特种石墨的分类、市场和生产

特种石墨的涵盖范围很广，电炭制品行业、天然石墨制品行业和冶金用炭制品行业对此有不同的理解和分类方法，就冶金用炭制品行业的习惯分类解释，特种石墨主要指高强度、高密度、高纯度石墨制品（简称三高石墨）。三高石墨从材料组织结构上可以分为粗颗粒、细颗粒和特细颗粒结构三种；从成型方法上区分主要有模压、挤压和等静压成型特种石墨三类，此外，振动成型也可用于生产特种石墨。高品质的特种石墨——各向同性石墨是用等静压工艺生产的。按其主要用途分类有：电火花加工用特种石墨；制作铸造模具用特种石墨；钢铁或铜、铝连续铸造用特种石墨；直拉单晶硅炉用或冶炼贵金属、高纯材料使用的高纯石墨；合成人造金刚石用石墨；火箭、导弹技术用特种石墨。     

高性能定形复合相变储能材料的制备及热性能

对现有定形复合相变材料的制备方法进行改进,采用“熔融吸附-模压成型”的方法,以硬脂酸(stearic acid,SA)为相变材料,膨胀石墨(expanded graphite,EG)为多孔基体,制备了16种不同参数的样品,并对其进行了微观形貌表征、热物性测试、热稳定性研究及热性能分析。相关研究表明:SEM微观形貌显示样品内部出现致密的石墨片层结构,SA均匀分布在石墨片层中,且压块密度越大,片层结构形态越规则;DSC测试结果显示样品几乎没有过冷度,EG的加入与压块处理对SA本身的相变潜热和相变温度几乎没有影响;Hot Disk测试结果显示EG的加入显著提高了样品的轴向和径向热导率,随着EG含量的增加,径向热导率高达23.77 W·m^-1·K^-1,发现两个方向上热导率的差异随压块密度的增加而增大,最大相差5.4倍;储/放热循环实验发现压块密度越大、EG含量越低的样品,SA越容易发生泄漏;通过成型密度及质量配比的优化可实现对复合材料的热稳定性调控,发现EG质量分数为25%、密度为950 kg·m^-3的样品具有较好的综合性能。与传统定形复合相变材料的成型方法相比,该方法可进一步提高复合相变材料的综合热性能,与纯相变材料相比其热导率可提高130倍以上,且具有简单易操作的特点。     

中温沥青改性MCMB制备石墨材料结构与性能

以自烧结性较差的MCMB为原料,四氢呋喃作为溶剂,采用溶液混合法对MCMB进行沥青改性以提高其烧结性能。考察了沥青含量对MCMB制备的石墨材料结构和性能的影响。实验结果表明:随着沥青含量的增加,石墨材料的结构变得更加致密,体积密度、弯曲强度和肖氏硬度都随着沥青含量的增加先增大后减小。在沥青含量为18%时达到最大值,体积密度为1.96 g/cm~3,弯曲强度为62.6 MPa,肖氏硬度为55.9。石墨材料的电阻率在14.8~21.8μΩ·m范围内并随着沥青含量的增加而减小。     

吸附制冷用混合吸附剂导热性能的研究

用水溶液挤压法制备了24个CaCl2/ENG成型混合吸附剂样品,利用目前闪光扩散法测量导热系数最先进的仪器——LFA447激光导热仪对样品进行了导热系数的测试。研究表明:挤压法制备的样品垂直于压力方向上的导热系数高于平行于压力方向上的,大约是其1.1~1.2倍,具有各向异性;在一定范围内,随着固化密度的增加导热系数不断增加,随着氯化钙和膨胀石墨质量比的减小导热系数也不断增大;在氯化钙和ENG的质量比为2∶1,固化密度从600kg/m3增加到700kg/m3的过程中导热系数增加得最为明显,固化密度和膨胀石墨的含量对成型吸附剂样品的导热系数的影响有耦合作用。     

石墨材料对铜锡胎体性能影响的实验研究

为了研究不同形状和表面处理工艺的石墨材料对Cu-Sn预合金粉胎体性能的影响,文章选择了普通片状石墨、球形石墨和表面镀覆金属的石墨等原材料,并设计不同石墨含量的对比试验,借助SEM形貌、力学性能测试等方法分析胎体性能的变化情况。实验结果表明:在铜锡胎体中,等量添加形状规则的球形石墨与形状不规则的片状石墨相比,试样硬度、抗弯强度值变化不大,试样密度略有提高;与普通石墨相比,加入等量镀覆石墨能提高胎体硬度和抗弯强度,且随表面镀覆金属含量增多,硬度和抗弯强度提高越多,密度也随之提高;随着石墨加入量增多,胎体硬度、抗弯强度和耐磨性均会降低。     

