各向同性石墨是近年来新兴的一种重要工业原料，它是一种高品质的特种石墨，具有许多杰出的物理化学性能，如各个方向上的物理性质相同，特性与尺寸、形状、取样方向无关；材料组织结构致密，制品表面硬度高、机械强度高；材料抗热震性能好，在急冷急热工况条件下不易开裂；耐高温，抗氧化性能强。它已被广泛应用于机械、冶金、原子能、铝电解、化工、宇航、生物等领域，已成为当今世界工业发展中不可缺少的一种高性能工程材料。目前，各向同性石墨主要采用振动成型、模压成型和等静压成型技术制备。而其采用的原料主要有石油焦、沥青焦、无烟煤、超细粉石墨、二次焦、中间相炭微球(McMB)等，本文概述了各向同性石墨材料的原料及制备方法，主要介绍了一种新的原料各向同性焦及其制备各向同性石墨的优越性。1各向同性石墨1．1各向同性石墨制备方法各向同性石墨材料的制备方法主要为传统方法和自烧结法。传统方法是将细颗粒粉料和等静压成型技术相结合的二元方法，即将原料(石油焦、沥青焦或无烟煤)磨成超细粉末，加入适量的黏结剂后混合均匀，再磨成粒径数十微米到数百微米的压粉，经焙烧后即成为以超细粉末固体原料为结构单位的微粒镶嵌结构的各向同性焦炭，石墨化后即得各向同性石墨。工业上采用的方法是将骨料与黏结剂混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化。通常为了达到足够的体密度，焙烧浸渍需重复2—3次。方登科等以煅后石油焦为骨料，高温煤沥青为黏结剂，采用冷混捏球磨，经过冷等静压工艺在不同压力下制得各向同性石墨材料，研究了成型压力对所得材料的微观结构和物料性能的影响；提高成型压力，减少骨料石油焦中大尺寸片状结构颗粒的数量和增强骨料和黏结剂混捏的均匀性，均有利于提高所制备各向同性石墨材料的物理性能；采用高温煤沥青做黏结剂有利于提高各向同性石墨材料的导热率和电学性能。李正操等对比研究了国外石墨IG一11、NBG—18和国产石墨HSM—SC的各向同性度、气孔直径、气孔样貌和微晶状态，研究发现，采用细颗粒配料方式下焦颗粒平均直径对石墨内部气孔直径的大小影响较大，工艺条件相同时细颗粒配料方式石墨力学性能更好，细颗粒各向同性石墨质量与改进混捏均匀性有重要联系。传统方法需要加入黏结剂，在使用黏结剂制备各向同性石墨中，黏结剂质量的三分之一以上在焙烧过程中分解挥发l_”，且由于填料与黏结剂之间的体积收缩差异，制备的石墨材料气孔率高、结构均匀程度差等，导致最终材料机械强度差。而自烧结法以自烧结性单相粉末为原料制备各向同性材料，其原理与粉末冶金相似，在制备过程中不需要加人黏结剂，在烧结过程中颗粒相互黏结收缩均匀，可使材料具有高密度和各向同性，因此具有良好的发展潜力。生焦粉具有自烧结性，其自身含有一定量的挥发分，颗粒表面即可相互黏结，避免在高温热处理过程中因填料和黏结剂的收缩程度悬殊而引起组织结构的疏松，从而提高制品的致密度和机械性能等。采用生焦无黏结剂生产高强度高密度石墨工艺简单，基本可满足较高质量产品的生产需求，但是生焦挥发分对产品性能影响较大，需要特殊挑选。贺持缓等以生石油焦为原料制备了高密度炭材料，并对制备工艺进行了筛选优化。McMB自身具有粘结性，坯料一次焙烧、石墨化后即可具有较高密度，无需浸渍，几何形状为球形，成型时取向随机排列，保证了材料的各向同性。MCMB制备各向同性石墨已进行了大量的研究。高燕删等以不同B树脂含量的McMB制备了高密度各向同性炭，发现随着B树脂含量的增加，产品的密度、弯曲强度等先增加后减小，说明要取得性能良好的整体炭块，需要有一个最佳的B树脂含量。吕永根等以MCMB为原料，常温下压制成型，并考察了不同原料、成型压力、热处理温度及升温速率对产品性能的影响。