高密度石墨增密工藝及機(jī)理的研究.pdf

1、本文以石油焦坯體、中溫瀝青為基本原料，采用多次浸漬焙燒的工藝，制備出了高密度石墨。借助熱重-差熱分析(TG-DSC)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等測試方法分析比較了各個增密工序?qū)χ苽涓呙芏仁挠绊懀瑫r探討了它們影響制品性能的內(nèi)在機(jī)理。
　　 實驗證明，石油焦在氮氣保護(hù)氣氛下焙燒能有效提高坯體的結(jié)焦量。200℃之前，石油焦坯體物化性質(zhì)變化不大，只是軟化、熱分解等行為引起的坯體輕微膨

2、脹;200～600℃之間，坯體內(nèi)部各種反應(yīng)進(jìn)行的最為劇烈，體積收縮的也最大;600℃之后，坯體結(jié)焦完成，體積基本無變化，并基于石油焦TG-DSC曲線及體積收縮隨溫度變化的規(guī)律制定了石油焦的焙燒曲線。
　　 通過對焙燒前后的石油焦進(jìn)行元素分析及紅外光譜測試，發(fā)現(xiàn)焙燒后石油焦碳元素的百分含量提升，而氫元素、氧元素以及硫等雜質(zhì)元素的百分含量減少;石油焦的-OH基、C=O基等基團(tuán)減少，而-C≡C-H基大量出現(xiàn)，因而可以推知，焙燒后的坯體

3、基本形成了簡單的炭網(wǎng)結(jié)構(gòu)。同時，石油焦宏觀方面表現(xiàn)為坯體體積收縮，強(qiáng)度提高，但由于氣體排出形成的微孔及裂紋，氣孔率增加，密度略有下降。
　　 分析浸漬原理可知浸漬的效果與浸漬劑本身的性能、浸漬工藝參數(shù)密切相關(guān)，而浸漬工藝參數(shù)又影響著浸漬劑的性能。本文利用正交實驗法快速有效的確定了浸漬工藝中三個重要參數(shù)的最優(yōu)值—浸漬溫度200℃，加壓1.5MPa，保壓60min，試驗結(jié)果還表明浸漬溫度、壓力、保壓時間對浸漬效果影響的能力逐漸減弱。

4、
　　 中溫瀝青的TG-DSC曲線表明其熱性能與石油焦相似，故多次焙燒曲線也應(yīng)與石油焦的焙燒曲線類似，但不同的是其升溫速率略有提高，最高溫度略低。通過多次浸漬焙燒，坯體的致密性、機(jī)械強(qiáng)度等性能逐漸提高，但是浸漬焙燒到一定次數(shù)后，樣品性能提高的幅度逐漸減小，得到的實驗結(jié)果表明四焙三浸是最優(yōu)次數(shù)。
　　 根據(jù)石墨化過程的機(jī)理制定了石墨化曲線，將最高溫度設(shè)為2400℃，并通過熱力學(xué)中的吉布斯函數(shù)驗證了石油焦在2400℃保溫其石

5、墨化過程能自發(fā)進(jìn)行。對石墨化后的樣品進(jìn)行能譜分析、電鏡掃描、紅外光譜測試發(fā)現(xiàn)其元素含量、結(jié)構(gòu)等發(fā)生了明顯改變:碳元素含量進(jìn)一步提高，硫等雜質(zhì)元素基本被排除干凈，樣品得到純化;樣品的表面變得更加致密，顆粒更加細(xì)化，氣孔也有所減少;石墨化后的坯體苯環(huán)及-C≡C-鍵增多，因此坯體結(jié)構(gòu)由雜亂的無序二維結(jié)構(gòu)已經(jīng)大部分轉(zhuǎn)為有序的三維石墨結(jié)構(gòu)。測試樣品的物理機(jī)械性能表明隨著浸漬焙燒次數(shù)的增加，石墨化后的樣品致密度及機(jī)械強(qiáng)度逐漸增加，四焙三浸的樣品其體