CN112142469B - 石墨基耐氧化型材、制备方法及应用 - Google Patents

石墨基耐氧化型材、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种石墨基耐氧化型材、制备方法及应用。所述石墨基耐氧化型材制备原料包括石墨粉75‑85份、氮化硼粉15‑30、水性碳黑5‑10份、硼酸2‑5份制成；其制备方法为：将溶碳黑与硼酸加水、加热、溶解、分散均匀后喷雾造粒，粉碎至平均直径2μm以下，与石墨粉、氮化硼粉混匀后球磨，在100Pa以下真空、20‑30MPa和1900‑2100℃热压；所得石墨基耐氧化型材中，氮化硼全部转化，石墨晶粒间弥散了大量无锐角、90%以上尺寸为0.3‑0.5μm的碳化硼；可磨削至1.6μm表面光洁度，电阻率低、导热率高、耐氧化、耐热震，性能稳定，与金属铝的接触面相互不粘附，易脱模，接触面光洁度降低慢、磨损轻，可用作金属铝层片材料感应扩散焊热压成型的模具材料。

Description

石墨基耐氧化型材、制备方法及应用
技术领域
本发明属石墨基新型复合材料技术领域，具体涉及一种石墨基耐氧化型材、制备方法及应用。
背景技术
石墨基热压型材，具有较好的导电、导热能力和抗热震性能，不浸润金属材料，可经中频感应发热，用于金属铝层片材料的500-650℃感应扩散焊热压成型；但其强度、耐磨性、抗氧化性能与导电、导热性能、不粘附金属性能，往往存在矛盾，不易平衡。
CN110563465A提供一种用于热压成型的模具材料及其制备方法，所述模具材料包括石墨、碳化硅、沥青、氧化锆；以重量百分含量计：碳化硅1-3%、沥青5-15%、氧化锆0 .1-1%，余量为石墨。其制备方法包括如下步骤：（1）将石墨、沥青加入混捏机中混捏30-60min后，冷却，得混合物料；（2）将混合物料装入模具中压实并抽真空处理，再送入等静压机进行静压成型，脱模后得到生坯料；（3）将生坯料在惰性气体保护下进行焙烧处理，焙烧的温度为900-1100℃，得石墨块；（4）将焙烧后的石墨块放入抗氧化浸渍剂进行加压浸渍处理3-6h后，所述抗氧化浸渍剂包括以下原料组成：磷酸二氢铝、焦磷酸钠、钨酸钠、氧化钡、碳酸锶、氟化钠、三乙醇胺和水；（5）将浸渍处理后的石墨块加热升温至400-500℃下保温焙烧0.5-1.5h后，再升温至850-950℃，保温0.5-1.0h，冷却至室温；（6）在步骤（5）焙烧后的石墨模块表面涂覆碳化硅和氧化锆混合浆料，晾干后，放入石墨炉中，升温至1300-1500℃保温1-2h，再升温至2000-2200℃保温3-5h，制得用于热压成型的石墨模具。
CN110563464A公开一种耐高温抗氧化石墨模具及其制备方法，所述模具材料以重量百分含量计，所述模具材料包括沥青15-25%、氮化硅3-5%、氮化钛0.3-0.8%、钇0.1-0.5%、铒0.1-0.5%；余量为石墨。其制备方法包括如下步骤：（1将石墨、沥青加入混捏机中混捏30-60min后，冷却，得混合物料；（2）将混合物料装入模具中压实并抽真空处理，再送入等静压机进行静压成型，脱模后得到生坯料；（3）将生坯料在惰性气体保护下进行焙烧处理1-2h，焙烧的温度为900-1100℃，得石墨块；（4）将焙烧后的石墨块放入抗氧化浸渍剂进行加压浸渍处理3-6h后，所述抗氧化浸渍剂包括以下原料组成：磷酸二氢铝、焦磷酸钠、钨酸钠、氧化钡、碳酸锶、氟化钠、硼酸三丁酯、三乙醇胺和水；（5）将浸渍处理后的石墨块加热升温至400-500℃下保温焙烧0.5-1.5h后，再升温至850-950℃，保温0.5-1.0h，冷却至室温；（6）在步骤（5）焙烧后的石墨模块表面涂覆含有氮化硅、氮化钛、钇、铒的混合浆料，晾干后，放入石墨炉中，升温至1500-1600℃保温1-2h，再升温至2200-2400℃保温3-5h，制得耐高温抗氧化石墨模具。