沥青包覆天然石墨作锂离子电池负极材料的研究

将天然鳞片石墨与煤沥青以7：3的比例混合研磨，压力成型并粉碎至大约20pm后将其进行炭化得到炭化样品，并取部分炭化样品对其石墨化得到石墨化样品，将得到的炭化、石墨化样品及天然石墨分别进行XRD、SEM测试，并作为锂离子电池负极材料装配电池后进行电化学性能测试。结果表明，经处理后在石墨表面包履了一层沥青，电化学性能提高，炭化后的包覆样品首次效率比石墨提高了10％，但充放电容量偏低，而石墨化后的包覆样品放电容量及首次效率比天然石墨分别提高了16mAh／g和11%，不可逆容量降低了59mAh／g，稳定后放电容量为380mAh／g，效率为99．6％。     

高固含量CL-20基炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了获得微尺度爆轰性能优良且与3D微喷打印工艺兼容的悬浮式炸药油墨配方，以水溶性壳聚糖(CS)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)为复合黏结体系，亚微米CL-20为主体炸药，设计和制备了高固含量CL-20基炸药油墨，并通过3D微喷打印平台进行打印成型。采用扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对成型样品的形貌结构进行了表征；采用差示扫描量热仪(DSC)、机械感度仪和静电感度仪分别测试了样品的热分解性能、机械感度和静电感度，并对微型打印样品的爆轰性能进行了测试。结果表明，CL-20质量分数为90%时，打印成型样品表面宏观比较平整，但微观平均粗糙度约为14.58μm,内部结构均匀，层间无明显孔隙，成型样品中CL-20的晶型为ε型；与亚微米CL-20相比，油墨成型样品的表观活化能增加了5.94kJ/mol,其撞击、摩擦和静电感度分别下降了1J、80N和0.21J;微型传爆药打印样品的成型密度为1.515g/cm³,爆轰临界尺寸和爆速分别为1mm×0.135mm和7484m/s。     

高强度各向同性石墨材料的制备与研究北大核心

以100μm以下不同粒度的超细焦炭粉为原料,采用4种不同骨料配方,以煤沥青为黏结剂,通过混捏、轧片、二次磨粉、压型得到生坯,通过2种不同的焙烧工艺制度进行炭化,再经石墨化工艺处理,制备高强度各向同性石墨材料。测试其体积密度、抗折强度、电阻率、CTE等性能,研究不同组成配方、不同焙烧工艺对制备的各向同性石墨性能的影响,并通过偏光显微镜对石墨材料微观形貌进行表征。结果表明,使用3#配方制备的石墨材料电阻率、体积密度、抗折强度指标最优,且样品具有良好的各向同性;同样的焙烧曲线,使用车底式炉进行焙烧不易产生裂纹缺陷;生制品成型时不抽气会导致制品内部存在一些孔洞缺陷,影响制品的最终性能,需要在中试和批量生产中加以避免。     

可膨胀石墨阻燃聚丙烯的结构与阻燃性能

对采用不同加工方法获得的膨胀石墨（EG）填充聚丙烯（PP）体系的阻燃性能和微观结构进行研究，讨论了EG含量和粒子结构对PP的氧指数和水平燃烧的影响。结果表明：EG／PP体系的阻燃性能不仅随着EG含量的增加而提高，同时还受到EG粒子结构的影响。加工过程中的强剪切作用会破坏石墨粒子结构的完整性，使其阻燃效果大大降低。因此，对EG／PP体系的燃烧性能的影响而言，压制成型的方法明显优于注射成型。     

高强度各向同性石墨材料的制备与研究

以100μm以下不同粒度的超细焦炭粉为原料,采用4种不同骨料配方,以煤沥青为黏结剂,通过混捏、轧片、二次磨粉、压型得到生坯,通过2种不同的焙烧工艺制度进行炭化,再经石墨化工艺处理,制备高强度各向同性石墨材料。测试其体积密度、抗折强度、电阻率、CTE等性能,研究不同组成配方、不同焙烧工艺对制备的各向同性石墨性能的影响,并通过偏光显微镜对石墨材料微观形貌进行表征。结果表明,使用3#配方制备的石墨材料电阻率、体积密度、抗折强度指标最优,且样品具有良好的各向同性;同样的焙烧曲线,使用车底式炉进行焙烧不易产生裂纹缺陷;生制品成型时不抽气会导致制品内部存在一些孔洞缺陷,影响制品的最终性能,需要在中试和批量生产中加以避免。     

