一種用于edm的超細結構石墨及其制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及石墨材料領域，尤其涉及一種用于EDM的超細結構石墨及其制備方法。
【背景技術】
[0002]EDM(電火花加工)是對復雜結構金屬部件加工的重要工藝之一，它利用連續(xù)移動的電極材料對工件進行脈沖火花放，蝕除金屬，切割成型，常用于沖裁模和鑄模的生產。目前用于EDM行業(yè)的電極材料有很多，主要包括金屬電極和非金屬電極。金屬電極主要包括銅、鋅、鎢及合金等相關材料，但金屬電極在生產實際中存在一些問題，如銅電極熔點不到1100°C，熱膨脹系數大、損耗快，材料加工速度慢;鎢及合金價格昂貴，加工困難，導電性不夠理想，運用范圍非常有限。非金屬電極主要是石墨材料，它同時表現出金屬和非金屬的物理特性，在高溫下可以直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，其升華溫度可達3600°C以上，優(yōu)良的導電、導熱以及加工性，低熱膨脹系數，價格便宜使石墨能成為極好的電極材料。
[0003]國內市場用于EDM行業(yè)的石墨電極種類很多，按粒度尺寸分為極細級(I?5微米)、超細級(6?10微米)、精細級(11?20微米)、中等級(21?100微米)。粒度越細，EDM加工精度就越高。目前國內主要制備方法以粒度15?20微米(精細級)的瀝青焦或石油焦為骨料，煤瀝青或樹脂為粘接劑，通過混捏、輥磨制片、二次破碎、成型、焙燒浸漬循環(huán)、石墨化等工藝流程制備EDM石墨。采用傳統(tǒng)的原材料和工藝條件至少需要8?10個月才有成熟的產品，而制作6?10微米(超細級)EDM石墨化產品不僅周期更長，而且還容易在焙燒和石墨化升溫階段形成裂縫，導致結構缺陷，造成成品率不高，主要是由于超細顆粒產品本身致密性高，內應力大，隨著溫度升高產生的揮發(fā)分不容易從產品內部向外釋放，高溫階段的材料從無序亂層結構發(fā)生碳原子重拍形成三維有序的石墨化結構，而容易導致細裂縫的產生;而反復的浸漬焙燒進一步加重環(huán)境負擔，焙燒次數過多也加大產品開裂的風險，增加生產成本。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種用于EDM行業(yè)的、超細結構的石墨及其制備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為:
一種用于EDM的超細結構石墨，其主要原料為瀝青中間相炭微球、瀝青焦粉和粘結劑改質瀝青(軟化點105?115 °C );其中所述瀝青中間相炭微球和瀝青焦粉的質量比為9:1?7: 3;改質瀝青的添加量占原料總質量的6?16%。
[0006]本發(fā)明還提供一種用于EDM的超細結構石墨的制備方法，包括以下步驟:
(1)先將瀝青焦與改質瀝青進行混捏、制片、粉碎得到改性瀝青焦片粉;輥磨制片能夠使骨料與瀝青強制混合，提高瀝青包覆強度；
(2)將步驟(I)得到的改性瀝青焦片粉與瀝青中間相炭微球進行混合均勻然后粉碎，再將粉碎后的物料混合均勻后靜置;每添加一份原材料或者經過一次粉碎必需經過混合，使不同物料和不同粒度分散均勻； (3)將步驟(2)靜置后的混合物料進行等靜壓成型，脫模后得到生坯樣品；
(4)將步驟(3)得到的生坯樣品靜置后進行焙燒炭化處理；
(5)將步驟(4)炭化處理的樣品進行石墨化處理，即得到所述超細結構石墨。
[0007]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(4)中，焙燒炭化處理過程分段進行，具體步驟為:(a)先以4.8?5.2°C/h的升溫速率升溫至198?202°C;(b)再以2.9?3.1°C/h的升溫速率升溫至309?401°C ; (c)然后以1.4?1.6°C/h的升溫速率升溫至649?651°C ; (d)再以1.9?2.1°C/h的升溫速率升溫至798?802°C;(e)再以4.8?5.2°C/h的升溫速率升溫至1008?1012 °C ; (f )最后以5 °C /h的降溫速率至60?80 °C /h出爐，再自然冷卻。目前炭化合格率在9 2%以上。