申克等以两种预氧化程度不同的MCMB为原料采用冷等静压技术成型工艺，制备了各向同性石墨，预氧化程度对样品性能的优劣有很大影响，其中轻度氧化的原料可制备出体密度1．82加m3，抗折强度34MPa，热膨胀系数4．48×K，各向同性度为1．00的各向同性石墨。1．2各向同性石墨应用各向同性石墨具备良好的润滑性、导电性和导热性、耐热性和耐热冲击性，高温机械强度高和机械加工性能好等一系列的优异特性，被广泛应用于冶金、电气、电子、化工等工业部门。如半导体行业用加热体、集成电路组装用模具，冶金行业用金属连续铸造结晶器，电火花加工用电极等。各向同性石墨具有优异的减速和反射性能，以及它的理想的结构强度、良好又均一的导热性和高的纯度，可作为高温气冷堆中子减速材料和反射材料，使它成为原子能工业不可缺少的材料之一。在电解铝领域，石墨化阴极炭块是各向同性石墨的一种，被用于铝电解槽的底衬和帮衬，也是电解槽的阴极材料。电解铝行业是高能耗行业，向低碳、绿色和环保方向转化和发展已成必然趋势。用各向同性石墨做内衬可以提高电解槽寿命、降低电耗和增大电解槽单位面积产能。廖贤安指出各向同性焦是最适合用来生产石墨化阴极炭块的原料，埃肯碳素用各向同性焦为原料生产出优质的石墨化阴极炭块，工业试验生产证实了这一点。美国、日本和德国等发达国家非常重视各向同性石墨的开发应用，生产的各向同性石墨已拥有近百种型号，为其他高精尖领域发展提供了大量的新类型石墨产品。目前国内各向同性石墨发展迅速，但与上述发达国家相比，国产各向同性石墨在质量、品种和使用性能等方面还有一定差距，目前国内需要的高质量各向同性石墨还依赖进口，所以研制出高性能各向同性石墨材料并应用于高精尖领域是研究者努力的方向。2各向同性焦2．1各向同性焦制备方法各向同性焦是指其物理和化学特性不随其空间方向变化而变化，即在各个方向上的热膨胀系数(CTE)、比电阻等指标是大致相同的。微观上，各方向的光学结构均为细镶嵌结构，无单一取向性。各向同性焦的各向同性可以用CTE比率来表征，即径向和轴向CTE的比值，有资料也称各向同性度，一般范围在1．0—1．1。各向同性焦目前国内研究较少，且处于实验室研究阶段，国外相关的研究相对较多。研究各向同性焦的制备方法主要从以下三方面展开：(1)选择合适的原料，utaklawatam提供了一种利用煤快速热解生成的液态产物或沥青为原料制备各向同性焦的方法，煤热解温度耋℃，较适宜的温度为。℃，恒温时间小于5秒，然后对煤快速热解的液态产物或沥青进行炭化获得各向同性焦。KoellingGeorg选择经低温炭化的焦油沥青做原料，控制其氢、碳含量和软化点，加热至～℃生成了各向同性度较低及杂质较低的各向同性焦；选择分子结构及组成合适的原料来生产各向同性焦是一种最直接的方法，生产成本相对较低，但原料来源可能易受限制甚至不易获得。屈滨等以廉价的煤沥青为原料，将其喹啉不溶物含量调配至5％～25％，调整聚合反应，炭化反应的升温速率、反应温度及恒温时间来控制小球体的数量和粒径，最终制得的各向同性焦微观呈现为致密均匀的细镶嵌结构，宏观上CTE比率接近1，粒子稳定性不低于90％；该方法简单、经济、可控性强，适于大量生产。(2)空气氧化法，山西煤化所的凌立成等人的专利CNlA引公开了一种用煤焦油或石油焦渣油蒸馏液为原料制备各向同性焦炭的方法，将煤焦油或石油焦渣油蒸馏液置于反应器中加热，加热到℃时，开始搅拌并通人一定流量的含氧气体，反应温度为—℃，达到反应温度后恒温5—15小时，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物，然后将其在～℃、0．