Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАФИТИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к технологии получения углеродных материалов, которые могут быть использованы при электроэрозионной обработке металлов, для изготовления электродов, применяемых в литейном производстве при выплавке металлов, например алюминия, кальция, для производства торцовых уплотнений авиационных газотурбинных двигателей, а также при изготовлении особо чистых изделий для полупроводниковой техники и др.

Известен способ получения графитированных материалов измельчением прокаленного нефтяного кокса до размеров частиц 1-2 мм, смешением кокса и пека в соотношении (мас.%) 65:35, совместным вибропомолом коксопековой смеси с получением не менее 95% порошка, проходящего через сито с отверстиями 0,09 мм, формованием заготовок с последующим их обжигом и графитацией (Тырина Л.Я., Николаев А.И., Сигарев А.М, Сб. тр. "Конструкционные материалы на основе графита" М.: Металлургия, №3, 1967, стр.11-18).

Материал с повышенными плотностью, прочностью и однородностью получают по технологии, включающей те же самые операции, но измельчая прокаленный нефтяной кокс до размера частиц менее 40 мкм и смешивая его с 28-35 мас.% высокотемпературного пека и далее размалывая коксопековую композицию до размера зерна менее 150 мкм (патент RU №2035395, С 01 В 31/04, опубл. 1995).

Оба рассмотренных технических решения используют в качестве основы прокаленный нефтяной кокс, который при обжиге и графитации имеет небольшую усадку, что обеспечивает высокий выход изделий при обжиге и графитации. Однако плотность кокса в процессе получения графитированного материала изменяется от 2,08 до 2,18 г/см³, а связующего - каменноугольного пека - от 1,35 до 2,18 г/см³. Вследствие этого в материале возникают напряжения, снижающие прочностные характеристики металла и его стойкость к окислению.

Известен способ получения графитированного материала, включающий измельчение непрокаленного нефтяного кокса марок КНПС-СМ и КНПС-КМ до фракционного состава, содержащего не менее 85 мас.% фракции, проходящей через сито 0,3-0,8 мм, смешение измельченного кокса с каменноугольным пеком и добавкой поверхностно-активного вещества в соотношении (мас.%) соответственно 61:39:0,7 при температуре 120-130°С, формирование массы с последующим ее измельчением в пресспорошок, прессование заготовок, их обжиг и графитацию (ТУ 48-20-51-84). При таком способе получения происходит одновременная усадка кокса и пека, что позволяет получать материалы с повышенной плотностью и прочностью. Однако осуществление описанного процесса в настоящее время невозможно в связи с прекращением производства нефтяного кокса указанных марок.

Наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению способ получения высокопрочного графитированного материала по патенту RU №2160704, С 01 В 31/04, опубл. 2000, принятый за прототип.

Формально в патенте-прототипе объектом защиты является графитированный материал, содержащий непрокаленный сланцевый смоляной кокс мелкой фракции, каменноугольный пек и органическую добавку, причем фракционный состав примененного кокса следующий: фракция с размерами частиц 0,02-0 мм - не менее 80%, фракция 0,09-0,02 - остальное. Конкретный компонентный состав материалов в формуле не приводится, однако судя по примеру 1 состав и способ получения идентичен способу получения материала по ТУ 48-20-51-84, а именно: способ состоит в измельчении сланцевого смоляного кокса до указанного выше фракционного состава, смешении измельченного кокса с каменноугольным пеком и органической добавкой в соотношении (мас.%) соответственно 62,3:37:0,7 при температуре 120-130°С, формировании массы с последующим измельчением в пресспорошок, прессовании с плотностью 1,08-1,15 г/см³, обжиге заготовок при температуре 800-1300° и графитации при температуре 2500-3000°С. При этом только за счет использования кокса сланцевого смоляного определенного фракционного состава авторам патента-прототипа удалось получить высокопрочный графитированный материал, превосходящий материал по ТУ 48-20-51-84 по прочности при сжатии на 5-6% и прочности при изгибе на 20-30% при плотности 1,65-1,75 г/см³ против 1,65 по прототипу.

Технический результат состоит в повышении прочностных характеристик графитированного материала.

