等靜壓加工石墨的生產(chǎn)要經(jīng)過(guò)原料的破碎、篩分、磨粉,粘接劑的熔化,以及配料、混捏、成型、焙燒、浸漬、石墨化等工序的處理。
1.原料及破碎
等靜壓石墨的生產(chǎn)原料為針狀石油焦,針狀石油焦硫含量低,灰分和揮發(fā)分低。由針狀石油焦制出的石墨制品具有石墨化程度高、電阻小、表面潤(rùn)滑度高等特點(diǎn), 提供專業(yè)石墨電極產(chǎn)品信息了解。
石油焦是原油經(jīng)蒸餾將輕重質(zhì)油分離后,重質(zhì)油再經(jīng)熱裂的過(guò)程,轉(zhuǎn)化而制成的產(chǎn)品,其主要的元素碳占有80wt%以上,其余的為氫、氧、氮、硫和金屬元素(Al, Fe, Ca, Mg, Si)等。原料石油焦的顆粒粒度較大需要先進(jìn)行粉碎。生產(chǎn)細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的三高石墨,大部分用0.075mm的粉料,一部分粉料用0.042mm或0.037mm的微粉;生產(chǎn)超細(xì)結(jié)構(gòu)的石墨,粉子的粒度小于0.02mm或者更小,因此石油焦要使用氣流粉碎機(jī)或其他生產(chǎn)超細(xì)顆粒的磨粉設(shè)備,細(xì)粉的分級(jí)比軟困難,要使用比較特殊的技術(shù)。采用冶金常用的破碎設(shè)備和氣流粉碎設(shè)備對(duì)其進(jìn)行粉碎處理,以期獲得粒度適合的石油焦粉。
2.配料及混捏
將提純后粒度合適的石油焦粉與粘結(jié)劑按照一定的比例進(jìn)行混合,在混捏設(shè)備中進(jìn)行充分混勻。常用的粘結(jié)劑為煤焦油、瀝青或者樹(shù)脂。在整個(gè)等靜壓石墨的生產(chǎn)過(guò)程中,混捏是一個(gè)非常關(guān)鍵的工藝,它直接關(guān)系到后續(xù)石墨的成品率。瀝青中的有機(jī)物和揮發(fā)份等對(duì)石墨產(chǎn)品的成品率影響較大。為了獲倡比較高的成品率,需要嚴(yán)格控制混捏設(shè)備的升降溫度程序與混捏時(shí)間。
炭素工業(yè)常用的混捏設(shè)備有雙軸混捏機(jī)、單軸混捏機(jī)、逆流高速混捏機(jī),特種石墨制備采用逆流高速混捏機(jī)。此外,混捏后的糊料需要經(jīng)軋片工藝處理,糊料經(jīng)煉膠機(jī)軋成1~3mm薄片(1~2次軋片),使得粘結(jié)劑與焦粉更加有效的進(jìn)行結(jié)合。糊料經(jīng)軋片后用粉碎機(jī)磨成糊料粉供等靜壓成型使用。
3.成型
等靜壓加工石墨的生產(chǎn)采用冷等靜壓成型。經(jīng)過(guò)冷等靜壓設(shè)備成型后的石墨樣品需要經(jīng)過(guò)多次的焙燒和浸漬。焙燒的目的是使得石墨中的粘結(jié)劑中的揮發(fā)份逸出。而浸漬則是為了保持石墨的緊密性,一般的浸漬劑是各種樹(shù)脂或?yàn)r青。冷等靜壓成型的石墨樣品需要經(jīng)過(guò)多次焙燒和浸漬來(lái)達(dá)到特種石墨產(chǎn)品的要求。
目前,國(guó)內(nèi)有生產(chǎn)冷等靜壓和熱等靜壓設(shè)備的廠家,生產(chǎn)的設(shè)備可滿足特種石墨成型的要求。
4.焙燒、浸漬
對(duì)于要求較高體積密度的石墨制品來(lái)說(shuō),焙燒的過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋廢品,因此要用較為緩慢的升溫曲線;對(duì)于較小尺寸石墨產(chǎn)品的焙燒,可以用耐熱材料做成方形或圓形的容器,然后將生制品放在容器中并加入填充料隔離和覆蓋,再裝到焙燒爐中來(lái)進(jìn)行焙燒。浸漬主要的關(guān)鍵在于浸透,高密度石墨制品要經(jīng)2~4次浸漬,每次浸漬后均需要焙燒一次;對(duì)于浸漬來(lái)說(shuō),應(yīng)該正確地選擇浸漬劑的軟化點(diǎn)(關(guān)系到浸漬劑的粘度),還要控制好焙燒品浸漬前的預(yù)熱溫度及浸漬罐的溫度、壓力、真空度、加壓時(shí)間等工藝參數(shù),以達(dá)到的浸潰效果。
反復(fù)浸漬焙燒工藝處理周期長(zhǎng),一般在2~3個(gè)月左右,對(duì)設(shè)備的使用壽命提出了較高的要求,同時(shí)也增加了人力和物力的投入,經(jīng)濟(jì)效果較差。
5.石墨化和提純處理
炭素焙燒后的產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)2000~3000℃的高溫?zé)崽幚?,才能夠轉(zhuǎn)化為石墨化后的制品。炭質(zhì)制品與石墨制品的主要區(qū)別是:炭質(zhì)制品微觀結(jié)構(gòu)的碳原子晶格是亂層結(jié)構(gòu),而石墨化后碳原子為三維有序的層狀結(jié)構(gòu)。等靜壓石墨的石墨化處理是在石墨化爐內(nèi)進(jìn)行的。此外,在石墨化過(guò)程中通入氯氣和氟利昂氣體,使雜質(zhì)元素形成氯化物和氟化物揮發(fā)逸出,以達(dá)到提純的目的。