石墨的成型过程主要包括以下几个关键步骤,综合了原料准备、物理加工和高温转化三个阶段:
一、原料准备阶段
选择原料 石墨化原料通常为富含碳的物质,如煤、石油焦、针状焦、沥青焦等,要求碳含量高且杂质较少。
粉碎和筛选
原料经机械粉碎后,通过筛选去除过大或过小的颗粒,确保粒度分布均匀,便于后续加工。
二、物理加工阶段
混合与成型
- 粉碎后的碳颗粒与粘结剂(如煤焦油、沥青)混合,增强材料强度。
- 采用挤压、模压、振动成型等工艺将混合物制成所需形状的坯体。
浸渍与烧结
- 碳化后的坯体常需浸渍熔融沥青等材料,填充内部气孔,提升导电性和耐腐蚀性。
- 焙烧过程在惰性气体保护下进行,温度通常在1000-1300℃,使粘结剂炭化为焦炭,形成致密结构。
三、高温转化阶段(核心步骤)
石墨化
焙烧后的坯体在2500-3000℃的高温炉中进一步处理,碳原子重新排列形成层状结构,即石墨结构。此过程需数天至数周,具体时间取决于产品要求。
四、后续处理
冷却与加工: 石墨化后需缓慢冷却防止热裂,随后进行机械加工(如压制、研磨)达到最终尺寸和表面质量。 纯化与涂层
补充说明
石墨的成型方法多样,包括等静压成型(三高石墨)、模压成型、挤压成型等,不同方法适用于不同场景。天然石墨多见于变质岩或火成岩中,而工业生产主要通过上述工艺合成。