn)行，其具體步驟為:(&)先以8?10°(:/11的升溫速率升溫至300?302°(:;(13)再以2.9?3.1°C/h的升溫速率升溫至450?452°C ; (c)然后以1.4?1.6°C/h的升溫速率升溫至649?651°(:;((1)再以1.9?2.1°(:/11的升溫速率升溫至850?852°(:;(6)再以2.9?3.1°(:/11的升溫速率升溫至1008?1012°C;(f)最后以5°C/h的降溫速率至60?80 °C出爐，自然冷卻。6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，石墨化的具體過程為:先均勻升溫至1550?1850°C，保溫2?5h，再均勻升溫至2680?2820°C時(shí)停止送電；其中升溫過程中，當(dāng)溫度達(dá)到2100°C~2150°C時(shí)開始通入氯氣，停止斷電后繼續(xù)通入氯氣10?12h，氯氣的通入速率為12?15m3/h;停止送電后的降溫速率為2?6°C/h。7.如權(quán)利要求3?6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，混捏的具體過程為:將粒度為7?8微米的瀝青中間相炭微球置于真空捏合機(jī)中，以120?140°C的溫度敞開混合I?2h，然后加入瀝青漿料，抽真空并混捏I?2h，再升溫至220?240°C真空混捏I?2h，其中捏合機(jī)正向轉(zhuǎn)速控制在80?120r/min。8.如權(quán)利要求3?6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，粉碎后混合物料的粒度為9?10微米，混合物料的揮發(fā)分質(zhì)量占混合物料質(zhì)量的5wt%?15wt%。9.如權(quán)利要求3?6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的混合物料靜置時(shí)間為3?5h;所述步驟(4)中的生坯樣品靜置時(shí)間為24?48h。10.如權(quán)利要求3?6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，瀝青楽料的具體制備過程為:將瀝青與乙酸乙酯按照質(zhì)量比為(4:1)?(3:2)的量混合，以80?120r/min的攪拌速度攪拌0.5?Ih。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK105884357SQ201610226522
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】楊程, 劉金平
【申請(qǐng)人】湖南省長宇新型炭材料有限公司