一种用于edm的超细结构石墨及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及石墨材料领域，尤其涉及一种用于EDM的超细结构石墨及其制备方法。
【背景技术】
[0002]EDM(电火花加工)是对复杂结构金属部件加工的重要工艺之一，它利用连续移动的电极材料对工件进行脉冲火花放，蚀除金属，切割成型，常用于冲裁模和铸模的生产。目前用于EDM行业的电极材料有很多，主要包括金属电极和非金属电极。金属电极主要包括铜、锌、钨及合金等相关材料，但金属电极在生产实际中存在一些问题，如铜电极熔点不到1100°C，热膨胀系数大、损耗快，材料加工速度慢;钨及合金价格昂贵，加工困难，导电性不够理想，运用范围非常有限。非金属电极主要是石墨材料，它同时表现出金属和非金属的物理特性，在高温下可以直接从固态变为气态，其升华温度可达3600°C以上，优良的导电、导热以及加工性，低热膨胀系数，价格便宜使石墨能成为极好的电极材料。
[0003]国内市场用于EDM行业的石墨电极种类很多，按粒度尺寸分为极细级(I?5微米)、超细级(6?10微米)、精细级(11?20微米)、中等级(21?100微米)。粒度越细，EDM加工精度就越高。目前国内主要制备方法以粒度15?20微米(精细级)的沥青焦或石油焦为骨料，煤沥青或树脂为粘接剂，通过混捏、辊磨制片、二次破碎、成型、焙烧浸渍循环、石墨化等工艺流程制备EDM石墨。采用传统的原材料和工艺条件至少需要8?10个月才有成熟的产品，而制作6?10微米(超细级)EDM石墨化产品不仅周期更长，而且还容易在焙烧和石墨化升温阶段形成裂缝，导致结构缺陷，造成成品率不高，主要是由于超细颗粒产品本身致密性高，内应力大，随着温度升高产生的挥发分不容易从产品内部向外释放，高温阶段的材料从无序乱层结构发生碳原子重拍形成三维有序的石墨化结构，而容易导致细裂缝的产生;而反复的浸渍焙烧进一步加重环境负担，焙烧次数过多也加大产品开裂的风险，增加生产成本。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于EDM行业的、超细结构的石墨及其制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种用于EDM的超细结构石墨，其主要原料为沥青中间相炭微球、沥青焦粉和粘结剂改质沥青(软化点105?115 °C );其中所述沥青中间相炭微球和沥青焦粉的质量比为9:1?7: 3;改质沥青的添加量占原料总质量的6?16%。
[0006]本发明还提供一种用于EDM的超细结构石墨的制备方法，包括以下步骤:
(1)先将沥青焦与改质沥青进行混捏、制片、粉碎得到改性沥青焦片粉;辊磨制片能够使骨料与沥青强制混合，提高沥青包覆强度；
(2)将步骤(I)得到的改性沥青焦片粉与沥青中间相炭微球进行混合均匀然后粉碎，再将粉碎后的物料混合均匀后静置;每添加一份原材料或者经过一次粉碎必需经过混合，使不同物料和不同粒度分散均匀； (3)将步骤(2)静置后的混合物料进行等静压成型，脱模后得到生坯样品；
(4)将步骤(3)得到的生坯样品静置后进行焙烧炭化处理；
(5)将步骤(4)炭化处理的样品进行石墨化处理，即得到所述超细结构石墨。
[0007]上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，焙烧炭化处理过程分段进行，具体步骤为:(a)先以4.8?5.2°C/h的升温速率升温至198?202°C;(b)再以2.9?3.1°C/h的升温速率升温至309?401°C ; (c)然后以1.4?1.6°C/h的升温速率升温至649?651°C ; (d)再以1.9?2.1°C/h的升温速率升温至798?802°C;(e)再以4.8?5.2°C/h的升温速率升温至1008?1012 °C ; (f )最后以5 °C /h的降温速率至60?80 °C /h出炉，再自然冷却。目前炭化合格率在9 2%以上。
[0008]上述的制备方法，优选的，所述步骤(5)中，石墨化采用中等艾奇逊石墨化炉，炉膛升温稳定、发热均匀。石墨化处理的过程具体为先将炭化后的样品均匀升温至1550?1850°C，保温2?5h，再均匀升温至2680?2820°C，最后以0.2?0.6°C/h的降温速率降至90°C出炉，自然冷却，即可得到超细结构石墨。石墨化合格率达到96%以上。
[0009]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，等静压成型的过程为:先将混合料装入模具中压实并抽真空处理，再送入等静压机中，先以7?10MPa/min速率上升至150MPa，稳压3?5min，再以12?15MPa/min泄压速率泄压至70?90MPa，稳压3?5min ；再以8?10MPa/min泄压速率泄压至20?40MPa，稳压2?5min;最后以8?10MPa/min泄压速率泄压至室压。
[0010]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，混捏的具体过程为:将粒度为4.2?5.9微米的沥青焦粉置于真空捏合机，120?160 °C敞开混合I?2h，然后加入160?190 °C熔融状态的、软化点为105?115°C的改质沥青，关闭机盖，抽真空并混捏I?2h，其中捏合机正反转速控制在80?100r/min，混捏温度控制在170?190 °C。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，最终得到的混合料破碎至粒度为9?10微米，混合料的挥发分质量占整个混合料质量的8wt%?20wt%，优选的混合料的挥发分质量占整个混合料质量的8wt%?15wt%。
[0011]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中混合料的静置时间为3?5h;所述步骤
(4)中的生坯样品静置时间为24?48h。
[0012]本发明采用中间相炭微球做原材料，不仅有体收缩，骨料本身也产生收缩，收缩越大，密度增量越大。一次焙烧以后再石墨化的密度可以达到传统的一浸两焙或两浸三焙再石墨化的密度。而且采用中间相炭微球为骨料的石墨化制品，由于总体收缩比较大，在焙烧阶段特别容易产生裂纹。发明人经过无数次的试验摸索和原材料焙烧性能测试，研究并制定了本发明的制备方法过程中的良好的焙烧和石墨化升温曲线，使总体合格率达到80%以上。克服了传统原材料(煅后沥青焦和石油焦)和工艺制作过程，在焙烧和石墨化过程发生整体样品的收缩(体收缩)，几乎只有骨料周围的沥青产生的收缩，骨料的收缩率很小的缺陷。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:
(I)本发明以沥青中间相炭微球和沥青焦为主要原材料，以改质沥青为粘结剂，采用此种配方不需要进行焙烧-浸渍的循环工艺，只需要进行一次焙烧，一次石墨化就可以得到传统材料两次浸渍三次焙烧产品的密度和强度，工艺时间从原来的8?10个月可缩短至3~5个月；不仅降低生产成本，提高生产效率，还节约能源，保护环境。
[0014](2)本发明的制备方法通过合理的科学配比，合理的焙烧碳化和石墨化曲线控制，使石墨广品倍烧和石墨化的合格率均超过92%，在提尚广品性能的同时，有效控制了超细结构的石墨成本。
[0015](3)本发明使用的原料价低易得，性质稳定，原材料预处理工艺简单易操作，基本可以通过传统设备完成性能优异的超细结构石墨制备。
[0016](4)本发明的制备方法制成的超细结构石墨，填补我国超细级、用于EDM行业的石墨广品的空白。
【具体实施方式】
[0017]为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0018]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0019]除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
[0020]实施例1:
一种本发明的用于EDM的超细结构石墨，其主要原料为沥青中