專(zhuān)利名稱(chēng)：：高純石墨型材及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種石墨材料生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純度、高密度、高強(qiáng)度石墨型材生產(chǎn)工藝及利用該工藝制備的扇形柱狀石墨型材。
背景技術(shù)：
：石墨具有耐高溫、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、化學(xué)性能穩(wěn)定，因此其在工業(yè)上運(yùn)用極為廣泛，幾乎每個(gè)行業(yè)都會(huì)用到。工業(yè)上多用的是人造石墨，也就是特種石墨，按其成型的方式可分為等靜壓石墨、模壓石墨、擠壓石墨。專(zhuān)利文獻(xiàn)CN1247451C中公開(kāi)了一種高密度、高強(qiáng)度和耐磨石墨材料的生產(chǎn)工藝，CN100344533C中公開(kāi)了一種高強(qiáng)度炭/石墨材料的制備方法，但利用這些工藝方法所制備的石墨材料在純度方面仍然不能滿(mǎn)足當(dāng)前的需要；CN1040638C中公開(kāi)了一種天然石墨高溫氯化提純工藝，但該方法僅適用于粉狀石墨材料的提純，而無(wú)法應(yīng)用于石墨型材的石墨化提純。常用的石墨型材多為長(zhǎng)方體狀、正方體狀和圓柱狀。目前，采用模壓成型的圓柱狀高密高純石墨制品，受模壓設(shè)備限制(設(shè)備工作噸位不能按幾何級(jí)數(shù)無(wú)限放大)和石墨化成品率等因素影響，生產(chǎn)的產(chǎn)品直徑小，高度低，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)上坩堝、單晶硅加熱器、石墨器皿等對(duì)大規(guī)格圓型高純石墨型材的需求，在這些領(lǐng)域中，往往必須使用較大尺寸的圓柱狀石墨型材。而目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上生產(chǎn)的大規(guī)格高純石墨制品，多采用震動(dòng)成型方式生產(chǎn)，雖然可以滿(mǎn)足一定純度方面的要求，但此類(lèi)石墨制品的成品率及密度很低，且使用壽命短，嚴(yán)重制約這些行業(yè)的發(fā)展。而采購(gòu)進(jìn)口等靜壓方式生產(chǎn)的產(chǎn)品，不但成本高，而且極易受制于人。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種生產(chǎn)高純度高密度石墨型材的工藝方法，并公開(kāi)了利用該工藝生產(chǎn)的扇形柱狀高純石墨型材，滿(mǎn)足方便于用戶(hù)用其拼接成大規(guī)格的圓柱形石墨，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，解決了現(xiàn)有大規(guī)格產(chǎn)品純度不夠、密度低等技術(shù)難題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟(1)磨粉選取煅燒石油焦或?yàn)r青焦中的至少一種原料破碎磨粉至200■目；(2)混捏以重量份計(jì)，取上述篩分后的粉料6080份，置12014(TC的混捏裝置中千混4060分鐘；加入2040份的粘結(jié)劑，在14017(TC下再濕混6080分鐘；(3)軋片混捏后軋片兩次，第一次軋片的厚度《3mm，第二次軋片的厚度C5mm;(4)二次磨粉上步所得軋片破碎后進(jìn)行第二次磨粉至200320目；(5)成型將上步所得粉料壓制成所需要的形狀；(6)焙燒將置于缽體中的成型炭塊送入焙燒爐中，從常溫逐漸升溫至10001300°C，焙燒300450小時(shí)；(7)浸漬將焙燒制品預(yù)熱至25030(TC，保持46個(gè)小時(shí)后以熔化的瀝青進(jìn)行浸漬處理，其中浸漬的真空度不低于-0.098MPa，持續(xù)時(shí)間0.52小時(shí)；浸漬加壓1.21.8MPa，持續(xù)時(shí)間35小時(shí)；(8)再焙燒、浸漬浸漬后再焙燒，根據(jù)需要再進(jìn)行13次浸漬處理，并進(jìn)行相應(yīng)的再焙燒，浸漬、再焙燒處理同前所述；(9)石墨化提純將經(jīng)過(guò)最后一次焙燒的碳制品置于密閉式石墨純化爐中，所述碳制品周?chē)佉r有少灰物料，先以惰性氣體吹排出爐內(nèi)多余物質(zhì)及空氣，經(jīng)過(guò)5080小時(shí)的加熱升溫至20002400。