二次粉料配料制备高强高密石墨材料的结论与总结

结果测试与分析

样品经过焙烧后，配方组A的各块样品表面光滑无裂纹，用锤敲击表面后声音响亮。而配方组B 的各块样品有的出现了细长裂纹，有的表面突起变形, 有的用锤敲后声音沉闷，制品内部有内裂。石墨材料相关石墨电极信息参考。这些现象可能与酚醛树脂的结焦程度低有关，焙烧前酚醛树脂与生石油焦结合得比较好，但焙烧时酚醛树脂会发生结焦，有大量有 机成分挥发，于是与生石油焦结合的部位会形成空隙，同时也会产生内应力，导致制品开裂。

通过焙烧后的结果得出: 煅后沥青焦-改质煤沥青二次粉料与生石油焦-改质煤沥青二次粉料配制的二次粉料配料适合用来制备高强高密细结构特种石墨材料。本文着重研究配方组A中各制品的性能。

1. 样品的性能测试

1.1 体积密度

配方组A各样品经过模压成型、一次焙烧和石墨化后的体积密度，如表5所示。

二次粉料配料经过模压成型后，各个生坯的体积密度都在1.25 g/cm³以上，当经过一次焙烧后，配方组A的各个样品的体积密度在1.57~1.65 g/cm³, 一次焙烧后体积密度平均增幅在0.35 g/cm³左右。 生坯经过一次焙烧后的体积密度增幅比常规制品大，这是由于本实验的生坯制备的原料含有生石油焦，它的挥发分含量高，在焙烧时具有自烧结性能，从而导致焙烧后制品的体积收缩大，体积密度上升的幅度也比常规制品大。本实验经过一次焙烧后体积收缩率都达到了33%以上，制品长、宽、高的收缩率都在11%以上。

经过一次焙烧后，实验制品都直接石墨化不经过浸渍和二次焙烧，石墨化后这5组样品的体积密度进一步提高，都达到了 1.70 g/cm³以上。

1.2 强度

配方组A的5种样品经过一次焙烧再石墨化后的抗压强度和抗折强度如图3所示。从图3可以看出，这5种样品的抗压强度在82~90 MPa之间，抗折强度在38~47 MPa之间，其中A-2样品的抗压 强度为90 MPa，抗折强度为47 MPa，为这5组中机械综合性能极好的。这2组图的变化规律也是一致的。随着生石油焦一改质煤沥青二次粉料的含量增加到40%时制品的抗压强度和抗折强度达到MAX，再随着其含量的增加制品的抗压强度和抗折强度逐渐下降。从强度的变化规律中可以得出，煅后沥青焦-改质煤沥青二次粉料起到一个基体骨架的作用，而生石油焦-改质煤沥青二次粉料就是增强体， 两者质量比例为60：40时，制备的样品的强度极好。 

1.3 电阻率

配方组A中5种样品经过一次焙烧再石墨化后的电阻率如图4所示。

从图4中可以看出，配方组A中5种样品的电阻率依次在增大，电阻率在12~14 μΩ·m之间，这种电阻率比较符合烧结模具石墨和电火花石墨材料的要求。

1.4 肖氏硬度

炭石墨材料的硬度一般都比金属材料的低，在炭素行业中一般都使用肖氏硬度。肖氏硬度主要运 用弹性回调法来测硬度，不会损坏样品。本实验使用HS-19A肖氏硬度计来测硬度，测得配方组A中 5种样品经过一次焙烧和石墨化后的样品的肖氏硬度如图5所示。

配方组A样品的肖氏硬度相差不大，MAX硬度的为A-2样品, 其值为47；MIN的为A-5样品, 其硬度为38。

2. 制品性能的对比

从配方组A样品的主要性能测试和比较中得岀：a-2号样品在一次焙烧和石墨化后是各配方组 内综合性能极好的, A-2号样品的抗压强度为90 MPa, 抗折强度为47 MPa，体积密度为1.79 g/cm³, 电阻率为12.1 aQ・m,肖氏硬度为49。本实验将A-2号样品的性能与公司同规格(310 mm×210 mm×120 mm)的制品性能作对比，如表6所示。

从表6中得岀: A-2号样品经过一焙化后，它的各方面性能超过了公司三焙化制品的水平，但电 阻率偏高，这与它只经过一次焙烧有关。通过对比可以得岀，如果采用A-2号配方生产的生坯经过一次焙烧且不需浸渍,再进行石墨化后的一焙化石墨 材料1可以替代公司常规的三焙化产品，这样可以缩 短不少于两个月的生产周期，为公司节约生产成本, 从而带来极大的经济效益。

3. A-2号样品扫描图谱分析

A-2号配方样品经过一次焙烧和石墨化后其断面扫描电镜图如图6所示。从图中可以看岀，样品内部比较致密，没有显明的裂纹和气孔, 2种二次粉料经过焙烧与石墨化后都成为石墨相并很好地融合在一起，使得制品的体积密度大，机械强度高。

4. 生石油焦-改质煤沥青二次粉料的热分析

取生石油焦-改质煤沥青二次粉料做热分析 (图7), 从DSC-TG曲线来分析，二次粉料在400 ℃以前很稳定, 几乎不发生分解聚合反应,质量损失少，但在400-760 ℃之间有一个极大的放热峰, 这说明发生了剧烈的分解和缩聚反应，在700 ℃时达到放热峰的顶点，反应极为剧烈, 二次粉料的挥发分大量反应掉，质量损失85%以上并且伴随着体积收缩。从原料的热分析可以推出，生坯在焙烧时随着焙烧温度的变化, 制品的体积也会收缩，一次焙烧后，制品的体积密度有很大的提高。

5. 结论

利用煅后沥青焦细粉、生石油焦细粉为原料， 改质煤沥青和酚醛树脂为黏结剂制备出不同的二次粉料配料，经过模压成型、一次焙烧、石墨化制备出高强高密石墨材料。体积密度、强度、硬度和电阻率都达到高强高密特种石墨材料的要求；A-2样品抗压强度90 MPa，抗折强度47 MPa，体积密度1.79 g/cm³, 电阻率12.1 μΩ·m，肖氏硬度49, 样品的性能已符合电火花加工石墨、连铸石墨、烧结模具石墨的使用要求。

本文通过一次焙烧和石墨化制备出了高强高密石墨材料，比目前企业生产同样性能的产品减少了二次浸渍和二次焙烧，能为企业缩短生产周期和减少生产成本，获取更多石墨相关信息联系我们。