RU2035395C1

RU2035395C1 - Method for production of fine-grained graphitized material

Info

Publication number: RU2035395C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Аверина; Н.В. Липкина; Б.Г. Остронов; В.С. Островский; А.М. Петров; Н.Н. Хамцова
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: production of graphitized materials. SUBSTANCE: filler is constituted by burnt pyrolitic coke ground to a grain size under 40 microns, and binder is a high- temperature coal-tar pitch with a softening temperature of 135-150 C. The components are taken in a ratio of 65-72% of coke and 35-28% of coal-tar pitch. The mass is mixed at 250-280 C and the coal-tar composition is milled to a grain size less than 250 microns. After milling, particles larger than 100 microns are removed from molding powder and the blanks are molded at room temperature, burnt and graphitized. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к производству материалов на основе графита, а именно к технологии мелко- и тонкозернистых графитированных материалов. The invention relates to the production of materials based on graphite, and in particular to the technology of fine and fine-grained graphite materials.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения графитированного материала из прокаленного нефтяного пиролизного кокса в качестве наполнителя и высокотемпературного каменноугольного пека в качестве связующего [1] Известный способ включает следующую совокупность операций. The closest in technical essence is a method of producing graphite material from calcined petroleum pyrolysis coke as a filler and high-temperature coal tar pitch as a binder [1] The known method includes the following set of operations.

Прокаленный нефтяной кокс и каменноугольный пек раздельно дробят до размеров частиц 1-2 мм, дозируют в соотношении 65:35% и подвергают совместному вибропомолу в вибромельнице в течение 45 мин. При достаточном охлаждении вибромельницы и при оптимальной загрузке не менее 95% порошка проходит через сито с отверстиями 0,09 мм. The calcined petroleum coke and coal tar pitch are separately crushed to a particle size of 1-2 mm, dosed in a ratio of 65: 35% and subjected to a joint vibration grinding in a vibrating mill for 45 minutes. With sufficient cooling of the vibrating mill and with optimal loading, at least 95% of the powder passes through a sieve with openings of 0.09 mm.

Полученную шихту прессуют в пресс-форме без ее обогрева, затем обжигают и графитируют. The resulting mixture is pressed into a mold without heating it, then calcined and graphitized.

Для полупроводниковой техники свойства полученного материала являются недостаточными. Вследствие особенностей совместного вибропомола в шихте содержится до 5% (по массе) частиц неконтролируемого размера, которые вызывают нарушение однородности материала и, как следствие, невысокие прочностные характеристики. For semiconductor technology, the properties of the resulting material are insufficient. Due to the peculiarities of the joint vibration mill, the mixture contains up to 5% (by weight) of particles of uncontrolled size, which cause a violation of the homogeneity of the material and, as a result, low strength characteristics.

Целью изобретения является повышение плотности и прочности получаемого материала и повышение однородности его структуры. The aim of the invention is to increase the density and strength of the resulting material and increase the uniformity of its structure.

Цель достигается тем, что в качестве наполнителя используют прокаленный нефтяной кокс, размолотый до размера зерна менее 40 мкм, а в качестве связующего высокотемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 135-150^оС (по ГОСТ 1038-75), компоненты берут в соотношении: кокс 65-72% пек 35-28% массу смешивают при температуре 250-280^оС, а размол коксопековой композиции осуществляют до размера зерна менее 150 мкм.The object is achieved in that the filler used as calcined petroleum coke, ground to a particle size less than 40 microns, and as a binder a high-temperature coal tar pitch with a softening point ^of 135-150 C (GOST 1038-75), components are taken in the ratio coke 65-72% pitch 35-28% of the mass is mixed at a temperature of 250-280 ^about C, and the grinding of the coke pitch composition is carried out to a grain size of less than 150 microns.

