[發明專利]天然石墨自凝固成型的方法

無效

• 申請號: 201010136900.0
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101774210A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 趙國剛;張海軍
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技學院
• 主分類號: B28B1/14
• 分類號: B28B1/14;B28B13/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及石墨成型的方法。

背景技術

天然石墨屬稀有非金屬礦物材料之一，具有良好的導電、導熱、潤滑、耐火及化學穩定性。由于石墨具有上述的特殊性能，所以在冶金、機械、石油、化工、核工業、國防等領域得到廣泛的應用。其主要用途為大體分為以下六類：一、耐火材料：在冶煉工業中，用石墨制造石墨坩堝、作鋼錠的保護劑、作冶煉爐內襯的鎂碳磚；二、導電材料：在電器工業中，廣泛采用石墨作電極、電刷、電棒、碳管以及電視機顯像管的涂料等；三、耐磨材料和潤滑劑：在許多機械設備中，用石墨作耐磨和潤滑材料，可以在-200℃～2000℃溫度范圍內以l00m/s的速度滑動；四、密封材料：用柔性石墨作離心泵、水輪機、汽輪機和輸送腐蝕介質的設備的活塞環墊圈、密封圈等；五、耐腐蝕材料：用石墨制作器皿、管道和設備，可耐各種腐蝕性氣體和液體的腐蝕，廣泛用于石油、化工、濕法冶金等部門；六、隔熱、耐高溫、防輻射材料：石墨可作為核反應堆中中子減速劑以及火箭的噴嘴、導彈的鼻錐、宇航設備零件、隔熱材料、防射線材料等。現有的石墨成型的方法有以下兩種：一、石墨熱壓成型：是以高純石墨粉加入樹脂等原料，經加熱加壓，得到成型的石墨，熱壓的溫度通常為2500℃～3000℃，壓力≥20MPa，石墨熱壓成型條件苛刻、成本高、產品形狀及尺寸受熱壓爐大小所控制，另外熱壓成型后要根據實際應用工件尺寸、形狀進行機械車削，又進一步增加了成本，從而限制了石墨材料的應用范圍；二、石墨冷成型：是把天然磷片石墨通過機械力擠壓或粘結劑混捏形成一定型狀，然后根據工況的要求對成型的石墨塊體進行碳化及石墨化處理。石墨冷成型所需機械力≥30Mpa時才表現出良好的機械性能，并且容易因外力不均勻而產生裂紋、抗彎強度≤10MPa，韌性低，從而限制其應用。

發明內容

本發明是為了解決現有的石墨熱壓成型方法的條件苛刻、產品形狀及尺寸受熱壓爐大小所控制、需要進行二次切削加工、成本高及冷成型方法的易產生裂紋、韌性低的問題，而提供天然石墨自凝固成型的方法。

本發明的天然石墨自凝固成型的方法，按以下步驟進行：一、根據石墨工件的尺寸及形狀設計加工加料口可以密封的塑料模具；二、按質量比為天然石墨：硅溶膠：苯酚：質量濃度為35%～37%的甲醛：碳酸鈉：水=50～70：4～7：8～12：14～20：4～7：8～20，將天然石墨、硅溶膠、苯酚、質量濃度為35%～37%的甲醛、碳酸鈉和水混合均勻，倒入經步驟一制備的模具中，封閉加料口；三、將經步驟二處理的模具放在溫度為50℃～75℃的恒溫箱內保持1.5h～2.5h，然后去除模具，得到固化成型的石墨件；四、將經步驟三得到的固化成型的石墨件放入石墨化爐中，在氮氣保護下，以2℃/min～5℃/min的速率升溫至900℃～1100℃后保持1.5h～2.5h，得到碳化的石墨件；五、將經步驟四得到的碳化的石墨件進行封孔處理，得到石墨工件。

步驟五中所述的封孔處理是這樣進行的：a、把碳化后的石墨件放入溫度150℃～160℃的保溫箱內保持2h～4h；b、把經步驟a處理的石墨件浸沒于裝有中溫瀝青的高壓浸漬釜內，在溫度為150℃～180℃、壓力為2?MPa～5MPa的條件下保持2h～4h；c、將經步驟b?處理的石墨件在溫室放置24h～48h；d、將經步驟c處理的石墨件放入石墨化爐中，在氮氣保護下，以2℃/min～5℃/min的速率升溫至900℃～1100℃后保持1.5h～2.5h；e、將經步驟?d處理的石墨件降溫至150℃～180℃時，浸沒于裝有中溫瀝青的高壓浸漬釜內，在溫度為150℃～180℃、壓力為2?MPa～5MPa的條件下保持2h～4h；f、將經步驟e?處理的石墨件在溫室放置24h～48h；g、將經步驟f處理的石墨件放入石墨化爐中，在氮氣保護下，以2℃/min～5℃/min的速率升溫至900℃～1100℃后保持1.5h～2.5h，完成封孔處理。

本發明采用溶液法使磷片狀天然石墨在高分子溶液中一次成型，通過設計不同的模具尺寸及形狀，天然石墨可形成任意大小及形狀的復雜石墨工件，整個過程在常壓下進行，條件溫和，不需要大型的壓力機或等靜壓設備，用普通的塑料模具代替造價較高的特種鋼模具，形成的石墨工件的尺寸及形狀由塑料模具控制，操作靈活，不需二次車削，使制備成本大大降低；根據參數的不同可設計出不同強度及孔隙率的石墨工件產品，抗彎強度為26MPa～30MPa，孔隙率為1%～5%；石墨工件的制備過程沒有經過擠壓過程，石墨工件沒有裂紋，材料均勻，韌性高。本發明的方法可用于制備耐火材料、導電材料、耐磨材料和潤滑劑、密封材料、耐腐蝕材料以及隔熱、耐高溫、防輻射材料，應用于核工業、航空等前沿部門及普通工業領域。