http://www.paper.edu.cn
-1-
中国科技论文在线
物理扰动作用下针状焦的制备研究
赵世贵,王保成
太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原 (030024)
E-mail:yanjun8401@126.com
摘 要:在不同制备工艺下,用煤焦油沥青(CTP)在磁场诱导和超声波空化条件下合成了针状
焦(NC)。研究了外界物理扰动对针状焦结构的影响;采用扫描电镜(SEM)和X射线衍
射分析(XRD)表征了针状焦的结构,分析了外界物理扰动的影响机理。结果表明:超声
空化和磁场诱导均能有效提高针状焦的有序度、石墨化度与结晶度,相比较而言,磁场的影
响更大。
关键词:针状焦;磁场;超声波;有序化;结构
0 引言
针状焦是炭素工业的重要原材料,主要用于制造高功率电极(HP)和超高功率电极
(UHP)
[1]
,电极的性能在很大程度上取决于针状焦的性能。作为电极原材料的针状焦
[2]
,
要求其必须具有低热膨胀系数(CTE)、低电阻率、耐热冲击性好、强度高的性质
[3-5]
,而
针状焦微观结构的有序化可以实现以上性能的提高。针状焦按原料不同分为油系和煤系两种
[6]
。以石油重油为原料生产的针状焦为油系, 以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为
煤系。磁场效应
[7]
提供了一种新的方式进行化学反应,因为磁场能控制化学反应的速率和进
程
[8-12]
。超声化学
[13]
是利用超声能量加速和控制化学反应,提高反应产率和引发新的化学反
应的一门新的边缘学科
[14-15]
。目前,对针状焦在物理扰动下的有序化研究尚存空缺,本文则
主要针对在磁场、超声波作用下制备针状焦并探讨其结构变化与影响机理。
1 实验部分
1.1 原料
煤沥青原料试样取自山西宏特煤化工有限公司闪蒸法生产的去除喹啉不溶物的中温煤
沥青。其基本性质如表 1 所示:
表 1:中温煤沥青基本性质
Table 1: The basic quality of medium temperature coal pitch
软化点/
℃
甲苯不溶
物/%
灰分/
%
水分/
%
挥发分/
%
72 20 0.4 5.0 60
1.2 试样制备
煤系针状焦制造工艺包括原料预处理、延迟焦化、煅烧三个工序。本实验由于采用已经
处理的中温煤沥青原料,故采用两步法进行针状焦试样的制备。制备三组试样,原料煤沥青
在热聚合过程中,不做任何处理标记为试样 a,磁场诱导处理的记为试样 b(磁场强度为
22mT,磁场作用累积时间 30min),超声空化处理的标记为试样 c(超声波发生仪激励电流
为 10A,超声处理时间 30min),缓慢 升温 到 420℃聚合 6h 后再在 940℃煅烧 3h,冷却 得到
基金来源:国家自然科学基金资助项目(20843002);山西省科技攻关资助项目(20080321065)
作者简介:赵世贵(1984-),男,山西朔州人,在读硕士,师承王保成教授,从事新型碳材料的研究。
通讯联系人:王保成,E-mail: w-baocheng@163.com