3.1.1.Получение мезофазных порошков из мезофазных пеков.
Для получения частиц размерами менее 10 мкм проводят дробление мезофазного пека в шаровой мельнице в жидкости (алканы, ароматика). Затем частицы делят на фракции меньше и больше 10 мкм. Последние снова отправляют на дробление. Частицы с размерами меньше 10 мкм подвергают окислению в газовой фазе или в жидкости при нагревании при температуре ниже температуры размягчения. Данная реакция является экзотермической и необходимо
Рисунок 3.1- Схема получения KFMC.
обеспечить температурный контроль. В качестве жидкого окислителя можно использовать кислоту. Степень окисления контролируется концентрацией окисляющего агента и временем контакта его и мезофазных частиц. По окончании процесса проводят фильтрацию с промыванием растворителем полученного порошка.
Обсуждается вопрос о последовательности проведения окисления и дробления. Утверждают, что преимущественный размер частиц 10 мкм достигается сначала окислением, а затем формование порошка проводят при изостатическом прессовании. Карбонизацию осуществляют в инертной среде при температуре 750°С. Скорость нагрева должна быть контролируемой, чтобы образец не разрушился. Возможно, также объединить процессы формования и карбонизации с помощью горячего прессования окисленного порошка.
Мезофазный пек с содержанием водорода Н/С 0,44 и содержанием мезофазы больше чем 75% по объему получали нагреванием нефтяного пека Ashland с температурой размягчения 115°С. Образец измельчали в гептане до размера частиц 10 мкм. После удаления гептана порошок окисляли на воздухе при 220°С. Затем формовали заготовку диаметром 15мм и длинной 30мм при изостатическом давлении 345 МПа и комнатной температуре. Заготовка была карбонизована при 930°С со скоростью 15°С/ч в токе азота и затем выдержана в течение 4 часов, перед последующим охлаждением при комнатной температуре со скоростью 30°С/ч. Конечный продукт имел плотность 1,48г/см3, прочность 80МПа.
Установлено, что чем выше процентное содержание кислорода в конечном изделии (от 4,1 до 8,0 % мас), тем меньше прочность (от 117 до 95МПа) и плотность образца (от 1,56 до 1,47г/см3).
3.1.2.Приготовление мезофазной матрицы из расплава пека.
Применяется в изготовлении конструкционных графитированных материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, нейтронного облучения, эрозии, агрессивных сред и режимного трения. Способ переработки каменноугольного пека включает стартовый разогрев высокотемпературного пека до жидколетучего состояния и последующую карбонизацию расплава пека поднятием температуры до 550°С. Температуру расплава пека поднимают со скоростью не более 20°С/ч от температуры жидкотекучего состояния 300°С до температуры начала карбонизации и формирования мезофазных частиц в изотропной карбонизируемой массе пека 400°С. По достижении этой температуры поддерживают условия, стимулирующие рост количества и размеров частиц мезофазы путем медленного повышения температуры со скоростью не более 8°С/ч до температуры 480°С, при которой завершают формирование мезофазной матрицы. Поднятием температуры до 550°С, которое ведут со скоростью не менее 50°С/ч, производят фиксацию сформированной мезофазной матрицы путем перевода ее в твердое состояние полукокса.
Графитовые блоки, приготовленные из мезофазного углерода, превосходят по своим свойствам графитовые блоки, полученные другими способами. При этом способ получения изотропных графитовых блоков на основе мезофазных углеродных порошков гораздо проще, чем обычный способ получения графита. Он состоит из стадии подготовки сырьевого композиционного наполнителя, прессования, обжига и графитации, при этом композиционный наполнитель однофазный, не требует смешения двух систем: предварительно подготовленного наполнителя - кокса и предварительно подготовленного связующего - пека.