低密度高强度炭材料的制备研究摘要：以活化石油焦粉为原料，煤沥青为粘结剂，在不同成型压力和保压时间下制备的生坯样品并焙烧，成功制得高强度炭材料.对样品进行力学性能检测以及SEM，TGDTA,XRD分析，并阐明了活化原料与粘结剂相互作用机理.试验结果表明，随着保压时间和成型压力的增加，生坯体密及焙烧品性能都有所提升.在保压时间为20min,成型压力为200MPa时，焙烧后样品体积密度为1.54g/cm3，抗压强度119MPa,抗折强度61MPa,各项性能均优于未活化石油焦粉原料所制样品.关键词：活化；石油焦粉；高强度；成型压力；保压时间中图分类号：TM242文献标识码：A炭石墨材料具有许多优异的性能，如导热导电性好、耐摩擦性能优异、模量高等[1].其中，高密度高强度炭材料因密度高、强度大、高温耐磨的特性而在国防工业、航空航天、新型能源、工业生产、日常生活等众多领域中显示出重要性和特殊地位[2].—般而言当密度达到1.70g/cm3,抗压强度达到60MPa以上即---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---可认为属于高密高强炭石墨材料的范畴[3].目前，对高密度高强度炭材料的研宄热点层出不穷[4].国内外炭石墨材料领域制备高密高强度炭材料需要多次浸渍与焙烧，工艺复杂，周期长，生产成本高.本研究以活化石油焦粉为原料制备低密度高强炭材料，制备工艺简单，只需一次焙烧，无需浸渍，所制样品密度较低，生产周期仅为常规高密高强炭材料的1/3,大大节约了生产成本.对材料而言，高强度一般对应着高密度，这是材料的固有性质，但密度高，炭材料的膨胀系数一般也会增加，使材料抗热震性能变差[5-6].本研宄制备的低密度高强度炭材料由于具有比较低的密度能更好地应用于温度变化剧烈、热应力大的苛刻场合.为了降低成本，缩短工艺，同时提高性能，本研究从原料、配方、工艺条件等多方面进行探讨，试制比常规高密度高强度炭材料密度低10%,强度高10%的低密高强炭材料.1实验1.1原料实验用主要原料为：A酸，质量分数65%;煆后石油焦，主要性能指标见表1;煤沥青，主要性能指标见---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---表2（其中软化点用环球法测得）.1.2工艺流程样品制备的工艺流程如图1所示.将石油焦粉碎至约12.5um,置于质量分数10%的A酸溶液中（以65%浓度A酸与蒸馏水配制而成）浸泡5h，然后洗漆至pH约等于7，最后烘干.烘干后的细粉干料与破碎后的改质煤沥青进行配料、混捏，并连续乳片3次再粉碎至75ym以下，制成二次料粉.将二次料粉装入16mmX80mmX60mm的钢制模具中，用液压机分别施以100，150，200MPa不同的成型压力，并分别保压5,10,20min制成样品生拯，装炉后按图2升温曲线进行焙烧.1.3测试分析密度测试：镀铬游标卡尺，精确度0.02mm;电子天平，精确度0.001g，以质量除以体积计算密度.抗压强度、抗折强度测试：WE100型液压万能试验机，广州试验仪器厂.肖氏硬度测量：HS19A肖氏硬度计，山东莱州市试验机总厂.SEM:FEIQuanta200环境扫描电子显微镜，美国FEI公司.TGDTA:（SEIKO）TG/DTA7300热重分析仪，日本精工（升温速度10°C/min,1000°C,保温lOmin，气氛：空气）.XRD:D8ADVANCEX射线衍射仪，德国布鲁克公司（Cu革巴ka线，---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---X=0.15418nm,扫描速度，4°/min）.2结果与讨论2.1成型压力对样品性能的影响表3中列出了在不同成型压力和保压时间下各样品的性能.可以看出，在保压时间一定的情况下，生坯的体积密度随着成型压力的增大而增大，当保压时间为20min，成型压力为200MPa时，各项性能指标均为最好，生拯密度达到最大值为1.68g/cm3，焙烧品密度1.54g/cm3.这是因为在二次料粉压制时，随着压力的增加，其“桥架”破坏，拱桥效应消失，颗粒重排，坯料中大量孔隙被填充，压坯密度提高很快（线性增长）.当坯料中孔隙基本填充后，颗粒彼此相切，继续增加压力，粉末体发生弹性和塑性形变，甚至断裂，粉末颗粒逐渐密实，体积密度增大.在分别保压5,10，20min下，成型压力从150MPa增大到200MPa时，生坯体积密度分别增加了1.25%，1.82%和0.60%，而由100MPa增大到1...