上述CN110563465A、CN110563464A二种工艺制备的石墨模具在如500-650℃条件下具有一定的抗氧化性、抗压强度和导电性能，但制备工艺较为复杂，致密度低于90%，在金属铝层片材料的500-650℃感应扩散焊应用中使用寿命较短，使用成本较高；其制备步骤（4）-（6）所用的抗氧化浸渍剂、含碳化硅和氧化锆的混合浆料、含氮化硅、氮化钛、钇、铒的混合浆料基本涂覆在石墨模块的表层和表面，在石墨炉中的高温处理后所形成的涂覆物仍主要在石墨模块的表层和表面，进入石墨模块内部的较少，且在进一步精密机械磨削处理后损失较大或不便进行精密机械磨削处理。所述二种工艺步骤（6）的石墨炉高温处理过程中其浸渍剂的挥发量较多，会造成石墨炉发热、保温材料的较快腐蚀；所述浸渍剂末挥发部分或其转化生成物还容易在所述感应扩散焊的热压过程中粘附所述金属铝层片材料，降低脱模速度，有时还能将石墨模具表层粘离。
CN101550004A提供一种石墨－碳化锆抗氧化烧蚀型材料及其制备方法；该材料按体积比由10％～30％的氧化锆粉末和 90％～70％的石墨粉末制成；其中氧化锆粉末的纯度大于98％，粒径为 1μm；石墨粉末的纯度大于98％，直径为10～20μm，厚度为1～2μm。其制备方法按以下步骤进行：一、原料粉末球磨湿混后得浆料；二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干，然后研磨，得混合粉料；三、将混合粉料置于温度为1900～2100℃、压力为20～40MPa的真空条件下保温烧结30～90min，随炉冷却后取出，即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料。所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料中高强度的碳化锆是化学反应生成的，碳化锆与石墨具有更好的接触，材料的最终致密度大于90％。如其说明书第5页第二段倒数第二行等处的记载，材料显微组织观察中，可以看出白色细小的碳化锆颗粒分布在石墨基体中。
上述CN101550004A所制备石墨－碳化锆抗氧化烧蚀型材料，如基本按其实施例十四方法所制得材料，再进一步加工制成的模具，在金属铝层片材料的500-650℃感应扩散焊应用中使用寿命也较短，原因是耐磨性能不够，主要是因为显微组织中生成的碳化锆颗粒过于细小，不易达到所需如0.3-0.5μm的尺寸。
CN1235941提供一种高温抗氧化炭基复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将煅焦粉、沥青粉、石墨粉和B4C按(20-40)∶(1-10)∶1∶(1-5)的重量比，均匀混合后球磨0．5-2小时，在20MPa压力下，2000-2300℃的温度条件热压得到石墨基体材料；(2)将步骤(1)得到的石墨基体材料表面采用SiO2蒸气的化学气相渗透扩散制备梯度SiC涂层，以SiO2和碳粉或硅粉为原料按SiO2∶C或Si=1∶1重量比，在真空条件下于1500-1600℃对石墨基体材料硅化1小时，即得到产品。
该CN1235941末披露其所用碳化硼粉的物化指标情况。现市场上可购买、使用的碳化硼粉有工业粉和纳米粉两种。工业碳化硼粉由电弧熔炉法生产块料，再经破碎、粉碎制成，粉粒大，有尖锐边角，微粒外形尺寸一般10μm以上，在所制备炭基复合材料产品中大部分保留，其外形和尺寸基本不变，使所制备炭基复合材料无法用作所述金属铝层片材料感应扩散焊的模具材料，原因是分散在石墨中的有尖锐边角、外形尺寸10μm以上碳化硼微粒导致该炭基复合材料不易通过机械磨削获得所述金属铝层片材料感应扩散焊模具材料所需1.6μm以内的表面光洁度。所述模具材料1.6μm以内的表面光洁度要求，是为避免金属表面粗糙度的提高和耐氧化性能降低。有的纳米碳化硼粉微粒外形接近于球形，外形尺寸如50nm左右，其价格较高，较难与煅焦粉、沥青粉、石墨粉等碳素原料混匀，在如CN 1235941披露制备工艺中较难长大到所需如0.3μm以上的尺寸，不易起到提高所得炭基复合材料耐磨性的作用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种石墨基耐氧化型材、制备方法及在金属铝层片材料感应扩散焊模具中的应用。
