㈡碳素制品的制造過程

碳素制品的制造過程是將炭黑、焦炭(石油焦或?yàn)r青焦)及其他填充料作為碳素原料，添加瀝青、樹脂等粘接劑后成型，然后在1000~3000℃下加熱處理。制造過程的關(guān)鍵是原材料的選配和加熱處理的溫度。根據(jù)最終制品的應(yīng)用領(lǐng)域的不同，不必要都達(dá)到理想的石墨結(jié)晶程度，加熱處理溫度是控制石墨化程度的最佳手段。碳素制品是按其性能要求、使用價(jià)值和價(jià)格為基礎(chǔ)來選擇其原材料的，炭黑有其重要的使用價(jià)值。炭黑基碳素制品的制造過程根據(jù)最終制品的使用目的個(gè)同而不同，其代表性的流程如下:

圖1

       由圖1可以看出，碳素制品可以用多種碳質(zhì)原料，一般情況，炭黑的價(jià)格高于焦炭和天然石墨，因此僅用于不可缺少的用途。

研究表明，炭黑比焦炭難石墨化，而在各種炭黑中，粒徑較大的燈煙炭黑和熱裂法炭黑比粒徑小的槽法炭黑的爐法炭黑較易石墨化。炭黑在粘接劑中較難分散，粒徑較大結(jié)構(gòu)較高的炭黑比粒徑較小，結(jié)構(gòu)較低的炭黑較易分散?？赡苁腔谝陨蟽牲c(diǎn)，碳素制品一般選用粒徑較大、結(jié)構(gòu)較高的燈煙炭黑、噴霧炭黑或油爐法炭黑為原料，而選用粒徑大、結(jié)構(gòu)較低的熱裂法炭黑或天然氣半補(bǔ)強(qiáng)爐法炭黑為高溫爐的絕熱材料。對(duì)于純度要求很高的碳素制品則需要選用灰分和硫含量較低的炭黑。關(guān)于炭黑理化性能和碳素制品的加工性能和產(chǎn)品性能的關(guān)系還沒有像在橡膠、塑料等行業(yè)研究得那么透徹，因此通常要通過小試后才能確定。

(1)原料的預(yù)處理

碳素制品的原料要過預(yù)處理，焦炭的培燒、粉碎、篩分等預(yù)處理，操作較容易。而炭黑粒徑微細(xì)、表觀密度小，小，通常要按圖5的步驟制取焙燒炭黑。按最終制品使用要求，選用石墨化的原料。

(2) 混捏

將炭黑等主要原材料和煤焦油在150%左右進(jìn)行混捏，這是一個(gè)粘度很大的熔融煤焦油或煤焦油瀝青和很輕的粉末來進(jìn)行混合分散的過程。粘結(jié)料的配合量對(duì)最終制品的性能有影響，因?yàn)橐M(jìn)行控制。

(3) 成型

炭棒或圓柱型的碳素制品，可利用混合料在適當(dāng)加熱后的可塑性擠(壓)出成型。對(duì)于電機(jī)用炭刷通常采用模壓成型。冷卻后的混合料，已失去可塑性，容易粉碎和篩分，不用調(diào)整其粒度，即可作為模壓成型的原料。

(4)燒成

在燒成工序中使成型半成品中瀝青質(zhì)熔融、炭化，在此工序中，瀝青分解產(chǎn)生的氣體要放出,因此升溫速度要較慢,600℃以后可稍快,燒成最高溫度常在1000℃左右。為防止坯料氧化或可塑性變形，在坯料周圍要填充焦炭粉。

(5)石墨化

碳素制品可分為炭質(zhì)和人造石墨質(zhì)兩類，要根據(jù)具體用途來定。

(6)浸漬

授饋可使含炭黑的碳素材料性能進(jìn)一步改善并已成為一個(gè)重要的工序，一般人造石墨總是含有一定比例的氣孔(通常大于20%，且大多為通孔)，采用漫漬工藝使漫漬劑填塞住上述氣孔而使之成為不進(jìn)性(或微滲透性)石墨。

采用的浸漬劑在最終制品要求防腐蝕時(shí)，常采用各種合成樹脂等高分子材料或水玻璃等無機(jī)材料。在要求增強(qiáng)機(jī)械或電氣性能時(shí)則可以采取熔融金屬如銅、巴氏合金等作浸漬劑。

工藝通常包括坯材前處理→負(fù)壓抽氣→負(fù)壓抽吸浸漬劑→加壓使浸漬劑進(jìn)入氣孔→固化處理使浸漬劑在氣孔內(nèi)固化。在制造防腐蝕用不透性石墨時(shí)，后四道工序常需反復(fù)數(shù)次。