Способ получения мелкозернистых крупногабаритных графитированных заготовок

 

Сущность изобретения: при получении графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок путем предварительного обжига формованных заготовок с последующей их пропиткой пеком, повторным обжигом и графитацией, предварительный обжиг ведут с четырьмя изотермическими выдержками при 470-490,630-650,850-870 и 1170- 1200°С в течение 10-412 часов каждая, при этом скорость подъема температуры подсводового пространства между выдержками поддерживают в пределах 2,7-3,2; 3,2-3,6 и 1,8-2.2°С/ч соответственно. Подъем температуры подсводового пространства при повторном обжиге пропитанных заготовок до максимальных ее значений ведут со скоростью 3,5-3,8°С/час. При использовании данного способа получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок выход годной продукции, плотность и предел прочности на сжатие повысился по сравнению с прототипом на 38, 3 и 9%, соответственно. 1 з.п.ф-лы, 1 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 31/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:кК а .

К ПАТЕНТУ (21) 5020177/26 (22) 12.12.91 (46) 15.08;93; Бюл, N. 30 (71) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита (72) Е.М.Остроумов, А.И,Лутков, О.В.Тканова и B.Н.Михайлов (73) Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита (56) Авторское свидетельство СССР

M 1629244, кл. С 01 В 31/04, 1988, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ KPYflHOf AEAPNTHblX ГРАЕИТИРОВАННЫХ ЗАГОТОВОК (57) Сущность изобретения: при получении графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок путем предварительного

Изобретение относится к технологии получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок на основе нефтяного кокса и каменноугольного пека и мо.жет быть использовано в электронной, металлургической промышленности и других отраслях техники s качестве конструкционных углеграфитовых материалов.

Задачей изобретения являются увеличение выхода годных обожженных заготовок и повышение плотности и прочности графита.

Поставленная цель достигается тем., что в способе получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок íà основе нефтяного кокса и каменноугольного Ы 1834843 АЗ обжига формованных заготовок с последующей их пропиткой пеком, повторным обжигом и графитацией, предварительный обжиг . ведут с четырьмя изотермическими выдержками при 470 — 490, 630 — 650, 850 — 870 и 11701200 С в течение 10-412 часов каждая, при этом скорость подъема температуры под.сводового пространства между выдержками поддерживают в пределах 2,7-3,2; 3,2-3,6 и

1,8 — 2,2 С/ч соответственно. Подъем температуры подсводового пространства при повторном обжиге пропитанных заготовок до максимальных ее значений ведут со скоростью 3,5 — 3,8 С/час. При использовании данного способа получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок выход Годной продукции, плотность и предел прочности на сжатие повысился по сравнению с прототипом на 38, 3 и 9 /, соответственно, 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

° 4.

ОО пека, включающем предварительный обжиг () формованных заготовок с подъемом темпе- ф . ратуры подсводового пространства и после- ОО дующей их пропиткой пеком, повторным обжигом при подъеме температуры подсво-, дового пространства до ее максимального значения и графитацию, предварительный обжиг ведут с четырьмя изотермическими выдержками: ири 470-400аС, 630 — 660 С, (40

850-870 С и 1170 — 1200ОС, в течение 10-12 час каждая, при этом скорость подъема температуры между ними поддерживается в пределах 2,7-3,2; 3,2-3,6 и 1,8-2,2 С/ч соответственно, Кроме того, повторный обжиг пропитанных заготовок до максимальной температук

1834843 (выделение летучих, образование пор, превращение пека в полукокс) и обеспечивает спекание пека с наполнителем. Уменьшение температуры второй изотермической выдержки менее 630 С нецелесообразно, тэк как она оказывает влияние на формирование структуры материала и особенно общей пористости, а температуре более 650 С соответствует менее термонапряженное со55 ры подсводового пространства ведут со скоростью 3,5-3,8 С/ч.

Достижение указанной цели при таком ведении режимов нагрева обусловлено тем, что углеродный материал в течение всего 5 процесса обжига находится в сложном напряженном состоянии, при этом одновременно протекают разные по характеру химические и физические процессы (перемещение и диффузия связующего и др.).

Снижение термических напряжений, получение однородного и бездефектного материала требуют изменения графиков первичного и повторного обжигов.

