一种电火花加工用石墨材料的制备方法与流程

本发明属于碳材料领域，尤其涉及一种石墨材料的制备方法。

背景技术：

1、石墨是一种由碳原子组成、具有层状结构的无机非金属材料，碳原子以sp2杂化轨道相连形成六边形石墨层网络结构，石墨层内由强共价键连接，石墨层间则由弱范德华力连接。因此，石墨材料具有高润滑性、耐腐蚀、良好的导电和导热性、耐热性和耐热冲击性、高温机械强度高和机械加工性好等优点，被广泛应用于与当今高科技发展紧密相联的电火花加工业、光伏产业、半导体行业、航空航天和核工业等关键战略性领域。

2、电火花加工又叫放电加工或电蚀加工，是利用连续移动的电极对浸在一定绝缘度的液体介质中的工件进行脉冲放电，产生电蚀作用，以蚀除导电材料的特种加工方法，是加工复杂结构金属部件的重要工艺之一。目前用于电火花加工的电极材料主要是石墨材料，且越来越广泛地应用在精密模具加工行业，其产品性能要求高，生产工艺复杂，存在较高的技术难度。国内企业对电火花加工用石墨材料的制备仍处于探索阶段，现有工艺为了使所制备的石墨材料达到理想的性能，需要反复浸渍和多次焙烧，生产周期长，生产成本高。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种生产周期短、同时兼具较高体积密度和机械强度、实用性强的电火花加工用石墨材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

2、一种电火花加工用石墨材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将生焦粉、石墨粉、中间相炭微球和炭黑混匀，压制成型得坯体；

4、(2)将步骤(1)中的坯体放入加压焙烧炉中进行烧结处理，烧结处理时，控制烧结温度为450-550℃，烧结压力为1-5mpa，烧结处理完成后降至室温，磨粉得到一阶段粉；

5、(3)将煅后沥青焦骨料和步骤(2)得到的一阶段粉干混处理，再添加熔融的煤沥青，进行混捏处理，然后轧片、冷却、破碎、过筛得到压粉；

6、(4)将步骤(3)中得到的压粉进行压制成型、焙烧、石墨化处理，即得到电火花加工用石墨材料。

7、上述制备方法中，优选的，所述生焦粉为d50为2-4μm的生沥青焦粉，所述石墨粉为d50为1-5μm的人造石墨粉、鳞片石墨粉或高功率石墨电极粉，所述中间相炭微球的d50为2-6μm，所述煅后沥青焦骨料的d50为6-10μm，所述生焦粉、石墨粉、中间相炭微球和煅后沥青焦骨料首先通过真空干燥系统于110-150℃下脱除各干料表面和孔隙中的水分。通过上述不同粒度的粉体匹配，使得坯体堆积密度更高。

8、上述制备方法中，优选的，生焦粉、石墨粉、中间相炭微球粉和炭黑混匀时控制质量比为(10-15)：(5-8)：(2-4)：1，于混匀机中1-5h后，于1-3mpa的压力下模压成型得坯体。通过上述质量比的粉体混合，有利于生焦粉和中间相炭微球粉在活性较弱的石墨粉和炭黑表面形成活性层，满足后续烧结过程的需要，最终石墨材料产品的性能更优。

9、上述制备方法中，优选的，烧结处理时，以10-30℃/h的升温速率至450-550℃，保持烧结压力为1-5mpa，保温6-10h后，以30-50℃/h的降温速率降至室温，通过磨粉控制一阶段粉的d50为2-6μm。

10、上述制备方法中，优选的，所述煅后沥青焦骨料和一阶段粉的质量比为1：(1-3)，更优选的为1：2，所述煤沥青的加入量为煅后沥青焦骨料和一阶段粉总质量的55-65wt.％。

11、上述制备方法中，优选的，干混处理时于110-150℃下干混1-2h，混捏处理时保持混捏温度为160-180℃，混捏转速30-50rpm，混捏时间为0.5-2h。

