用天然微晶石墨制备各向同性石墨的研究

论文摘要

为满足新技术高速发展的要求，性能优异的各向同性石墨材料在半导体制备、核能、电火花加工等领域得到广泛应用。我国对于各向同性石墨有巨大的需求，但国内各向同性石墨生产起步较晚，产品质量与欧美日等发达国家有较大差距。为解决这一状况，本文致力于寻找一种适合我国的各向同性石墨的原料和制备技术。本文对比研究了微晶石墨、鳞片石墨、二次焦和石油焦作为骨料制备各向同性石墨材料的性能，发现以微晶石墨为骨料，模压成型可以得到各向同性度1.10左右的近各向同性石墨材料，这一数据远优于鳞片石墨、石油焦及二次焦相同工艺制备的样品。除此之外，微晶石墨作为骨料制备的各向同性石墨材料还具有很高的石墨化度，以及良好的力学性能。文章通过试验探索了一种混合骨料与粘结剂的新方法——沥青溶液包覆法。这种方法可以降低混合时系统的粘度，从而使粘结剂与骨料混合的更加均匀。这种方法在一定程度上解决了细颗粒骨料与粘结剂均匀混和的问题。文章探讨了微晶石墨等静压制备各向同性石墨的工艺。研究发现骨料粒度配比（级配）对于样品体积密度有较大影响，在大颗粒骨料中加入少量小颗粒骨料填充缝隙可以有效提高石墨的体积密度；成型时粘结剂沥青的含量增加使样品的抗折强度先增加后减小，在试验的条件下，骨料与粘结剂的比例为10:4时样品的抗折强度最大达到25.6MPa；浸渍处理可以明显改善样品的体积密度及力学性能，随浸渍次数的增多，样品的体积密度及抗折强度明显增加；石墨化的温度影响粘结剂沥青的结晶度，石墨化温度越高，粘结剂沥青的结晶度越高，样品强度越低。另外，骨料性质和成型方法对各向同性度影响较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 天然石墨
• 1.3 各向同性石墨
• 1.4 各向同性石墨制备的工艺流程
• 1.4.1 骨料
• 1.4.2 粘结剂
• 1.4.3 级配
• 1.4.4 混捏
• 1.4.5 成型
• 1.4.6 焙烧与浸渍
• 1.4.7 石墨化
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 实验材料与实验方法
• 2.1 试验所用骨料及粘结剂
• 2.2 样品制备
• 2.3 各向同性石墨性能表征方法
• 2.3.1 体积密度
• 2.3.2 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.4 热膨胀系数及各向同性度
• 2.3.5 抗折强度
• 第3章 各向同性石墨骨料的选择
• 3.1 引言
• 3.2 骨料及制备工艺
• 3.2.1 骨料种类及性质表征
• 3.2.2 样品制备
• 3.3 样品性能表征及分析
• 3.3.1 样品的体积密度及制备过程中的尺寸变化
• 3.3.2 样品晶体结构分析
• 3.3.3 样品物理性能及各向同性度
• 3.4 小结
• 第4章 溶液包覆法混合骨料及粘结剂的研究
• 4.1 引言
• 4.2 沥青溶剂的选择
• 4.2.1 沥青的热失重分析
• 4.2.2 溶剂对沥青的溶解能力
• 4.3 溶液包覆实验
• 4.3.1 溶液包覆法的工艺
• 4.3.2 溶液包覆实验
• 4.3.3 沥青溶液包覆法制备碳材料的研究
• 4.4 小结
• 第5章 工艺条件对微晶石墨制备的各向同性石墨性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 颗粒配比对各向同性石墨体积密度的影响
• 5.3 粘结剂含量对石墨样品性能的影响
• 5.4 浸渍对各向同性石墨性能的影响
• 5.5 石墨化温度对各向同性石墨性能的影响
• 5.6 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果