По предложенному способу обжигу под- "5 вергают формованные заготовки, состоящие из прокаленного нефтяного кокса (ГОСТ 22898-78) и среднетемпературного каменноугольного пека (ГОСТ 10200-83), размерами: диаметром 300-600 и высотой 20

700 — 1000 мм. Прессование проводят в закрытой матрице или гидростатическим методом под давлением 400-1000. кгс/см .

Дис перс н ость пресс-порошка 40 — 100 мкм.

Соотношение ингредиентов 80 и 20 мас,%. 25

Формованные заготовки подвергают предварительной термообработке, Скорость подьема температуры подсводового пространства до 470"С не регламентируется, так как произвольная скорость подъема тем- 30 пературы подсводового пространства до данной температуры не влияет на целостность углеродного материала, нахоДящегося в упругоплэстическом состоянии, Углеродный материал при температуре подсводового пространства 470-490 С находится в вязкопластическом состоянии, поэтому уменьшение температуры первой изотермической выдержки менее 470 С нецелесообразно, более 490 С нежелательно, 40 так как материал начинае переходить в упругое состояние. Уменьшение времени первой изотермической выдержки менее 10 ч приводит к перепаду температурного градиента в обьеме заготовки из-за низкого коэф- "5 фициента теплопроводности материала, Время изотермической выдержки более 12 ч экономически невыгодна.

Вторая изотермическая выдержка при

630-650 С обуславливает наиболее полное 50 протекание физико-химических процессов стояние материала. Поэтому температуру выдержки более 650 С поднимать не следует. Уменьшение времени второй изотермической выдер>кки менее.10 ч согласно термическим расчетам приведет к возрастанию термических напряжений и процессе образования внутренних трещин, Продолжительность выдержки более 12 ч экономически невыгодна.

Третья изотермическая выдержка при

850-870 С обусловлена окончательным удалением летучих из заготовки, образованием вторичного углерода на поверхности заготовок и максимальной общей пористости. Эта выдержка особенно важна, так как происходит превращение полукокса в кокс, образование слоев полициклических карбидных групп и рост плоских сеток. Уменьшение времени изотермической выдержки менее

10 часов при 850 — 870 С приводит к неравномерности образования жесткого каркаса, сдвигсвым деформациям и растрескиванию материала, Продолжительность выдержки более 12 ч экономически не выгодно. Уменьшение температуры выдержки менее 850 С не выгодно, так KBK oK83blBBGT влияние на обрззование кокса, Выдержку проводить при температуре более 870 С нецелесообразно, так как основная масса выделения летучих веществ проходит до 870 С, Продолжительность изотермической выдержки при 1170 — 1200 С менее 10 часов не обеспечивает выравнивание температурного поля в объеме заготовки и достаточно полного завершения процесса усадки материала, влияющего на свойства графита.

Продолжительность более 12 часов приведет к удлинению процесса обжига. Уменьшение температуры выдержки менее

1170 С не обеспечит высокую плотность материала, температуры более 1200 С нецелесообразна, так как все физико-химические процессы при карбонизации материала завершены.

Подьем температуры подсводового пространства между изотермическими выдержками (с 1 по 4) со скоростью менее 2,7; 3,2 и

1,8 С/ч согласно теоретическим исследованиям напряженно-деформированного состояния материала увеличит время обжиг, а более 3,2: 3,6 и 2.2 С/ч оказывает влияние на формирование неоднородной структуры материала и может привести к образованию трещин.

Для увеличения плотности и прочности графита пропитанные пеком заготовки подвергают повторному обжигу. Скорость подьема температуры подсводового пространства до ее максимального значения менее 3,5ОС/ч увеличит время обжига, и

1834843 более 3,8"С/ч нецелесообразна, так как приведет к неоднородным усадочным и физико-химическим процессам, протекающим в пеке из-за высокой скорости нагрева.

Предложенный способ получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок на основе нефтяного кокса и каменноугольного пека подтверждается следующими примерами конкретного исполнения.