[0008]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(5)中，石墨化采用中等艾奇遜石墨化爐，爐膛升溫穩(wěn)定、發(fā)熱均勻。石墨化處理的過程具體為先將炭化后的樣品均勻升溫至1550?1850°C，保溫2?5h，再均勻升溫至2680?2820°C，最后以0.2?0.6°C/h的降溫速率降至90°C出爐，自然冷卻，即可得到超細結構石墨。石墨化合格率達到96%以上。
[0009]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，等靜壓成型的過程為:先將混合料裝入模具中壓實并抽真空處理，再送入等靜壓機中，先以7?10MPa/min速率上升至150MPa，穩(wěn)壓3?5min，再以12?15MPa/min泄壓速率泄壓至70?90MPa，穩(wěn)壓3?5min ；再以8?10MPa/min泄壓速率泄壓至20?40MPa，穩(wěn)壓2?5min;最后以8?10MPa/min泄壓速率泄壓至室壓。
[0010]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，混捏的具體過程為:將粒度為4.2?5.9微米的瀝青焦粉置于真空捏合機，120?160 °C敞開混合I?2h，然后加入160?190 °C熔融狀態(tài)的、軟化點為105?115°C的改質瀝青，關閉機蓋，抽真空并混捏I?2h，其中捏合機正反轉速控制在80?100r/min，混捏溫度控制在170?190 °C。
上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，最終得到的混合料破碎至粒度為9?10微米，混合料的揮發(fā)分質量占整個混合料質量的8wt%?20wt%，優(yōu)選的混合料的揮發(fā)分質量占整個混合料質量的8wt%?15wt%。
[0011]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中混合料的靜置時間為3?5h;所述步驟
(4)中的生坯樣品靜置時間為24?48h。
[0012]本發(fā)明采用中間相炭微球做原材料，不僅有體收縮，骨料本身也產生收縮，收縮越大，密度增量越大。一次焙燒以后再石墨化的密度可以達到傳統(tǒng)的一浸兩焙或兩浸三焙再石墨化的密度。而且采用中間相炭微球為骨料的石墨化制品，由于總體收縮比較大，在焙燒階段特別容易產生裂紋。發(fā)明人經過無數次的試驗摸索和原材料焙燒性能測試，研究并制定了本發(fā)明的制備方法過程中的良好的焙燒和石墨化升溫曲線，使總體合格率達到80%以上。克服了傳統(tǒng)原材料(煅后瀝青焦和石油焦)和工藝制作過程，在焙燒和石墨化過程發(fā)生整體樣品的收縮(體收縮)，幾乎只有骨料周圍的瀝青產生的收縮，骨料的收縮率很小的缺陷。
[0013]與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(I)本發(fā)明以瀝青中間相炭微球和瀝青焦為主要原材料，以改質瀝青為粘結劑，采用此種配方不需要進行焙燒-浸漬的循環(huán)工藝，只需要進行一次焙燒，一次石墨化就可以得到傳統(tǒng)材料兩次浸漬三次焙燒產品的密度和強度，工藝時間從原來的8?10個月可縮短至3~5個月；不僅降低生產成本，提高生產效率，還節(jié)約能源，保護環(huán)境。
[0014](2)本發(fā)明的制備方法通過合理的科學配比，合理的焙燒碳化和石墨化曲線控制，使石墨廣品倍燒和石墨化的合格率均超過92%，在提尚廣品性能的同時，有效控制了超細結構的石墨成本。
[0015](3)本發(fā)明使用的原料價低易得，性質穩(wěn)定，原材料預處理工藝簡單易操作，基本可以通過傳統(tǒng)設備完成性能優(yōu)異的超細結構石墨制備。
[0016](4)本發(fā)明的制備方法制成的超細結構石墨，填補我國超細級、用于EDM行業(yè)的石墨廣品的空白。
【具體實施方式】
[0017]為了便于理解本發(fā)明，下文將結合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
[0018]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
[0019]除有特別說明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場上購買的商品或者可以通過公知的方法制得的產品。
[0020]實施例1:
一種本發(fā)明的用于EDM的超細結構石墨，其主要原料為瀝青中