C，以2040kg/小時(shí)的流量通氯氣2535小時(shí)，再升溫至2450260(TC，以1530kg的流量通氟里昂或四氟乙烷1825小時(shí)，然后停止加熱，持續(xù)通入惰性氣體1825小時(shí)，冷卻后即為成品。步驟(2)中所述粘結(jié)劑為中溫瀝青或樹(shù)脂。步驟(9)中所述惰性氣體為氮?dú)?。在所述步驟(9)中，以炭黑鋪襯爐底部，以煅燒焦粉鋪襯爐內(nèi)壁，以瀝青焦顆?；蝈憻诡w粒填襯碳制品間的空隙。在步驟(9)中對(duì)尾氣進(jìn)行過(guò)濾回收，余氣經(jīng)與堿性物質(zhì)中和達(dá)標(biāo)后排放。一種利用權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝制備的高純石墨型材，它是橫截面呈扇形的柱體，其扇形橫截面的圓心角為360°/n，n為整數(shù)，且2《n《10。所述扇形橫截面的圓心角為120°，或?yàn)?0°，或?yàn)?2°，或?yàn)?0°。所述高純石墨型材是通過(guò)相應(yīng)的扇形柱狀模具壓制而成。所述高純石墨型材在使用時(shí)由相應(yīng)的塊數(shù)拼接成圓柱狀。本發(fā)明的有益效果是1.產(chǎn)品性能優(yōu)良利用本發(fā)明工藝制備的石墨型材具有純度高(含碳量達(dá)到99.995%以上，)、密度高(P》1.80g/cm3)、強(qiáng)度高055Mpa)、抗熱震性好、抗氧化性好、電阻低、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)小、易于精密加工等特點(diǎn)。2.改進(jìn)了生產(chǎn)工藝優(yōu)化改進(jìn)后期焙燒和石墨化工序，提高了焙燒、石墨化提純工藝的成品率，縮短了焙燒、石墨化時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗。3.用途廣泛可廣泛應(yīng)用于制備單晶硅用加熱器、冶煉稀有金屬用舟皿、坩堝、金屬氣化石墨器皿、發(fā)射電子管、閘流管、汞弧整流器石墨陽(yáng)極、柵極，連續(xù)澆鑄用結(jié)晶器，隔熱屏等。4.制成扇形柱狀石墨型材，將其拼接成大規(guī)格的圓柱形石墨，解決了市場(chǎng)上所需求的大尺寸、高規(guī)格圓柱形石墨型材的生產(chǎn)與應(yīng)用方面的技術(shù)瓶頸-a不僅純度高，且密度達(dá)到1.80g/cm3以上，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命；b避免由于大規(guī)格型材的外表和芯部溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂紋；c縮短了焙燒、石墨化時(shí)間，降低了生產(chǎn)能耗，提高了生產(chǎn)效率。目前市場(chǎng)上大規(guī)格圓形石墨產(chǎn)品的焙燒過(guò)程耗時(shí)600800小時(shí)、石墨化工藝過(guò)程耗時(shí)150200小時(shí)，而利用本工藝所生產(chǎn)的大規(guī)格扇形高純石墨產(chǎn)品焙燒耗時(shí)300450小時(shí)、石墨化提純時(shí)間約為90110小時(shí)。利用本發(fā)明工藝制備的扇形柱狀石墨型材的性能指標(biāo)符合表1中的要求。圖1為本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖2為一種扇形石墨型材立體外觀(guān)圖3為由圖2中扇形石墨型材拼接成的圓柱狀石墨型材；圖4另一種扇形石墨型材立體外觀(guān)圖5由圖4中扇形石墨型材拼接成的圓柱狀石墨型材；具體實(shí)施例方式實(shí)施例l參見(jiàn)圖l，一種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟(1)磨粉選取煅燒石油焦(真比重》2.08g/cm3，灰分、硫分、揮發(fā)均《0.3%)破碎磨粉，其粒度為300目；(2)混捏以重量份計(jì)，取上述篩分后的粉料70份，置于混捏鍋中干混50分鐘，達(dá)到130°C;再加入30份溫度為150。