[發明專利]一種用發泡劑制備炭泡沫的方法

有效

• 申請號: 201110326185.1
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102502575A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 何星;楊俊和;唐志紅;王現英;趙斌;楊光智;邱漢迅;張慧娟;周正;宣佳倪
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種用發泡劑制備炭泡沫的方法。

背景技術

炭泡沫自上世紀六十年代問世以來，基于其良好的熱穩定性、低密度、低熱膨脹、高抗熱沖擊和振動等性能，成為軍民兩用的新材料，備受重視且發展迅速。尤其是隨著控制炭泡沫結構水平的不斷提高以及各種新型制備工藝的不斷出現，炭泡沫的應用領域和應用范圍也得到持續擴展。目前其應用已遍及環保、節能、化工、冶煉、制藥、核能和生物醫學等多個工業領域。

常見的炭泡沫制備方法是以中間相瀝青為原料，采用高溫產生壓力的方法制備。炭泡沫結構是由中間的氣泡孔與周圍規則排列的石墨片層韌帶構成，由于中間相瀝青在熔融狀態下進行發泡，不但能耗高，成本高，而且發泡過程如何控制溫度場和壓力是制備孔徑均勻炭泡沫的關鍵所在。而石墨微晶的排布方式與宏觀的結構形式決定了中間相瀝青基炭泡沫具有低密度、高導熱/導電、低的熱膨脹系數等性能。在條帶狀的石墨片層韌帶結構處石墨微晶平行排列，可呈現很好的定向性；重力的作用會使炭泡沫的石墨微晶結構、力學性能以及微波吸收性能沿垂直和平行于重力方向具有各向異性，同時也導致了炭泡沫密度的不均勻。尤其在結點處石墨微晶排列不規整，呈多向性。并且這些結構中間也存在較多的裂紋，從而導致炭泡沫的強度較低。有研究采用加入納米炭纖維與中間相炭微球的方法來提高炭泡沫強度，雖然提高了炭泡沫的強度，但是也破壞了石磨微晶的連續性從而降低了炭泡沫的熱性能。所以目前急需一種工藝簡單、對環境友好、可控的制備炭泡沫的方法，使炭泡沫達到滿意的氣孔率，且能較好地控制孔徑及其分布、形狀、三維排列等。

發明內容

本發明公開了一種用發泡劑制備炭泡沫的方法，其目的在于克服現有技術如高溫自發泡法制備過程所需的高能耗，高成本、制備出的炭泡沫強度低、微觀結構不易調整等問題。采用本發明方法制備的炭泡沫，可在無外加壓力下起泡；顯著優于傳統方法中采用高溫產生壓力的制備方法。省去制備炭泡沫工藝中的加熱加壓工藝，不僅節約能耗與成本，而且采用的發泡劑對環境無污染。

一種用發泡劑制備炭泡沫的方法，其特征在于制備步驟如下：

(1)發泡劑與去離子水以1∶100～4∶5的重量比混合，室溫下球磨攪拌至天然化合物完全溶解；

(2)在步驟(1)得到的溶液中加入1～100g/100ml的具有自燒結能力的炭粉末，并攪拌至均勻漿料；

(3)將步驟(2)中得到的均勻漿料以攪拌方式發泡，制得濕態炭泡沫；

(4)將步驟(3)中得到的濕態炭泡沫舀至模具中，在-25～100℃的烘箱中脫除水分得到坯體炭泡沫；

(5)將步驟(4)中得到的坯體炭泡沫置于氧化爐中，在空氣中以0.1～5℃/min的升溫速率升溫至200～300℃，并在此溫度下恒溫1～10小時進行氧化處理；

(6)將步驟(5)中氧化處理過的坯體炭泡沫置于炭化爐中，在氮氣保護下以3～100℃/min的升溫速率升溫到800～1500℃，并在此溫度下保持0.1～10小時進行炭化處理得到炭泡沫；

(7)將步驟(6)中得到的炭泡沫在氬氣保護下以10～50℃/min速率升溫到2300～3000℃，保溫1～5小時進行石墨化后得到高度石墨化的炭泡沫材料。

步驟(1)中所述的發泡劑為膠原蛋白質、蛋清蛋白質或乳清蛋白質中的任意一種。

步驟(2)中所述的具有自燒結能力的炭粉末包括煤瀝青、石油延遲焦、硬瀝青、中間相瀝青中的任意一種。

本發明的優點在于：

1.本發明采用對環境友好的天然化合物為發泡劑，工藝流程無需加壓，因此所需設備簡單，制造成本低，利于本發明的大規模應用。

2.本發明解決的傳統炭泡沫制備技術不容易調控微觀結構的問題。通過選用不同的天然化合物及其用量，產品具有孔隙率可控調節、孔徑可控調節。另外經過干燥脫模的坯體炭泡沫在氧化、碳化和石墨化過程中不會產生變形，避免傳統炭泡沫的密度不均勻。

3.本發明所產生泡沫炭由粉末堆積而成，具有極低的導熱系數和熱導率。

具體實施方式

以下用實施例對本發明技術內容作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似方法及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。

實施例1