Использование в качестве наполнителя прокаленного кокса в виде фракции с размером зерна менее 40 мкм обеспечивает тонкозернистую структуру материала. Применение высокотемпературного пека в качестве связующего обеспечивает при оптимальном его содержании получение материала высокой плотности и прочности. Размол коксопековой композиции до размера зерна менее 150 мкм обеспечивает формирование однородных свойств материала. Поры в материале имеют поперечник менее 50 мкм. The use of calcined coke as a filler in the form of a fraction with a grain size of less than 40 microns provides a fine-grained structure of the material. The use of high-temperature pitch as a binder provides, with its optimal content, obtaining a material of high density and strength. Grinding the coke-pitch composition to a grain size of less than 150 microns ensures the formation of homogeneous material properties. The pores in the material have a diameter of less than 50 microns.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

П р и м е р 1. Прокаленный нефтяной пиролизный кокс измельчали до фракции менее 40 мкм. Распределение частиц по размерам следующее. PRI me R 1. Calcined petroleum pyrolysis coke was ground to a fraction of less than 40 microns. The particle size distribution is as follows.

Размер частиц, мкм: 0-5; 5-11; 11-22; 22-34; 34-55; 55-87; 87-109, более 109
при соответствующем количестве частиц, 4,1; 38,3; 51,2; 5,3; 0,7; 0,3; 0,1.Particle Size, microns: 0-5; 5-11; 11-22; 22-34; 34-55; 55-87; 87-109, more than 109
with the appropriate number of particles, 4.1; 38.3; 51.2; 5.3; 0.7; 0.3; 0.1.

Высокотемпературный каменноугольный пек с температурой размягчения 137^оС измельчали до размера частиц менее 1 мм. Измельченный кокс загружали в смесительную машину и нагревали до температуры 180^оС, после чего добавляли пек в количестве 27% от массы коксопековой композиции, включали двигатель смесительных лопастей и продолжали нагрев композиции при перемешивании до температуры 270^оС. По достижении конечной температуры (270^оС) смешение продолжали в течение 30 мин. Полученную коксопековую массу выгрузили из смесительной машины, охлаждали до комнатной температуры и дробили до размера гранул менее 10 мм, а затем измельчали до размера зерна менее 150 мкм. Формование заготовок из полученного пресс-порошка производили в холодную пресс-форму при удельном давлении 60 МПа. Полученные заготовки обжигали в коксовой засыпке при температуре 1200^оС, затем графитировали.The high-temperature coal tar pitch with a softening point of 137 ^{° C} was ground to a particle size of less than 1 mm. The crushed coke is charged to a kneader and heated to a temperature of ¹⁸⁰ ° C, followed by addition of pitch in an amount of 27% by weight koksopekovoy composition comprising mixing paddles engine and continued heating of the composition with stirring to 270 ^C. After reaching the final temperature ^(about 270 C) mixing was continued for 30 minutes The obtained coke pitch mass was unloaded from the mixing machine, cooled to room temperature and crushed to a granule size of less than 10 mm, and then crushed to a grain size of less than 150 microns. The preforms were formed from the obtained press powder into a cold mold at a specific pressure of 60 MPa. The obtained preform was fired in a coke filling at 1200 ^C. and then graphitized.

П р и м е р 2. Выполнен в соответствии с примером 1, но отличается тем, что содержание пека в композиции составляет 28%
П р и м е р 3. Выполнен в соответствии с примером 1, но отличается тем, что содержание пека в композиции составляет 32%
П р и м е р 4. Выполнен в соответствии с примером 1, но отличается тем, что содержание пека в композиции составляет 35%
П р и м е р 5. Выполнен в соответствии с примером 1, но отличается тем, что содержание пека в композиции составляет 36%
Результаты по примерам 1-5 приведены в табл. 1.PRI me R 2. Made in accordance with example 1, but differs in that the pitch content in the composition is 28%
PRI me R 3. Made in accordance with example 1, but differs in that the pitch content in the composition is 32%
PRI me R 4. Made in accordance with example 1, but differs in that the pitch content in the composition is 35%
PRI me R 5. Made in accordance with example 1, but differs in that the pitch content in the composition is 36%
The results of examples 1-5 are shown in table. 1.

На основании приведенных в табл. 1 результатов выбран интервал содержания связующего (пека) 28-35% что обеспечивает получение плотных заготовок. Based on the tab. 1 results selected interval binder content (pitch) of 28-35% that provides dense blanks.

П р и м е р 6. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что температура смешения составила 240^оС. Массу не удалось промешать из-за высокой вязкости пека.PRI me R 6. Made in accordance with example 3, but differs in that the mixing temperature was 240 ^about C. The mass could not be mixed due to the high viscosity of the pitch.