本发明的石墨基耐氧化型材，以质量份数比例计，其制备原料包括石墨粉75-85份、氮化硼粉15-30份、水性碳黑5-10份、硼酸2-5份；所述石墨粉质量纯度≥99.9%，体积平均粒径12-30μm，比表面积15-35m2/g；所述氮化硼粉，体积平均粒径1-3μm，比表面积20-40m2/g，BN质量含量≥99%，氮、硼、氧、碳以外元素的质量含量≤0.1%；所述水性碳黑中C的质量含量≥96%，平均粒径15-30nm，比表面积100-150m2/g，碳、氧、氮、硫以外元素的质量含量≤0.1%。
本发明石墨基耐氧化型材的一种制备方法，包括如下步骤：
（1）将所述水性碳黑与硼酸置于带搅拌容器，加水40-80份，加热至40-60℃，搅拌至硼酸全部溶解及水溶碳黑分散均匀后喷雾造粒，得平均直径25-150μm的碳黑-硼酸造粒粉；所述喷雾造粒的热空气入口温度为150-180℃，排气温度为80-90℃；
（2）所述碳黑-硼酸造粒粉粉碎处理至平均直径2μm以下，得碳黑-硼酸微粉；
（3）将石墨粉、氮化硼粉及碳黑-硼酸微粉混匀后球磨，装入热压炉，抽真空至100Pa以下并加压至20-30MPa，以20-30℃/min速率升温至1200-1300℃，再以10-15℃/min速率升温至1900-2000℃，保温2-4h后在10-20℃/min速率升温至2000-2100℃，保温1-3h后停止加热，降温至150℃以下出炉，出炉前维持100Pa以下真空和20-30MPa压力；
（4）步骤（3）出炉块料切削去除表层后得石墨基耐氧化型材。
检测所得石墨基耐氧化型材中，氮化硼已全部转化，石墨晶粒间弥散了大量碳化硼即B4C晶粒；所述碳化硼晶粒的边缘都有一定的圆润度，而无锐角或尖角；碳化硼晶粒的90%以上尺寸为0.3-0.5μm，0.7μm以上尺寸的低于3%，基本末发现1.0μm以上尺寸的碳化硼颗粒。
所得石墨基耐氧化型材的其它测试结果情况，如下表1所列。其中，热导率测试方法为激光闪射法。500℃-650℃热震循环用磨削到1.6μm表面光洁度的200x100x10mm试块，在空气氛用1000W左右的感应加热功率加热，在500℃、650℃温度各保持2-3min，由650℃到500℃的降温通过覆盖温度为室温-300℃的250x130x30mm金属铝板进行；或用磨削到1.6μm表面光洁度的Φ60x10mm试块，在空气氛用200W左右的感应功率加热，在500℃、650℃温度各保持2-3min，由650℃到500℃的降温通过覆盖温度为室温-300℃的100x100x20mm金属铝板进行。
表1 石墨基耐氧化型材的部分测试结果
Figure 96188DEST_PATH_IMAGE001
。
表1测试结果，说明所得石墨基耐氧化型材在500℃、650℃空气氛的耐氧化性能很高，导电、导热性能非常稳定，说明石墨晶粒或颗粒可接触空气的表面，已严密覆盖了碳化硼致密层，该碳化硼致密层及碳化硼晶粒在650℃以下温度的空气条件下非常稳定，不发生氧化，这是本发明石墨基型材耐氧化的根本原因。