Preparation,mechanical, and leaching properties of CaZrO3 ceramic cores

The CaZrO₃ ceramic core materials with excellent mechanical and chemical properties were successfully prepared using single-phase CaZrO₃ powders. Effects of particle size ratio and sintering temperature on the mechanical and chemical properties of CaZrO₃ ceramic core materials were researched. The chemical property was analyzed by leaching research of core materials in 10 wt% and 20 wt% HNO₃ solution at the boiling point. Results showed that the suitable particle size ratio was important for the preparation of CaZrO₃ ceramic core materials with excellent comprehensive properties. The addition of fine particles in ceramic core materials promoted the densification process owing to the framework formed by coarser particles and sintering neck formed by fine particles between coarse particles, which was beneficial for further improving their bending strength. When the content of particles with 200 mesh size was 80wt%, the highest bending strength was obtained, 54.38 ± 5.28 MPa. The porosity was 17.45% and the volume density was 3.86 g/cm³. The increasing sintering temperature increased the densification of CaZrO₃ ceramic core materials by offering the sintering driving force, further leading to the improvement of bending strength. When the temperature was 1650℃, at the 20% content of particles with 200 mesh size, the highest bending strength of CaZrO₃ cores reached 51.01 ± 5.18 MPa. Meanwhile, the porosity was 18.65% and the volume density was 3.83 g/cm³. Additionally, the CaZrO₃ samples could be effectively leached in 10 wt% HNO₃ solution. Therefore, CaZrO₃ materials with good mechanical and leaching properties were believed to be a suitable candidate for ceramic core materials in the investment casting of alloys with high melting point.     

多源石墨固废制备电热板材配方试验研究

为了提高石墨固废利用率,本文以石墨开采废石为细骨料,添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验,探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明：在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时,养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa,虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标,但是仍可满足相关要求,说明石墨开采废石可以作为细骨料使用;在废石石粉掺量为7%(质量分数)时,电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa,虽然强度有所降低,但是仍可满足低强度板材的要求;在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时,电热板材体积电阻率为1.94Ω·m,发热温度为71℃,具有良好的电热效果。     

氧化剂对柔性石墨材料力学性能的影响研究

采用液相氧化法制备可膨胀石墨，在10MPa下压制柔性石墨试样并测定其抗拉强度和抗压强度，考察了氧化剂的氧化性和氧化程度对柔性石墨力学性能的影响，探讨了柔性石墨的微观结构和内部孔结构与其力学性能的关系。结果表明：柔性石墨材料的抗拉强度和抗压强度随氧化剂氧化性的提高而增大，氧化程度过高和过低都不利于获得高力学性能的柔性石墨材料。通过工艺优化可得到抗拉强度为4．02MPa、抗压强度为52．3MPa的高性能柔性石墨。膨胀石墨的微观结构和内部孔结构对柔性石墨的力学性能有较大的影响，膨胀率较高的膨胀石墨孔隙细长、孔径较大、开孔数量较多，在压制过程中孔隙内的气体容易排除，所得柔性石墨的气孔数目少，体积小，因而具有较高的力学性能。     

制备工艺对炭/石墨密封材料性能及其结构的影响

以改性的填料（二次焦）为骨料炭,中温煤沥青为黏结剂来制备炭/石墨密封材料,考察了材料制备工艺条件对材料机械强度、开孔率以及微观结构的影响。研究表明,与传统的炭/石墨密封材料制备工艺相比,利用改性后的骨料炭所制备的炭/石墨材料具有较高的机械强度和相对均匀的孔径分布。此外,随着二次焦热处理温度的升高,最终材料的体积密度和机械强度增大,开孔率降低。当二次焦热处理温度升高到540℃时,最终所得材料的抗压和抗弯强度分别达到210.0MPa和67MPa,开孔率为19.3%。炭/石墨材料经浸渍金属Cu后,Cu颗粒在利用传统工艺制备的材料中的尺寸相对较大,且存在局部聚集或团聚,而在利用二次浆涂工艺制备的材料中则呈细网状结构且均匀分布。     

