沥青改性MCMB的制备及其石墨材料结构与性能的研究

摘要

等静压石墨具有高密度、高强度、各向同性、热稳定性等优良的特性，广泛应用于电火花加工、半导体、太阳能等行业中。中间相炭微球（MCMB）具有良好的自烧结能力以及低挥发分的特性。经过冷等静压成型就可以制出致密的生坯，热处理的过程中，MCMB小球体均匀收缩并相互粘结，形成高强度、高密度、各向同性的石墨材料。沥青作为生产石墨材料的常用粘结剂，在热处理的过程中会逐渐分解并炭化，同时把四周的焦炭颗粒牢固地连接在一起。本文以自烧结性较差的中间相炭微球（MCMB）为基体，沥青为粘结剂，四氢呋喃作为溶剂，采用溶液混合法对MCMB进行改性并以沥青改性的MCMB制备等静压石墨材料。
　　首先研究了沥青改性对 MCMB结构以及炭化过程中失重的影响。结果表明，经过沥青改性的 MCMB小球体表面粘附着一些沥青，随着沥青含量的增加， MCMB小球体表面粘附的沥青越来越多，沥青改性的 MCMB的中位径（D50）逐渐增大。在炭化过程中，随着热处理温度的升高，试样体积呈现先膨胀后收缩的趋势，未改性MCMB和不同沥青改性的MCMB都存在两个失重峰。未改性MCMB的第一个失重峰出现在520℃左右，而经过沥青改性的 MCMB的第一个失重峰向低温区偏移，大致在390℃。第二个失重峰都出现在780℃左右。
　　其次研究了粘结剂种类和含量对石墨材料结构和性能的影响。结果表明，随着中温沥青（MS）含量的增加，MCMB基石墨材料的力学性能和体积密度都是先增大后减小。在MS含量为18 wt％时达到最大值，弯曲强度为62.6 MPa，肖氏硬度为55.9 HS，体积密度为1.96 g/cm3。随着改质沥青（MP）含量的增加，MCMB基石墨材料的力学性能和体积密度都逐渐增大，适当提高 MP含量可进一步提升其体积密度和力学性能。
　　最后研究了成型压力对石墨材料结构和性能的影响。结果表明，随着成型压力的增加，石墨材料的气孔尺寸明显减小，材料结构更加的均匀密实。石墨材料的气孔随着成型压力的增大而减小。在较低的成型压力（100 MPa、125 MPa）下制备的石墨材料内部结构疏松，存在较多尺寸较大的气孔。当压力达到或超过175 MPa时，材料中气孔尺寸明显减小且分布均匀。MCMB基石墨材料的体积密度和弯曲强度随着成型压力的增加而增大。在成型压力为200 MPa时，体积密度为2.01 g/cm3，弯曲强度为52.6 MPa，成型压力的大小对石墨材料的肖氏硬度影响不大，肖氏硬度范围在53~55 HS。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 MCMB的发展及研究现状

1.3 MCMB的表面改性

1.4 炭/石墨材料的特性与应用

1.5 等静压石墨的应用与发展

1.6 MCMB制备高强高密炭/石墨材料的研究

1.7 课题来源和主要研究内容

第2章 实验

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 制备工艺

2.4 粉料理化指标的测定

2.5 炭/石墨材料的性能测定

2.6结构表征

第3章 沥青改性MCMB的制备及炭化过程中试样体积变化的研究

3.1制备工艺

3.2 MCMB改性前后的粒度变化

3.3 MCMB改性前后的表面形貌

3.4 热失重行为分析

3.5 MS改性MCMB对炭化试样的失重率和收缩率的影响

3.6 试样炭化过程中体积的动态变化

3.7 本章小结

第4章 沥青种类和含量对石墨材料结构和性能的影响

4.1 制备工艺

4.2 沥青种类和含量对石墨材料结构的影响

4.3 沥青种类和含量对石墨体积密度的影响

4.4 沥青种类和含量对石墨材料力学性能的影响

4.5 沥青种类和含量对石墨化度的影响

4.6 沥青种类和含量对石墨电阻率的影响

4.7 本章小结

第5章 成型压力对石墨材料结构和性能的影响

5.1 制备工艺

5.2成型压力对石墨材料结构的影响

5.3成型压力对石墨材料体积密度的影响

5.4成型压力对石墨材料力学性能的影响

5.5成型压力对石墨材料石墨化度的影响

5.6成型压力对石墨材料电阻率的影响

5.7 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的主要科研项目

致谢