C的熔化煤瀝青(軟化點(diǎn)88±2°C)，在鍋內(nèi)再濕混70分鐘，達(dá)到155'C;(3)軋片混捏后第一次軋片的厚度2mm，第二次軋片的厚度1.5mm;(4)二次磨粉上步所得軋片粉碎后進(jìn)行二次磨粉至200目；(5)模壓成型將上步所得粉料模壓成所需要的扇形柱狀(在尺寸上可以留有進(jìn)行精加工的余量)；(6)焙燒將成型的炭塊置于支撐缽體中，再送入焙燒爐中，從常溫逐漸升溫至125(TC，焙燒350小時(shí)；(7)浸漬將焙燒制品預(yù)熱至28(TC，保持5個(gè)小時(shí)后在浸漬罐中以中溫煤瀝青進(jìn)行浸漬處理，其中浸漬的真空度-0.098MPa，持續(xù)時(shí)間l小時(shí)；浸漬加壓1.65MPa，持續(xù)時(shí)間4小時(shí)；(8)再焙燒、浸漬再進(jìn)行兩次浸漬處理和三次相應(yīng)的焙燒，處理方式同(6)、(7)所述；(9)石墨化提純將焙燒后的碳制品置于密閉式石墨純化爐中，且以炭黑鋪襯爐底部用作保溫料，以煅燒焦粉鋪襯于爐內(nèi)壁用做保溫料，碳制品之間的間隙用瀝青焦顆粒填充，作電阻料，先以氮?dú)獯祾?，排出爐內(nèi)多余物質(zhì)及空氣，經(jīng)過(guò)55小時(shí)的電加熱升溫至2300'C，以30kg/小時(shí)的流量通氯氣33小時(shí)，再升溫至2500。C，以23kg的流量通氟里昂18小時(shí)，然后停止電加熱，再持續(xù)通入惰性氣體20小時(shí)，冷卻后即為成品。同時(shí)對(duì)尾氣進(jìn)行過(guò)濾回收。利用上述工藝生產(chǎn)出的一種扇形柱狀高純石墨型材(參見(jiàn)圖2)，其扇形橫截面1的圓心角a為120°，4)520/3(r260咖Xh380mm)，其性能指標(biāo)符合表1的要求。使用時(shí)，可將三個(gè)同等規(guī)格的上述扇形柱狀石墨型材2加工拼接成相應(yīng)的圓柱狀即可(如圖3所示)。實(shí)施例2參見(jiàn)圖1,一種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝步驟如下①磨粉選取瀝青焦破碎磨粉，其粒度為250目；②混捏取篩分后的瀝青焦粉料75份，置于混捏鍋中干混45分鐘，達(dá)到125°C;再加入25份溫度為16(TC的熔化煤瀝青，在鍋內(nèi)再濕混65分鐘，達(dá)到155°C;③軋片混捏后第一次軋片的厚度3ram，第二次軋片的厚度1.2mm;④二次磨粉將軋片進(jìn)行再次磨粉至200目；⑤模壓成型將二次粉料模壓成特定的扇形柱狀；⑥焙燒將成型的炭塊置于固定缽體中，送入焙燒爐中，從常溫緩慢升溫至1200。C，焙燒400小時(shí)；⑦浸漬將焙燒制品預(yù)熱至25(TC，保溫6個(gè)小時(shí)后進(jìn)行浸漬處理，其中浸漬的真空度高于-0.098MPa，持續(xù)時(shí)間0.8小時(shí)；浸漬加壓1.5MPa，保持時(shí)間5小時(shí)；⑧再焙燒、浸漬再進(jìn)行一次浸漬處理和兩次對(duì)應(yīng)的焙燒，處理方式同⑥、⑦所述；(D石墨化提純將焙燒后的碳制品置于密閉的石墨純化爐中，且以炭黑鋪襯爐底部，以煅燒焦粉隔襯爐內(nèi)壁，用瀝青焦顆粒填充碳制品之間的空隙。以氮?dú)獯蹬懦鰻t內(nèi)多余物質(zhì)及空氣，在58小時(shí)內(nèi)加熱升溫至235(TC，以28kg/小時(shí)的流量通氯氣34小時(shí)，然后升溫至2550°C，以16kg的流量通四氟乙垸24小時(shí)后停止加熱，再持續(xù)通入惰性氣體23小時(shí)，冷卻后即成。同時(shí)將尾氣收集，并與中和達(dá)標(biāo)后排放。利用上述工藝生產(chǎn)出的一種扇形柱狀高純石墨型材(參見(jiàn)圖4)，其扇形橫截面的圓心角為90。，d)660/4，其性能指標(biāo)符合表l中的要求。使用時(shí)，可將四個(gè)同等規(guī)格的上述扇形柱狀石墨型材4拼接成相應(yīng)的圓柱狀即可，如圖5所示。