这也与有些文献所报道电弧熔炉-研磨法所产工业碳化硼粉在600℃空气条件下即会发生显著氧化和增重的情况不同，所述工业碳化硼粉不耐氧化的原因包括其高温制备反应过程短/速度快（用氧化硼和高比表面积、高活性的炭材料作原料，以电弧供热，反应至碳化硼熔融温度2350℃以上）、杂质含量较高（碳化硼纯度一般低于98%）、高强度研磨造成裂纹和缺陷；而本发明石墨基耐氧化型材中，所述碳化硼致密层、碳化硼亚微米晶粒主要由氮化硼在所述1900-2000℃条件以极低速率挥发，再与较低比表面积、较低活性的石墨等炭材料缓慢生成碳化硼再经过2000-2100℃的老化过程，所得碳化硼涂层致密、石墨晶粒或颗粒包覆完全、杂质含量极低，所得亚微米碳化硼的晶粒完美、充分、杂质含量极低，因而能够在650℃空气氛500h热处理、在100次的500℃-650℃热震循环后都基本不发生氧化，从而避免了石墨基型材的性能基本稳定而不发生变化。
本发明石墨基耐氧化型材制备过程中各步骤的主要作用或反应包括：步骤（1）碳黑-硼酸微粉中，硼酸或其初步热分解脱水物分散在碳黑颗粒间和碳黑颗粒表面；步骤（3）石墨粉、氮化硼粉及碳黑-硼酸微粉混匀、球磨后，在升温过程中碳黑-硼酸微粉的硼酸或其初步热分解脱水物全部脱水生成氧化硼熔融，吸纳、涂覆在碳黑晶粒内及表面，在如1600℃后开始生成较多碳化硼晶种，在如1800℃后主要是1900-2000℃保温阶段一部分氮化硼缓慢挥发与碳黑生成碳化硼缓慢沉积到所述碳化硼晶种上并继续长大成晶粒，一部分氮化硼缓慢挥发与石墨生成碳化硼缓慢沉积到石墨晶粒的内部及表面，直至所述氧化硼、氮化硼都与所述碳材料反应完全；2000-2100℃保温过程中，之前生成的碳化硼通过缓慢挥发、内部重结晶、杂质排出和/或挥发，使涂层致密化和将石墨晶粒或颗粒包覆完全，所得碳化硼晶粒达到0.3-0.5μm尺寸且没有锐角或尖角。
本发明石墨基耐氧化型材制备过程步骤（3）的热压炉升温过程中，采用了较快的升温速率，其目的之一是为避免硼酸热分解所得氧化硼在慢速升温过程中的挥发损失所造成热压料块外缘生成碳化硼晶种数量较少，而导致所进一步生成0.3-0.5μm碳化硼晶粒数量较少和晶粒尺寸过大的问题；其目的之二是为减轻石墨晶粒、碳黑晶粒、氮化硼晶粒在慢速升温过程中的过度生长、重结晶、比表面积下降过快而导致石墨、碳黑、氮化硼的反应、挥发活性快速降低，及进一步导致所生成0.3-0.5μm碳化硼晶粒数量较少和晶粒尺寸过大的问题。
本发明石墨基耐氧化型材制备过程步骤（3）的热压炉升温过程中，升温至1200℃后，若末经1900-2000℃保温反应阶段，而由1200℃直接升温至如2050-2100℃，保温如3h后停止加热，则所得石墨基型材中，石墨晶粒间弥散的碳化硼即B4C晶粒数量会明显变少，碳化硼晶粒大多尺寸为1.0μm以上，且很多超过2.0μm，使所得石墨基型材无法机械磨削至1.6μm表面光洁度。这说明氧化硼与碳黑生成碳化硼晶种又因挥发、重结晶而数量较少，及氮化硼挥发过快、碳化硼晶粒生长过快，而导致碳化硼晶粒数量的明显变少和尺寸过大。
本发明的石墨基耐氧化型材，可用作金属铝层片材料感应扩散焊热压成型的模具材料，其经过机械磨削加工，达到如1.6μm表面光洁度和所需结构、尺寸及必要附件后，所得单套模具在金属铝层片材料500-650℃感应扩散焊热压成型的应用中，电阻率低、导热率高、耐氧化、耐热震，性能稳定，与金属铝的接触面相互不粘附，易脱模，接触面光洁度降低很慢、磨损极轻，可具有如20000次以上的热压成型加工量和3月以上的使用寿命，且使用期间与金属铝的接触面光洁度降低、磨损后可经多次磨削处理而性能基本不降低。所述石墨基型材模具与金属铝的接触面，其相互不粘附和易脱模的原因，主要是石墨与金属铝间不浸润和无易粘附金属铝的涂层；接触面可达到如1.6μm表面光洁度的原因，主要是石墨晶粒或颗粒间碳化硼晶粒基本具有0.3-0.5μm尺寸且没有锐角或尖角；接触面光洁度降低慢、磨损轻的原因，主要是所述0.3-0.5μm尺寸且没有锐角或尖角的碳化硼晶粒较均匀地弥散在石墨中且与石墨形成了良好结合，其中将石墨晶粒或颗粒完全包覆的致密碳化硼涂层对所述0.3-0.5μm碳化硼晶粒与石磨晶粒或颗粒间的结合也有很大助益；这些特点的存在，使本发明石墨基型材，在金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的应用中获得了较好的整体性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行具体描述和说明，但不构成对本发明的限制。
