[發(fā)明專(zhuān)利]一種高強(qiáng)高密炭素材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011401415.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112441835A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹勇軍;李福生;張錫強(qiáng);喻維杰;趙常;代學(xué)志
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 拓米（成都）應(yīng)用技術(shù)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/532
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/532;C04B35/52;C04B35/622
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 劉世權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了高強(qiáng)高密炭素材料及其制備方法和應(yīng)用，制備方法包括以下步驟：S1：將具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉和中間相炭微球中的至少一種與酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑混合得到混合材料并將混合材料粉碎得到混合粉料；S2：將所述混合粉料通過(guò)模壓成型和/或等靜壓成型壓制得到塊狀坯體；S3：將所述塊狀坯體在隔絕空氣的條件下進(jìn)行炭化石墨化燒結(jié)處理得到所述高強(qiáng)高密炭素材料。高強(qiáng)高密炭素材料由上述制備方法制得，該高強(qiáng)高密炭素材料能夠應(yīng)用在玻璃熱彎模具、連續(xù)鑄造模具、電火花電極或太陽(yáng)能用多晶硅生長(zhǎng)中。本發(fā)明不需要再進(jìn)行浸漬處理且僅通過(guò)一次性燒結(jié)即可獲得具有良好力學(xué)性能且能夠應(yīng)用于3D玻璃熱彎模具等領(lǐng)域中的炭素材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨模具制備的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種可以用于3D蓋板玻璃熱彎成型用的高強(qiáng)高密炭素材料及其制備方法，該材料也可以應(yīng)用于電火花電極及半導(dǎo)體器件制程等應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的石墨模具的制備主要采用石墨焦、瀝青焦、針狀焦或天然/人造石墨以及包含具有粘結(jié)作用的有機(jī)樹(shù)脂材料、各種軟化溫度的瀝青材料等。為了追求石墨材料的高密度、高強(qiáng)度，通常情況在原始胚體成型碳化后還經(jīng)過(guò)多次的浸漬/焙燒后再進(jìn)行石墨化處理，如進(jìn)行兩浸三焙等方式，多次的浸漬焙燒不僅耗費(fèi)大量的能源，同時(shí)使得產(chǎn)品的制造周期變得非常漫長(zhǎng)，一般情況下每一批石墨材料的生產(chǎn)周期長(zhǎng)達(dá)半年以上，其產(chǎn)品轉(zhuǎn)換及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)變得異常緩慢，這也間接阻礙了高端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

簡(jiǎn)言之，石墨模具材料的生產(chǎn)可以歸納為兩種方式，其一是采用黏結(jié)劑進(jìn)行成型燒結(jié)；其二是所謂的無(wú)黏結(jié)劑的自燒結(jié)成型，典型的實(shí)踐為以中間相炭微球(MCMB)作為主要原材料進(jìn)行石墨材料的生產(chǎn)。中間相炭微球由于具有自粘性，且其中的揮發(fā)份相比于瀝青等黏結(jié)劑而言減少很多，故在實(shí)際燒結(jié)的過(guò)程中可以進(jìn)一步改善或降低揮發(fā)份造成的產(chǎn)品開(kāi)裂。但是，其相比于實(shí)際的玻璃熱彎用石墨模具的硬度及抗折強(qiáng)度仍然偏低，從而限制了石墨模具在3D蓋板玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種不需要再進(jìn)行浸漬處理且僅通過(guò)一次性燒結(jié)即可獲得具有良好力學(xué)性能的炭素材料的制備方法并制得相應(yīng)的高強(qiáng)高密炭素材料。

為此，本發(fā)明的一方面提供了高強(qiáng)高密炭素材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1：將具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉和中間相炭微球中的至少一種與酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑混合得到混合材料并將混合材料粉碎得到混合粉料；

S2：將所述混合粉料通過(guò)模壓成型和/或等靜壓成型壓制得到塊狀坯體；

S3：將所述塊狀坯體在隔絕空氣的條件下進(jìn)行炭化石墨化燒結(jié)處理得到所述高強(qiáng)高密炭素材料。

進(jìn)一步地，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球中的揮發(fā)份含量≤14wt％、β樹(shù)脂含量為2.1～10wt％、灰分含量≤0.3wt％，所述具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球的中位徑D50為3～50μm。

進(jìn)一步地，所述酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑為熱固性酚醛樹(shù)脂、熱塑性酚醛樹(shù)脂或水溶性酚醛樹(shù)脂，其中，所述水溶性酚醛樹(shù)脂在使用前采用水進(jìn)行稀釋溶解，所述熱固性酚醛樹(shù)脂在使用前采用有機(jī)溶劑進(jìn)行稀釋溶解，其中，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑中的固含量≥75wt％、殘?zhí)悸省?0％、游離酚含量≤6wt％。

進(jìn)一步地，所述混合粉料為經(jīng)粉碎處理后形成的二次造粒材料，且所述混合粉料的粒度通過(guò)100目～800目的網(wǎng)篩進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，在步驟S1中，所述混合為在熱環(huán)境下或?qū)λ龌旌喜牧线M(jìn)行加熱的混捏處理，控制最高加熱溫度為90～135℃，其中，所述具有自粘性的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球?yàn)榻?jīng)過(guò)預(yù)氧化預(yù)處理或未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的石油焦粉、瀝青焦粉或中間相炭微球，所述預(yù)氧化預(yù)處理的溫度為200～300℃。