實(shí)施例3—種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于在步驟(1)以煅燒石油焦和瀝青焦的任意比的混合原料磨粉；在步驟(2)中所用粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂；在步驟(5)中將碳粉裝入扇形模具，模壓成截面圓心角為72°的扇形柱狀；在步驟(8)中進(jìn)行一次浸漬和對(duì)應(yīng)的兩次焙燒；在步驟(9)中，將焙燒后的扇形柱狀石墨置于密閉的石墨純化電爐中，且以炭黑鋪襯爐底部，以瀝青焦粉隔襯爐內(nèi)壁，用煅燒焦顆粒填充碳制品之間的空隙；以氮?dú)獯祾呒兓癄t內(nèi)膛，在52小時(shí)內(nèi)通電加熱升溫至220(TC，以30kg/小時(shí)的流量通氯氣32小時(shí)，然后升溫至2600'C，以21kg的流量通氟里昂20小時(shí)后停止通電加熱，再持續(xù)通入N218小時(shí)，開(kāi)爐冷卻后即成。實(shí)施例4一種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于在步驟①以煅燒石油焦和瀝青焦的任意比的混合原料磨粉；在步驟⑤中將碳粉模壓成800X200X300mm的長(zhǎng)方體；在步驟⑧中進(jìn)行一次再浸漬、再焙燒；在步驟⑨中，將焙燒后的產(chǎn)品置于密閉的石墨純化電爐中，且以炭黑鋪襯爐底部，以炭黑粉隔襯爐內(nèi)壁，用煅燒焦顆粒填充碳制品之間的空隙；以氮?dú)獯祾呒兓癄t內(nèi)膛，在70小時(shí)內(nèi)通電加熱升溫至2300'C，以30kg/小時(shí)的流量通氯氣35小時(shí)，然后升溫至2500°C，以22kg的流量通氟里昂23小時(shí)后停止通電加熱，再持續(xù)通入N225小時(shí)，開(kāi)爐冷卻后即成。實(shí)施例5—種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于在步驟(1)以瀝青焦磨粉；在步驟(5)中將碳粉模壓成668X213X143mm的長(zhǎng)方形(長(zhǎng)方形為平面，實(shí)際是個(gè)體)；在步驟(8)中再進(jìn)行兩次浸漬、再焙燒；在步驟(9)中，將焙燒后的產(chǎn)品置于密閉的石墨純化電爐中，且以炭黑鋪襯爐底部，以瀝青焦粉隔襯爐內(nèi)壁，用煅燒焦顆粒填充碳制品之間的空隙;以氮?dú)獯祾呒兓癄t內(nèi)膛，在50小時(shí)內(nèi)通電加熱升溫至220(TC，以30kg/小時(shí)的流量通氯氣32小時(shí)，然后升溫至260(TC，以23kg的流量通氟里昂20小時(shí)后停止通電加熱，再持續(xù)通入惰性氣體18小時(shí)，開(kāi)爐冷卻后即成。表1扇形柱狀高純石墨型材的主要性能指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權(quán)利要求1.一種高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，其特征在于，它包括以下步驟(1)磨粉選取煅燒石油焦、瀝青焦中的至少一種原料破碎磨粉至200～400目；(2)混捏以重量份計(jì)，取上述篩分后的粉料60～80份，置混捏裝置中干混40～60分鐘，使其溫度達(dá)到120～140℃；再加入20～40份的粘結(jié)劑，濕混60～80分鐘，使其溫度達(dá)到140～170℃；(3)軋片混捏后軋片兩次，第一次軋片的厚度≤3mm，第二次軋片的厚度≤1.5mm；(4)二次磨粉上步所得軋片粉碎后進(jìn)行二次磨粉至200～320目；(5)成型將上步所得粉料壓制成所需要的形狀；(6)焙燒將模壓成型體置于缽體中后送入焙燒爐中，從常溫經(jīng)300～450小時(shí)加熱逐漸升溫至1000～1300℃；(7)浸漬將焙燒制品預(yù)熱至250～300℃，保持4～6個(gè)小時(shí)后以熔化的瀝青進(jìn)行浸漬處理，其中浸漬的真空度不低于-0.098MPa，持續(xù)時(shí)間0.5～2小時(shí)；浸漬加壓1.2～1.8MPa，持續(xù)時(shí)間3～5小時(shí)；(8)再焙燒、浸漬浸漬后再焙燒，根據(jù)需要再進(jìn)行1～3次浸漬處理，并進(jìn)行相應(yīng)的再焙燒，