Способ получения высокоплотного графита

 

Использование: для изготовления искусственных высокоплотных графитов, предназначенных для использования в качестве конструкционных материалов в различных областях техники. Сущность изобретения: способ получения высокоплотного графита состоит в том, что измельченный углеродный материал (графитовая крошка, кокс, природный графит, резаное волокно и т.д.) подвергают прессованию, полученную заготовку помещают в обойму из углепластика и подвергают обжигу в атмосфере углеродсодержащего газа. Способ обеспечивает получение материала с высокими физико-механическими свойствами по простой технологии при низких временных и энергетических затратах.

Изобретение относится к области изготовления искусственного графита с высокой плотностью. Высокоплотный графит используется в качестве конструкционного материала в различных областях техники.

Известны способы получения высокоплотных графитов [1-2] включающие смешение двух видов углеродного материала углеродного порошка и связующего, формование заготовки, обжиг и графитизацию.

Недостатки известных способов сложность технологического процесса, большая продолжительность, невысокие прочностные свойства полученного материала.

Предлагаемый способ позволяет получать высокоплотный графит с высокими физико-механическими показателями по упрощенной технологии.

Сущность изобретения состоит в том, что заготовку из углеродных материалов помещают в обойму из углепластика, подвергают обжигу в атмосфере углеродсодержащего газа и графитируют. В качестве углеродных материалов могут быть использованы графитовый порошок, измельченный кокс, природный графит, резаное углеродное волокно, различные виды пеков, смолы и т.д.

Обойма из углепластика представляет собой цилиндр с толщиной стенки 1-2 мм, изготовленный из углеродного волокнистого наполнителя и полимерного связующего. При нагревании сборки (цилиндр с помещенной в него заготовкой) происходит карбонизация углепластика с образованием пористой оболочки, которая препятствует деформации помещенной вовнутрь заготовки. С другой стороны, эта пористая оболочка прозрачна для газов, проникающих в поры заготовок.

Уплотнение заготовки предложенным способом не требует определенного режима нагрева, осуществляется без коксовой засыпки не требует определенных условий по установке обойм (контейнеров) в печь, определенного давления входа и выхода газов, сокращает продолжительность процесса от сотен до десятков часов.

Предлагаемый способ позволяет получать графит с плотностью 1,8-2,0 г/см³ и прочностью на изгиб 500 кгс/см². Предлагаемый процесс отличается простотой технологического и аппаратурного оформления, требует значительно меньше энергетических и временных затрат на изготовление изделий.

П р и м е р 1. Углеродный порошок (графитовая крошка) с размером частиц 100 мкм прессуют под давлением 10 кгс/см². В качестве связующего используют каменноугольный пек в количестве 20% от веса порошка.

Полученную прессованную заготовку D 100 мм, h 160 мм помещают в обойму из углепластика, а затем в печь. Обжиг заготовки проводят в атмосфере метана при Т950^оС в течение 24 ч. Скорость подачи метана 5 л/мин.

После обжига заготовку подвергают графитизации при 2800^оС в течение 1 ч. Полученный материал имеет плотность 1,90 г/см³ и σ_изг= 500 кгс/см².

П р и м е р 2. Углеродный порошок (графитовая крошка) с размером частиц 100 мкм засыпают в обойму из углепластика D 100 мм, h 160 мм.

Полученную заготовку помещают в печь и подвергают обжигу в атмосфере метана при 950^оС в течение 24 ч при скорости подачи метана 5 л/мин.

После обжига заготовку графитируют при 2800^оС в течение 1 ч. Полученный материал имеет плотность 1,95 г/см³ и σ_изг=500 кгс/см².

П р и м е р 3. Заготовку формуют и устанавливают в печь в обойме из углепластика, как в примере 1. Обжиг заготовки проводят при 900-950^оС в атмосфере смеси углеводородов метан-пропан-толуол при концентрации 75, 20 и 5% соответственно при скорости подачи смеси 5 л/мин в течение 16 ч. После обжига заготовку подвергают графитизации при 2800^оС в течение 1 ч. Полученный материал имеет плотность 1,9 г/см³, σ 500 кгс/см².

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только снизить степень изменения физико-механических характеристик, но и достичь почти теоретических значений плотности графита, полученного по упрощенной технологии.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить конструкционный материал, обладающий высокими физико-механическими характеристиками, что обеспечит широкое использование его в различных областях техники.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНОГО ГРАФИТА, включающий формование заготовки из углеродных материалов, обжиг в контейнере в атмосфере углеродсодержащего газа и графитизацию, отличающийся тем, что обжиг заготовки проводят в обойме из углепластика.