以下实施例、对比例中，所用石墨粉质量纯度99.9%，体积平均粒径19μm，比表面积22m2/g；所用氮化硼粉，体积平均粒径1.8μm，比表面积27m2/g，BN质量含量99.2%，氮、硼、氧、碳以外元素的质量含量≤0.1%；所用水性碳黑中C的质量含量≥96%，平均粒径20nm，比表面积118m2/g，碳、氧、氮、硫以外元素的质量含量≤0.1%。
实施例1
本发明石墨基耐氧化型材的一种制备方法，包括如下步骤：
（1）将所述水溶碳黑80g与硼酸30g置于带搅拌容器，加水600g，加热至50℃，搅拌至硼酸全部溶解及水溶碳黑分散均匀后喷雾造粒，得平均直径60μm的碳黑-硼酸造粒粉；所述喷雾造粒的热空气入口温度为170℃，排气温度为85℃；
（2）所述碳黑-硼酸造粒粉粉碎处理至平均直径1.3μm，得碳黑-硼酸微粉；
（3）将石墨粉800g、氮化硼粉200g及全部碳黑-硼酸微粉混匀后球磨，取约120g装入热压实验炉，抽真空至50Pa左右并加压至25MPa，以25℃/min速率升温至1200℃，再以15℃/min速率升温至1950℃，保温3h后再以12℃/min速率升温至2050℃，保温2h后停止加热，降温至150℃以下出炉，出炉前维持50Pa以下真空和25MPa压力；
（4）步骤（3）出炉块料切削去除表层后得石墨基耐氧化型材。
以上步骤（3）的实验炉热压及步骤（4）重复6次，以获得足够的石墨基型材样品用于测试。
检测所得石墨基型材中，氮化硼已全部转化，石墨晶粒间弥散了大量碳化硼即B4C晶粒；所述碳化硼晶粒的边缘都有一定的圆润度，而无锐角或尖角；碳化硼晶粒的92%以上尺寸为0.3-0.5μm，0.7μm以上尺寸的低于3%，基本末发现1.0μm以上尺寸的碳化硼颗粒；显微分析发现，在石墨晶粒或颗粒的表面，覆盖了碳化硼致密层。所得石墨基型材容易机械磨削至1.6μm表面光洁度；先加工至尺寸Φ60x10mm，再将一面磨削至1.6μm表面光洁度，制成石墨基型材试块；在室温、空气条件下，以0.1MPa压力将所得表面光洁度1.6μm的试面按压在表面光洁度1.6μm的固定金属铝磨块之上，再以30mm/min速率移动所述石墨基型材试块共200mm，结果是石墨基型材试块试面的表面光洁度末降低，说明其耐磨性较好，符合金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的耐磨性要求。
所得石墨基耐氧化型材的其它测试结果情况，如下表2所列。其中，热导率测试方法为激光闪射法；500℃-650℃热震循环用1.6μm表面光洁度、尺寸为Φ60x10mm试块，在空气氛用200W左右的感应功率加热，在500℃、650℃温度各保持2-3min，由650℃到500℃的降温通过覆盖温度为室温-300℃的100x100x20mm金属铝板进行。
表2 石墨基耐氧化型材的部分测试结果
Figure 176139DEST_PATH_IMAGE002
。
对比例1
基本重复实施1的步骤（1）-（4）操作，区别在于末用水性碳黑。
结果是所得石墨基型材中氮化硼已全部转化，石墨晶粒间弥散了比实施例1少得多的碳化硼即B4C晶粒，其中碳化硼晶粒的45%左右尺寸为0.3-0.5μm，40%左右尺寸为0.7μm以上，有较多1.0μm以上尺寸的碳化硼颗粒。所得石墨基型材较难机械磨削至1.6μm表面光洁度。
对比例2