1。1MPa，氮气保护条件下焦化成光学组织为细镶嵌或极细镶嵌组织的各向同性焦。专利号为uS公开了一种各向同性焦生产方法，以石油渣油为原料，经一℃空气氧化提高软化点至—℃后，将其与裂解焦油(其硫含量比石油渣油原料低)混合，混合物料进行延迟焦化得到低硫、低cTE的各向同性焦。专利号为US公开了一种各向同性石油焦的生产方法，一种残渣，例如来源于原料分馏塔底的残留物，对其吹空气(氧化)提高其软化点至。℃，经空气氧化后的残油再经延迟焦化制得了CTE比率低于1．5的各向同性焦。王琳等将精制沥青经空气氧化法得到一系列不同软化点的氧化沥青，对其进行分析可得，空气吹扫可促进脱氢缩合反应和交联反应的进行，随着氧化程度的不同，氧化沥青芳氢含量、TI—QS、真密度、软化点和碳氢比增大，而烷基氢含量和Ts明显减少；轻度氧化对焦化过程中中间相组织结构影响不是很大，重度氧化可一直中间相组织发展，得到光学各向同性程度高的各向同性焦，但过度氧化反而不利于各向同性焦的生成，所以控制氧化程度可控制最终的光学组织结构，得到cTE小、抗弯强度及真密度大、电阻率及灰分小的优质各向同性焦。(3)添加剂法，添加剂最好是元素周期表中4A，5A和硫化物，没有限制，但比较有用的是锡sn，砷As，红磷，铅Pb。添加了添加剂的混合油原料经延迟焦化得到各向同性焦。朱一飞研究了生产各向同性焦的原料油、沥青中的杂原子可以加速热解缩合，降低了热转化温度，在中间相生成温度到达前，体系粘度已经较大，因此阻碍了中间相继续发展，从而有利于生成各向同性结构。2、2各向同性焦制备各向同性石墨的优越性石墨制品的性质在相当大的程度上依赖于填料焦炭的性质，焦炭的性质主要取决于它的微观结构。对各向同性焦而言，微观上细镶嵌结构宏观上的各向同性度更好。要满足表l中的关键质量指标，且宏观上各向同性度在1．0～1．1范围内，其粒子稳定性达到90％以上，控制其微观上细镶嵌结构很有必要。专利CNllA进一步证明了这一点。各向同性焦是非常适合作为各向同性石墨材料的基本原料，通常使用石油焦和煤沥青焦。各向同性焦机械强度高、致密性好，另外由于原料的各向同性，已为生产各向同性石墨材料奠定了技术基础。传统方法用各向异性焦制备各向同性石墨需要将原料破碎到足够小的颗粒，再进行混捏、破碎筛分、混合、等静压成型、焙烧、浸渍、二次焙烧、石墨化、加工提纯等工序处理，而用各向同性焦做原料极大地简化了工艺。在制备过程中，焦颗粒的各向同性程度、成型工艺和热处理过程对各向同性石墨的各向同性度都有影响，以各向同性焦为原料制备各向同性石墨，焦颗粒的各向同性程度高，可以不必将原料破碎至粒度很细，采用粗颗粒配方生产，较大缩短工艺流程，减少投资降低能耗，提高生产效率和产品质量。也可改用振动成型取代昂贵的等静压成型生产设备，大大降低了成本。事实证明，以各向同性焦作为骨料，即使采用模压成型，也可以将各向同性石墨的各向同性度控制在1.10以内。因此开发高质量的各向同性焦是生产优质各向同性石墨的基础之一，使用各向同性焦作为高强高密各向同性石墨的骨料具有较高的优越性。3结语各向同性焦具有机械强度高、致密性好、各向同性等优异的性能，是制备各向同性石墨最为理想的骨料，用各向同性焦生产的石墨制品其特性显著优于各向异性焦制得的石墨制品，并且可用振动成型取代昂贵的等静压成型生产工艺，工艺简单、成本降低。另外，我国是煤焦油生产大国，若能利用煤焦油沥青加工成各向同性焦，为各向同性石墨提供原料的同时也可为煤焦油沥青的加工利用提供新的利用途径，我们应当加强对各向同性焦的

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