12、上述制备方法中，优选的，轧片、冷却、破碎、过筛得到压粉为于160-180℃下热轧片3-5次，待冷却至室温后，破碎，过160-325目筛得到压粉。

13、上述制备方法中，优选的，将压粉进行压制成型时首先将压粉搁置10-20h后，于1-3mpa下模压成型得生坯，搁置10-20h，将生坯置于铝塑膜中真空封装后，于80-100℃烘箱中预热4-8h，再将烘箱中预热的生坯放入预热的等静压缸体中，于150-200mpa下进行温等静压成型。本发明采用温等静压技术可以促进粘结剂的二次迁移，使之在骨料间形成更均匀的铺展，增加不同骨料相间的界面结合力。

14、上述制备方法中，优选的，焙烧为将压制成型得到的生坯放入倒焰窑或气氛电阻炉中进行填埋，以5-10℃/h升温至1000-1050℃保温2-6h。

15、上述制备方法中，优选的，石墨化处理为将焙烧处理得到的焙烧炭块放入艾奇逊炉中，用筛分后的石油焦或冶金焦进行填埋，以2-10℃/h升温至2600-3000℃，保温150h-200h。

16、本发明针对电火花加工用石墨材料在传统制备方法存在的生产周期长、生产成本较高及所制备石墨材料孔隙率高、机械强度低、导电性能差等问题，首先将生焦粉、石墨粉、中间相炭微球和炭黑混匀，压制成型得坯体，再经过加压焙烧处理，利用具有自烧结特性的生焦和中间相炭微球表面丰富的活性官能团，在表面活性较差的石墨粉和炭黑表面形成与粘结剂煤沥青匹配的活化层(现有技术中使用中间相炭微球和生焦一般作为固相增密使用，作用与本发明完全不同)，改善炭质骨料与粘结剂的界面结合问题，增强骨料与粘结剂在炭化过程中的热适配，促进烧结颈的形成，在后续的焙烧阶段实现了不同炭相间同步收缩致密化，能够更好地形成炭网络结构，减少炭石墨材料的先天裂纹缺陷，减少炭石墨材料中微裂纹的形成，提升了炭石墨材料的均质性和机械性能等综合性能。最终将一阶段粉与煅后沥青焦骨料混合后进行后续处理，得到的石墨材料具有优异的综合性能。

17、为了达到上述效果，本发明烧结处理时的工艺参数需要精确控制，尤其是烧结温度与压力，需要得到控制，烧结压力过小不能在炭质材料表面构建活性层，烧结压力过高对设备的要求极高，对设备的维护费以及周期会增加，因此本发明控制烧结压力在1-5mpa。烧结温度控制450-550℃，在这个温度区间，活性物质能够在炭质材料表面炭化成炭网，构建活性层。如果烧结温度过低，低于炭化温度，则不能形成活性层，如果烧结温度过高，超过炭化温度，导致炭质材料活性基团炭化脱除过多，亦不能形成炭化活性层。综合考虑，本发明将烧结温度与烧结压力控制在上述范围内。

18、整体而言，本发明的制备方法无需浸渍和多次焙烧，可制备得到具超细结构、各向同性的特种炭石墨材料，石墨材料具备生产周期短、生产成本低、机械强度高，导电性好等优势，满足电火花加工用石墨材料的性能要求，提高企业的产能和利润。

19、与现有技术相比，本发明的优点在于：

20、1、本发明的电火花加工用石墨材料的制备方法，首先将生焦粉、石墨粉、中间相炭微球和炭黑混匀，压制成型得坯体，再经过加压焙烧处理，利用具有自烧结特性的生焦和中间相炭微球表面丰富的活性官能团，改善炭质材料与粘结剂的界面结合问题，促进烧结颈的形成，在后续的焙烧阶段实现了不同炭相间同步收缩致密化，减少炭石墨材料中微裂纹的形成，制备出一种无需浸渍和多次焙烧，且具超细结构、各向同性的特种炭石墨材料，提升了炭石墨材料的综合性能。

21、2、本发明的电火花加工用石墨材料的制备方法，经一次焙烧、一次石墨化就可以实现满足电火花加工用石墨材料的制备，减少了反复浸渍和焙烧的工艺流程，生产周期短，生产成本低。

22、3、本发明的电火花加工用石墨材料的制备方法，用石墨、炭黑作为次骨料分散在基体中，并通过加压焙烧进行前端预处理，有利于提升工艺性，增加热处理制品的均热性，从而提升石墨材料的抗热震性。