П р и м е р 7. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что температура смешения составила 250^оС. Масса удовлетворительного качества.PRI me R 7. Made in accordance with example 3, but differs in that the mixing temperature was 250 ^about C. Mass of satisfactory quality.

П р и м е р 8. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что температура смешения составила 260^оС. Масса хорошего качества.PRI me R 8. Made in accordance with example 3, but differs in that the mixing temperature was 260 ^about C. Mass of good quality.

П р и м е р 9. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что температура смешения составила 280^оС. Масса хорошего качества.PRI me R 9. Made in accordance with example 3, but differs in that the mixing temperature was 280 ^about C. Mass of good quality.

П р и м е р 10. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что температура смешения составила 290^оС. Масса к концу перемешивания стала слишком сухой из-за сильного испарения пека.PRI me R 10. Performed in accordance with example 3, but differs in that the mixing temperature was 290 ^about C. The mass at the end of mixing became too dry due to strong evaporation of the pitch.

На основании примеров 6-10 выбран температурный интервал смешения не ниже 250^оС из-за неудовлетворительного качества массы и не выше 280^оС из-за негативного влияния испарения пека.On the basis of examples 6-10 mixing temperature range is selected below 250 ^{° C} due to the poor quality of mass and not higher than 280 ^C due to the negative influence of evaporation pitch.

П р и м е р 11. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что для изготовления заготовок используют фракции пресс-порошка, прошедшую через сито 100 мкм. Дальнейшие операции совершают по примеру 1. PRI me R 11. Made in accordance with example 3, but differs in that for the manufacture of blanks using fractions of the press powder passing through a sieve of 100 μm. Further operations are performed as in example 1.

П р и м е р 12. Выполнен в соответствии с примером 3, но отличается тем, что после обжига заготовки пропитывают среднетемпературным каменноугольным пеком, затем повторно обжигают и графитируют. PRI me R 12. Made in accordance with example 3, but differs in that after firing the preforms are impregnated with medium-temperature coal tar pitch, then re-fired and graphitized.

П р и м е р 13. Выполнен в соответствии с примером 11, но отличается тем, что после обжига заготовки пропитывают среднетемпературным каменноугольным пеком, затем повторно обжигают и графитируют. PRI me R 13. Made in accordance with example 11, but differs in that after firing the preforms are impregnated with medium-temperature coal tar pitch, then re-fired and graphitized.

Свойства тонкозернистых графитированных материалов на основе нефтяного пиролизного кокса и высокотемпературного каменноугольного пека и материала-прототипа приведены в табл. 2. The properties of fine-grained graphitized materials based on petroleum pyrolysis coke and high-temperature coal tar pitch and prototype material are given in table. 2.

Как видно из табл. 2, материал, полученный согласно изобретению, отличается повышенной прочностью и плотностью по сравнению с материалом, изготовленным по способу-прототипу, а также характеризуется однородной тонкозернистой структурой, мелкими порами с поперечником не более 50 мкм и равномерным распределением пор в объеме материала, что видно из фотографий микроструктуры материалов примеров 3, 11 и 13 и прототипа, выполненных при увеличении 100^х.As can be seen from the table. 2, the material obtained according to the invention is characterized by increased strength and density compared with the material made by the prototype method, and is also characterized by a homogeneous fine-grained structure, small pores with a diameter of not more than 50 μm and a uniform pore distribution in the volume of the material, which can be seen from photographs of the microstructure of the materials of examples 3, 11 and 13 and the prototype, made at a magnification of 100 ^x

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING THIN-GRAIN GRAPHITE MATERIAL, including grinding calcined petroleum coke and coal tar pitch, mixing them, grinding the resulting coke pitch composition, forming blanks from the obtained powder powder by cold pressing, their subsequent firing and graphitization, characterized in that, with the aim of increasing density and strength of the obtained material and increase the uniformity of its structure, coke is crushed to a particle size of less than 40 microns and mixed at 250 280 ^o With 28 35 wt. high-temperature coal tar pitch with a softening temperature of 135 150 ^o C, and grinding the coke pitch composition is carried out to a grain size of less than 150 microns.

2. The method according to p. 1, characterized in that after grinding the coke-pitch composition from the press powder, particles larger than 100 microns are removed.

3. The method according to claim 2, characterized in that after firing, the material is impregnated with medium-temperature coal tar pitch, after which it is re-fired and graphitized.