基本重复实施1的步骤（1）-（4）操作，区别在于末用硼酸。
结果是所得石墨基型材中氮化硼已全部转化，石墨晶粒间仅弥散了少量碳化硼即B4C晶粒，且碳化硼晶粒大多尺寸为1.0μm以上，其中大部分在1.5μm以上。所得石墨基型材无法机械磨削至1.6μm表面光洁度。
对比例3
基本重复实施1的步骤（1）-（4）操作，区别在于末用氮化硼粉。步骤（3）的实验炉热压及步骤（4）重复3次，以获得所需的石墨基型材测试样品。
测试结果之一是所得石墨基型材中氧化硼已全部转化，石墨晶粒间弥散了少量碳化硼即B4C晶粒，但碳化硼晶粒大多尺寸为0.2μm以下。所得石墨基型材容易机械磨削至1.6μm表面光洁度，但按照实施例1所述与表面光洁度1.6μm的固定金属铝磨块进行的耐磨性试验，结果是石墨基型材试块试面的表面光洁度明显降低，说明其耐磨性不好，不符合金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的耐磨性要求。
测试结果之二是所得石墨基型材的耐氧化性能显著降低。650℃空气氛氧化试验中，12h失重0.1%，20h失重0.3%，说明石墨晶粒或颗粒末能完全包覆致密碳化硼涂层，或碳化硼涂层不致密。所述20h的650℃空气氛氧化试验后，测试样品的电阻率提高16%，抗弯强度降低8%。
对比例4
基本重复实施1的步骤（3）-（4）操作，区别在于步骤（3）的热压炉升温过程中，每一个升温速率都减半。
所得石墨基型材测试结果表明，氧化硼转化不完全，石墨晶粒间弥散的碳化硼即B4C晶粒数量明显变少，碳化硼晶粒大多尺寸为0.8μm以上，且很多超过1.5μm，尤其是热压料块外缘部分；所得石墨基型材较难机械磨削至1.6μm表面光洁度。
对比例5
基本重复实施1的步骤（3）-（4）操作，区别在于步骤（3）的热压炉升温过程中，升温至1200℃，再以15℃/min速率直接升温至2050℃，保温3h后停止加热，而末经1950℃保温3h的阶段。
所得石墨基型材测试结果表明，石墨晶粒间弥散的碳化硼即B4C晶粒数量明显变少，碳化硼晶粒大多尺寸为1.0μm以上，且很多超过2.0μm；所得石墨基型材无法机械磨削至1.6μm表面光洁度。
实施例2
基本按实施1的步骤（1）-（4）方法和投料比例，用工业设备制备石墨基耐氧化型材一块约20kg。区别在于步骤（1）中所得碳黑-硼酸造粒粉平均直径为78μm；步骤（2）碳黑-硼酸造粒粉粉碎处理至平均直径1.5μm；步骤（3）工业热压炉操作中保持10Pa左右真空。
所得石墨基型材切割出多个较小试块用于检测，切割出多个较大试块并制成模具材料用于金属铝层片材料感应扩散焊热压成型应用试验。
所得石墨基型材检测试块中，氮化硼已全部转化，石墨晶粒间弥散了大量碳化硼即B4C晶粒；所述碳化硼晶粒的边缘都有一定的圆润度，而无锐角或尖角；碳化硼晶粒的90%以上尺寸为0.3-0.5μm，0.7μm以上尺寸的低于2%，基本末发现1.0μm以上尺寸的碳化硼颗粒。所得石墨基型材容易机械磨削至1.6μm表面光洁度；先加工至尺寸Φ60x10mm，再将一面磨削至1.6μm表面光洁度，制成石墨基型材试块；在室温、空气条件下，以0.1MPa压力将所得表面光洁度1.6μm的试面按压在表面光洁度1.6μm的固定金属铝磨块之上，再以30mm/min速率移动所述石墨基型材试块共200mm，结果是石墨基型材试块试面的表面光洁度末降低，说明其耐磨性较好，符合金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的耐磨性要求。
所得石墨基耐氧化型材的其它测试结果情况，如下表3所列。其中，热导率测试方法为激光闪射法；500℃-650℃热震循环用磨削到1.6μm表面光洁度的200x100x10mm试块，在空气氛用1000W左右的感应功率加热，在500℃、650℃温度各保持2-3min，由650℃到500℃的降温通过覆盖温度为室温-300℃的250x130x30mm金属铝板进行。