Пример 1. Крупногабаритные углеродные заготовки изготавливали на основе нефтяного кокса (ГОСТ 22896 — 78. 80Д массы) и среднетемпературного пека (ГОСТ

10200-83. 20 т массы) размером: диаметром 350 нм и высотой 890 мм, Прессование проводили с применением гидростата при давлении Р = 600 кгс/cM . дисперсность

2 пресс — порошка 90 мкм. Заготовки загружали в жаропрочный контейнер размером

1400х1400х1600 мм и пересыпали подсушенным каменноугольным коксом (ГОСТ

11255 — 75) с содержанием фракций+3,0 и 0,5 мм не более 10 /. На дно контейнера насыпали слой засыпки 150 мм, на него вертикально устанавливали заготовки, расстояние от стены контейнера и между заготовками 50 мм. Поверх загруженных заготовок наносили слой засыпки 200 мм. Контейнеры с заготовками загружали в обжиговую газовую камеру и подвергали предварительной термообработке. Обжиг проходил в среде летучих пека. Процесс обжига вели по следующему графику: до 480 С

«е регламентируется, при 480 С изотермическая выдержка 11 ч, от 480 до 640"С подьем температуры подсводового пространства со скоростью 3 С/ч, при

640"С выдержка 11 ч, от 640 до 860 С вЂ” со скоростью 3,4 С/ч, при 860 С выдержка 11 ч, от 860 С до 1185 С вЂ” со скоростью 2 С/ч, при 1185 С выдержка 11 ч. Заготовки после обжига охлаждали и загружали в емкости с решетчатым дном, затем помещали в шахтный бак-нагреватель и нагревали до 275ОС в течение 3,5 ч. Нагретые заготовки помещали в автоклав, где создавали вакуум не более 130 мм рт.ст., после чего в автоклав подавали жидкий пек под давлением до 5,6 к с/см . Пропитанные заготовки подверга2 ли повторному обжигу, который вели с подьемом температуры подсводового г странства со скоростью 3,6 С/ч. Охлаждали заготовки в течение 50 ч до температуры 55 С. После повторного обжига заготовки графитировали до 2800 С в среде хлора.

Примеры 2 — 5 выполнены в соответст5 вии с примером 1 и отличаются размера ли заготовок, скоростью подъема температуры подсводового пространства, продолжительностью изотермической выдержки.

Результаты по примерам представлены

10 в таблице.

Как видно из таблицы, наиболее приемлемым вариантом способа получения графитовых мелкозернистых крупногабаритных заготовок является пример N. 1, где выход

15 годной продукции по сравнению с прототипом выше на 38, а плотность, предел прочности на сжатие на 3 и 9 / соответственно.

Несмотря на то, что данные по примерам N

2 и 4 близки по своим значениям к данным

20 примерам 1, их не следует рекомендовать для исследования в технологии получения графитового материала, из-за удлинения продолжительности процесса обжига.

Увеличение выхода годных заготовок по

25 описанному способу, а также увеличение уровня физико-механических показателей материала предопределяет экономический эффект при использовании указанного материала в технологии.

30 Формула изобретения

Способ получения мелкозернистых крупногабаритных графитированных заготовок, включающий предварительный обжиг сформованных на основе нефтяного

35 кокса и каменноугольного пека заготовки путем их нагрева с изотермическими выдержками до конечного значения температуры и выдержкой при этом температуре, последующую пропитку их пеком, повторный об40 жиг при подьеме температуры подсводового пространства до ьс максимального значения и графитацию, о т л и ча ю шийся тем, что нагрев ведут до l170 — 1200 С с изотермическими выдержками при 470 — 490 С, 630-6 0 С, 850-870 С и

45 конечной температуре в течение 10 — 12 ч каждая и со скоростью подъема температуры подсводового flpocTpBHGTBB между выдержками 2,7-3,2"С/ч, 3,2-3,6 С и

1;8-2,2ОС/ч соответственно.

50 2.Способпоп.1.отличающийся тем, что повторный обжиг ведут со скоростью подъема температуры 3.5 — 3,8 С/ч.

1834843

Технологические параметры, выход годных заготовок и сеодстеа графита размеры зе готово к

Температура изоте рмичес.

° ыдержки. С

17родолжите льность мздержки, час

Скорость подьеме температуры подсводоеого npsстренстеа. С/час выход годных зегото вок. 9, Свойстве графита

8DCM% 1 и 11 обжигов, чвс, примеров

1обжиг

2 обжиг плотность> кгс/смз предсе прочностии при сжатии, ae/ñí

11

11

1t

11

10 t,75

3.6

46t

445

3.5

1.72

632

3.&

1,70

440

Н 600

1,74

3,4

82

1.60

4.0 420

450

1,70

12,4

Составитель Е.Остроумов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А "озориз

Редактор

Заказ 2702 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101

t 170

780

12

12

12

12

9

9.

14

t4

14

14 Э5

3,0

3,4

2.0

2,7

3.2

1.8

3.2

3.6

2.2

2,5

3,0 !.5

3,4

Э.б

5,5