人造石墨生产工艺流程及关键控制点

工艺流程概述

人造石墨的生产涉及原料预处理、高温处理及精密加工，核心步骤包括原料选择→预处理→混捏→成型→焙烧→浸渍→石墨化→加工检测，最终形成高纯度、高密度石墨制品。

详细工艺流程

❶原料选择与预处理
①原料类型：石油焦（低成本）、沥青焦（高纯度）、天然石墨（增强性能）。
②预处理：原料破碎至1-5mm颗粒，再磨粉至10-50μm细粉，确保后续混捏均匀性。
❷混捏
粘结剂添加：中温煤沥青（占比20-30%）在140-180℃下与原料粉混合，持续搅拌30-60分钟，形成塑性糊料。
❸成型
①模压：适用于简单形状（如电极块），压力50-100MPa。
②挤压：生产长条形制品（如棒材），通过螺杆挤出。
③等静压：复杂异形件，各向同性高压(200-300MPa)。
❹焙烧
①温度曲线：缓慢升温至800-1200℃(防止开裂),保温20-40小时,惰性气氛(氮气)保护。
②挥发分脱除：粘结剂分解为焦炭，形成初始碳结构。
❺浸渍（可选多次）
①浸渍剂：煤沥青或树脂（如酚醛树脂），在真空（-0.1MPa）加压（0.5-1.5MPa）下填充孔隙，提升密度。
②重复次数：2-3次，使密度从1.5g/cm³提升至1.8g/cm³以上。
❻石墨化
①高温处理：艾奇逊炉或连续炉，2800-3200℃处理72-120小时，碳原子重排为石墨晶体结构。
②冷却控制：梯度降温（50℃/h以下），避免热应力导致开裂。
❼机械加工与检测
①精密加工：CNC机床加工至μm级精度，满足密封环、坩埚等应用需求。
②性能检测：
-密度：≥1.8g/cm³（浸渍后）；
-电阻率：≤10μΩ·m；
-抗折强度：≥30MPa。

关键控制要点

❶原料质量控制
①灰分：石油焦灰分＜0.5%，避免杂质影响导电性。
②粒度分布：D50控制在20-30μm，确保混捏均匀性。
❷混捏工艺
①温度偏差：±5℃内，防止沥青过早固化或分解。
②粘结剂均匀性：显微镜观察无团聚现象。
❸成型密度控制
生坯密度：模压件≥1.6g/cm³，等静压件≥1.7g/cm³。
❹焙烧关键参数
①升温速率：初期≤5℃/h（300℃前），中期≤10℃/h。
②炉内气氛氧含量：＜100ppm，防止氧化损耗。
❺浸渍效果优化
增重率：单次浸渍增重5-10%，不足需调整压力或浸渍剂粘度。
❻石墨化温度精准性
温度均匀性：炉内温差＜50℃，避免局部过热/欠烧。
❼加工精度管理
尺寸公差：关键部位±0.01mm，粗糙度Ra＜0.8μm。

质量与环保控制

❶在线检测：X射线检测内部裂纹，激光粒度仪监控原料粉体。  

❷环保措施：焙烧废气经SCR脱硝，石墨化炉尾气回收CO₂，粉尘捕集效率＞99%。

总结

人造石墨性能取决于原料纯度、石墨化温度及浸渍工艺。例如，锂电池负极材料需控制石墨化度(＞93%)以提升嵌锂能力，而光伏单晶炉部件则要求高密度(＞1.85g/cm³)来延长寿命。通过精准控制各环节参数，可满足不同行业的高端需求。