LDPE/EVA鞋底发泡材料的研究

讨论了发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)、橡胶(EPDM、NBR)、填料超细碳酸钙(CaCO3)用量对LDPE／EVA发泡材料性能的影响，研制出发泡材料密度及力学性能满足运动鞋中底要求的配方。结果表明：AC用量为6份时，发泡材料密度达到0．078g／cm^3；EPDM有效改善了发泡材料的强度，当EPDM加入15份时，发泡材料密度和力学性能优异；超细CaCO3可以提高LDPE／EVA／NBR发泡材料的强度，当超细CaCO3用量为30份时，发泡材料性能较好。     

不同粒级骨料制备冶炼石英坩埚用高纯石墨材料的研究

分别选取1～0 mm粗结构、0.5～0 mm中粗结构和0.15～0 mm细结构3种粒级煅烧石油焦作为骨料,以中温煤沥青作为黏结剂和浸渍剂,制备出冶炼石英坩埚用高纯石墨材料.研究了不同粒级骨料对高纯石墨材料性能和显微结构的影响.研究表明:0.15～0 mm细结构样品的机械性能最好,1～0 mm粗结构的最差.X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析结果显示,1～0mm粗结构样品的石墨化程度不如0.5～0 mm中粗结构和0.15～0 mm细结构样品.综合热分析(TG-DSC)结果表明,1～0 mm粗结构样品的热失重温度区间主要集中在680～880℃,其抗氧化能力相对较差.     

Ni—LDPE复合材料的研究

报道了Ni-LDPE复合材料中镍粉含量对材料的导电性及力学性能影响的研究结果。实验表明,在低密度聚乙烯中加入片状镍粉以后,随着镍粉含量的增加,导电性上升,但力学强度先上升后下降。在镍粉体积分数为8％～15％时,电阻率急剧下降,然而力学强度仍然上升,直至达最大值后才急剧下降。这说明,在此期间镍粒子之间巳能充分接近、接触,形成导电通路;但是,如果聚乙烯份量太少,镍粒子被润湿、粘结不充分时,力学强度就会恶化。总之,复合材料的结构对其导电性及力学强度同时产生强烈的影响。     

胶体石墨中石墨细颗粒的制备

胶体石墨是一种多相胶体，其中的分散相（石墨）需求达到一细度，这是制备胶体石墨的先决条件，不同用途的胶体石墨细颗粒的纯度，粒子形态，粒度分布等的要求有所不同，因此在利用机械方法制备石墨细颗粒的过程中，需综合考虑石墨的结构，性能，粉碎过程中的晶体结构变化及所选粉碎设备，粉碎方式，粉碎环境等因素。     

EPS颗粒对超轻水泥基复合保温材料性能的影响

聚苯乙烯泡沫塑料颗粒(EPS颗粒)作为水泥基复合保温材料的超轻骨料,对水泥基复合保温材料力学性能、热工性能影响显著。以水泥为胶凝材料,EPS颗粒、混合材、泡沫剂和改性剂、水等为主要原料,采用物理发泡工艺制备干表观密度不大于120 kg/m³的超轻水泥基复合保温材料(UCIM)。通过设计不同体积掺量的EPS颗粒,分析EPS颗粒掺量对泡沫混凝土基体孔结构、超轻水泥基复合保温材料强度和热工性能的影响规律。结果表明,适宜掺量EPS颗粒可显著提高超轻水泥基复合保温材料抗压强度和抗拉强度,并确保超轻水泥基复合保温材料具有良好的热工性能,即通过EPS颗粒与泡沫混凝土基体的协同作用,协调力学性能和热工性能,制备出高性能超轻水泥基复合保温材料。     

Agglomeration of fine particles subjected to centripetal compaction

Agglomeration is a common phenomenon in many processes. The mechanical properties of agglomerates strongly depend on their structures. This paper presents a numerical study of the agglomeration of fine particles down to 1 μm in size based on the discrete element method. The agglomerates were formed with particles initially generated randomly in a spherical space and then packed under an assumed centripetal force. Agglomerate structure, packing density, coordination number and tensile strength were analysed with particular reference to the effect of particle size associated with the van der Waals attraction. The results showed that both the packing density and coordination number of the agglomerates decay exponentially to their limits as agglomerate size increases. The tensile strength of the agglomerates was calculated from the simulations and shown to decrease with the increase of particle size. The strength was also estimated from the Rumpf model supported by the empirical equations formulated based on the present simulation results. The good agreement between the results from the simulations and the estimation indicates that the equations are useful to facilitate engineering applications.