浸漬、再焙燒處理同前所述；(9)石墨化提純將最后一次焙燒的碳制品置于密閉式石墨純化爐中，所述碳制品周?chē)佉r有少灰物料，先以惰性氣體吹排出爐內(nèi)多余物質(zhì)及空氣，經(jīng)過(guò)50～80小時(shí)的加熱升溫至2000～2400℃，以20～40kg/小時(shí)的流量通氯氣25～35小時(shí)，再升溫至2450～2600℃，以15～30kg的流量通氟里昂或四氟乙烷18～25小時(shí)，然后停止加熱，持續(xù)通入惰性氣體18～25小時(shí)，冷卻后即為成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，其特征在于，步驟(2)中所述粘結(jié)劑為中溫瀝青或樹(shù)脂。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在步驟(9)中所述惰性氣體為氮?dú)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在所述步驟(9)中，以炭黑鋪襯爐底部，以煅燒焦粉或?yàn)r青焦粉鋪襯爐內(nèi)壁，以瀝青焦顆?；蜢褵诡w粒填襯碳制品間的空隙。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純石墨型材的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在步驟(9)中對(duì)尾氣進(jìn)行過(guò)濾回收，余氣經(jīng)與堿性物質(zhì)中和達(dá)標(biāo)后排放。6.—種利用權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝制備的高純石墨型材，其特征在于，它是橫截面呈扇形的柱體，其扇形橫截面的圓心角為360°/n，n為整數(shù)，且27.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高純石墨型材，其特征在于，所述扇形橫截面的圓心角為120。，或?yàn)?0°,或?yàn)?2°，或?yàn)?0°。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高純石墨型材，其特征在于，所述高純石墨型材是通過(guò)相應(yīng)的扇形柱狀模具壓制而成。9.根據(jù)權(quán)利要求68任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的高純石墨型材，其特征在于，所述高純石墨型材在使用時(shí)由相應(yīng)的塊數(shù)拼接成圓柱狀。全文摘要本發(fā)明涉及一種高純度石墨型材生產(chǎn)工藝及利用該工藝制備的扇形柱狀石墨型材。其工藝過(guò)程為選取的原料經(jīng)磨粉、混捏、軋片、再磨粉、模壓成型、焙燒、浸漬、再焙燒和浸漬后，將焙燒后的碳制品置于密閉式石墨純化爐中，在相應(yīng)的溫度下依次通惰性氣體、氯氣、氟里昂或四氟乙烷惰性氣體進(jìn)行石墨化提純。該工藝焙燒及石墨化時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，能耗低，其制備成的石墨型材純度高、密度高、強(qiáng)度高、抗熱震性好，易于精密加工，用途極廣泛；如制成扇形柱狀石墨，則易于拼接成大規(guī)格的圓柱形石墨，且可避免由于大規(guī)格型材的外表和芯部溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂紋，并延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，可滿(mǎn)足市場(chǎng)上對(duì)大尺寸、高規(guī)格圓柱形石墨型材的需求。文檔編號(hào)C01B31/04GK101357761SQ200810141310公開(kāi)日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年9月9日優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日發(fā)明者吳保軍,張全利,王雙全,趙穩(wěn)成,韓新威申請(qǐng)人:河南天利碳素材料有限公司