Технический результат достигается тем, что в способе получения графитированного материала, включающем смешение измельченного кокса сланцевого смоляного до фракционного состава, при котором доля фракции размером менее 0,09 мм составляет не менее 97 мас.% и доля фракции размером менее 0,045 мм составляет не менее 91 мас.%, с каменноугольным пеком и органической добавкой при температуре 120-130°С, формирование массы с последующим ее измельчением в пресспорошок, прессование заготовок с плотностью выше 1,0 г/см³, обжиг заготовок при температуре 800-1300° и графитацию при температуре до 3000°С, в качестве органической добавки применяют пространственно затрудненные фенолы и/или фенилфосфиты, заготовки прессуют с плотностью 1,01-1,06 г/см³, а исходные компоненты берут в соотношении (мас.%):

Каменноугольный пек 35-40

Органическая добавка 0,015-1,5

Кокс сланцевый смоляной остальное

В качестве пространственно затрудненного фенола или фенилфосфита могут быть применены тетра-(метилен-4-окси-3,5-дитрет.-бутил-фенил-пропионат) метан (МОБФПМ), 4,4¹ диметил-6,6¹-ди-трет.-бутил-2,2¹-метилен-бис-фенилфосфит (МБМФФ), 2,4-бис-(1,1-диметилэтил) фенил фосфит (БДФФ), диарилпентаэритритолдифосфит и другие подобные им соединения, производимые в промышленном масштабе в широком марочном ассортименте, известные как марки Ирганокс 1010, Стафор 11, Иргафос 168 и Ультранокс 624 (626) соответственно, используемые в зарубежной и отечественной практике в промышленности пластмасс (Журнал “Высокомолекулярные соединения” Серия А, 1981 г., 23 (б), стр.1275-1281; тот же журнал, 1983, 25 (б), с.1302-1306, Заявка Японии №61225191, 1986 г. (Chemical Abstracts, т. 106, реф. 120065d).

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами

Пример 1

Кокс смоляной сланцевый непрокаленный по техническим условиям ЕЕ 1300642 ТУ 8:94 сушат и дробят до кусков размером менее 6 мм, а затем измельчают на вибромельнице до достижения дисперсности по содержанию фракции размером менее 0,09 мм - 97 мас.%, размером менее 0,045 мм - 91 мас.%. Смешивают среднетемпературный пек каменноугольный (ГОСТ 10200-83) 38 мас.%, добавку МОБФПМ - 0,02 мас.% и измельченный кокс - остальное в течение 45 мин при температуре 120-130°, массу выгружают и формуют без применения давления охлаждают и измельчают сначала в дробилке и затем на вибромельнице. В прессформе прессуют заготовки при удельном давлении 60 МПа, обеспечивающем получение заготовок с плотностью 1,04 г/см³. Заготовки обжигают при 800-1300°С, а затем графитируют при температуре до 3000°С.

Сведения по примерам 2-10 представлены в таблице.

Примеры 1-4 иллюстрируют способ в соответствии с изобретением, примеры 5-10 - контрольные, показывающие необходимость каждого из заявленных признаков для достижения необходимого результата:

- пример 5: выполнен в отсутствии добавок органических соединений;

- пример 6: добавка введена в количестве, превосходящем заявленное;

- пример 7: добавка введена в количестве, меньшем заявленного;

- пример 8: содержание в коксе фракции 0,09 мм ниже заявленного (75%):

- пример 9: каменноугольный пек содержится в количестве, меньшем заявленного;

- пример 10: каменноугольный пек содержится в количестве, большем заявленного;

Как видно из представленных примеров 1-4, соблюдение всех заявленных параметров обеспечило получение графитированного материала, превосходящего по прочностным показателям материал по прототипу: по прочности при сжатии на 18-28%, по прочности при изгибе на 25-30%. (Во всех случаях сравнивались минимальные показатели по изобретению с минимальными показателями по прототипу; аналогично выполнено сравнение по максимальным показателям). Ни один из контрольных примеров не дал комплексного улучшения показателей, что подтверждает изобретательский уровень заявленного технического решения.