表3 石墨基耐氧化型材的部分测试结果
Figure 529760DEST_PATH_IMAGE003
。
所制成模具的应用面具有1.6μm表面光洁度，在金属铝层片材料感应扩散焊热压成型的用户应用试验中，典型的模具温度范围条件500-650℃，压力10MPa，铝箔厚度0.12mm，25层叠压。模具的石墨基型材表现出电阻率低、导热率高、耐氧化、耐热震，性能稳定，与金属铝的接触面相互不粘附，易脱模，接触面光洁度降低很慢、磨损极轻等优点，单套模具热压成型加工量超过20000次，使用寿命3月以上，使用期间与金属铝的接触面光洁度降低、磨损后经过了5次磨削处理而性能基本不降低，每次磨削处理后模具的应用面都可达到1.6μm表面光洁度。

Claims (7)

1.一种石墨基耐氧化型材，以质量份数比例计，其制备原料包括石墨粉75-85份、氮化硼粉15-30份、水性碳黑5-10份、硼酸2-5份；所述石墨粉质量纯度≥99 .9%，体积平均粒径
12-30μm，比表面积15-35m2/g；所述氮化硼粉，体积平均粒径1-3μm，比表面积20-40m2/g，BN质量含量≥99%，氮、硼、氧、碳以外元素的质量含量≤0.1%；所述水性碳黑中C的质量含量≥96%，平均粒径15-30nm，比表面积100-150m2/g，碳、氧、氮、硫以外元素的质量含量≤0.1%；
所述石墨基耐氧化型材的制备方法，包括如下步骤：
（1）将所述水性碳黑与硼酸置于带搅拌容器，加水40-80份，加热至40-60℃，搅拌至硼酸全部溶解及水溶碳黑分散均匀后喷雾造粒，得平均直径25-150μm的碳黑-硼酸造粒粉；所述喷雾造粒的热空气入口温度为150-180℃，排气温度为80-90℃；
（2）所述碳黑-硼酸造粒粉粉碎处理至平均直径2μm以下，得碳黑-硼酸微粉；
（3）将石墨粉、氮化硼粉及碳黑-硼酸微粉混匀后球磨，装入热压炉，抽真空至100Pa以下并加压至20-30MPa，以20-30℃/min速率升温至1200-1300℃，再以10-15℃/min速率升温至1900-2000℃，保温2-4h后以10-20℃/min速率升温至2000-2100℃，保温1-3h后停止加热，降温至150℃以下出炉，出炉前维持100Pa以下真空和20-30MPa压力；
（4）步骤（3）出炉块料切削去除表层后得石墨基耐氧化型材。
2.如权利要求1所述石墨基耐氧化型材，其特征在于，其制备原料包括石墨粉80份、氮化硼粉20份、水性碳黑8份、硼酸3份。
3.如权利要求1所述石墨基耐氧化型材，其特征在于，所述石墨基耐氧化型材中，石墨晶粒间弥散碳化硼晶粒；所述碳化硼晶粒的边缘无锐角或尖角；碳化硼晶粒的90%以上为0.3-0.5μm尺寸。
4.如权利要求1或3所述石墨基耐氧化型材，其特征在于，所述石墨基耐氧化型材中，在石墨晶粒或颗粒的表面，覆盖了碳化硼致密层。
5.如权利要求1所述石墨基耐氧化型材作为金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的应用。
6.如权利要求5所述石墨基耐氧化型材作为金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的应用，其特征在于，所制备金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具的应用面，具有1.6μm表面光洁度。
7.如权利要求5所述石墨基耐氧化型材作为金属铝层片材料感应扩散焊热压成型模具材料的应用，其特征在于，模具中所述石墨基耐氧化型材的操作条件为空气氛和温度500-650℃。
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