用于制备石英坩埚的高纯石墨的研制

摘要

石墨材料作为一种工业原料，在一些特殊行业尤其是高科技领域有着举足轻重的地位，如光伏太阳能、核能原子能、汽车工业、航天技术等，但这些行业使用的必须是碳含量在99.9％以上甚至需要99.99%以上的高纯度石墨。一般石墨产品的纯度无法满足高纯石墨行业的要求，因而，高纯石墨材料的开发、生产已成为目前炭素行业发展的趋势，也是石墨材料向更宽、更深领域发展亟需解决的问题之一。
　　本课题以煅烧石油焦和中温煤沥青为主要实验原料，成功制备出了体积密度、电阻率和灰分符合设计要求的高纯石墨材料。通过实验确定了高纯石墨材料中粗结构的最佳骨料粒度组成，通过过程分析和理化指标分析考察了生产高纯石墨材料过程中的影响因素以及骨料粒级对材料机械性能和导电性能的影响，并采用SEM、XRD、TG-DSC分析了高纯石墨材料组织结构的影响因素，取得如下研究结果：
　　（1）以1-0mm、0.5-0mm和0.15-0mm的煅烧石油焦作为骨料、中温煤沥青作粘结剂，通过“一浸二焙纯化”工艺路线，制备出用于石英坩埚冶炼的高纯石墨材料，其体积密度达到1.65g/cm3以上，中粗结构和细结构的达到1.70g/cm3，产品电阻率小于10μΩm、灰分在40ppm以下。
　　（2）以0.5-0mm煅烧石油焦为骨料的中粗结构石墨材料，骨料中的0.075-0mm粉料组成重量百分比60%左右为最佳，生产出的一焙石墨化产品有最大的体积密度为1.561g/cm3，低于和超过这一比例的产品体积密度要低一些。
　　（3）不同粒级的煅烧石油焦骨料对高纯石墨材料的体积密度、机械强度和导电性能影响明显。结构越细越有利于提高材料的体积密度、机械强度，但会降低导电性能；反之，结构越粗越有利于提高材料的导电性能，但同样会降低材料的体积密度和机械强度。
　　（4）不同粒级的煅烧石油焦骨料制备的高纯石墨材料，骨料粒度粒级越细，高纯石墨材料的热蚀性能越强。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 前言

1.2 石墨材料的结构

1.3 石墨材料的性能

1.4 石墨化机理

1.5 石墨材料的制备

1.6 高纯石墨材料

1.7 课题背景及石墨材料的发展进展

1.8 研究目的和研究内容

第2章 实 验

2.1 实验原料和实验设备

2.2 高纯石墨制备工艺流程

2.3 分析测试方法

第3章 高纯石墨材料的制备

3.1 引言

3.2 骨料的制备

3.3 沥青预处理

3.4 颗粒级配

3.5 混捏、成型

3.6 焙烧、浸渍

3.7 纯化

3.8 高纯石墨材料生产总成品率的分析

3.9 本章小结

第4章 高纯石墨材料性能及组织结构分析

4.1 引言

4.2 骨料粒级对高纯石墨材料体积密度的影响

4.3 骨料粒级对高纯石墨产品力学性能的影响

4.4 骨料粒级对高纯石墨产品导电性能的影响

4.5 不同骨料粒级对高纯石墨产品组织结构的影响

4.6 XRD分析

4.7 骨料粒级对高纯石墨产品热蚀性能的影响

4.8 本章小结

结 论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文