热解石墨制备技术

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1、热解石墨制备技术研究——论证报告小组成员：方原、邓平、黄俊锟一、热解石墨概念热解石墨是新型炭素材料，是高纯碳氢气体在一定的炉压下，在1800℃～2000℃的石墨基体上经化学气相沉积出的较高结晶取向的热解碳，它具有高密度（2.20g/cm）、高纯度（杂质含量（0.0002％）和热、电、磁、力学性能各向异性。在1800℃左右仍能维持10mmHg的真空度。二、化学气相沉积技术简述碳的化学气相沉积是指含碳气体（主要是烃类气体）在受热分解或者燃烧过程中，经过复杂的气相反应和表面反应，在气体空间或者基体表面生成固体碳的过程（气相成碳）。烃类气体在燃烧、催化重整、裂

2、解等化学转化过程中发生的气相成碳，会降低燃烧效率、缩短反应器寿命、使催化剂失活和生成对环境有害的烟炱。因此，在这些过程中发生的气相成碳都是不利甚至是有害的，应当尽可能减少和杜绝。另外，气相成碳又是制备固体碳材料的重要方法。利用化学气相沉积技术可以制备热解石墨。三、热解石墨制备方法热解石墨是高温气相沉积的产物，目前多用中频感应加热（或扼流圈型石墨加热器加热）真空炉为其制备的主要设备。感应加热沉积炉如图3-9所示。在感应圈内设石墨发热体、石墨套筒内置沉积的基体，它们都被感应加热。启动时，先将炉内空气排除，真空度达133.3～266.6Pa以下，然后送电升温

3、，当基体达到规定沉积温度后，送入按一定比例混合的氮气和碳氢化合物气体混合物，进行热解。在这一过程中，真空泵不断地将废气抽出，而混合物则源源定量输入，经过一定时间的沉积以后，就得到规定厚度的热解炭层。整个装置分为供气、加热、排气、监控四个系统，如图3-10所示。热解用原料可以用天然气、液化石油气、煤气或苯和甲苯的蒸气等，稀释载体可用氮、氩、氢气等，以控制沉积速度和密度。基体可用钨、钼、钽等难熔金属或块状石墨，对于半导体、电子技术用的热解炭制品，则要用高纯石墨为基体，基体必须精细加工并加以抛光，以利于脱模，拐角部分应尽量采用圆弧，以减少热解炭的内应力。在沉

4、积过程中，温度、压力、气流量三个主要参数，都要力求稳定，沉积时间则根据所需热解层厚度来决定，这些参数的最佳选择需视热解石墨的用途与性质而定。一、热解石墨制备技术需要研究的方向在制备方法中已经说明，在沉积过程中，温度、压力、气流量三个主要参数，都要力求稳定，沉积时间则根据所需热解层厚度来决定，这些参数的最佳选择需视热解石墨的用途与性质而定。所以，我们需要研究的方向，就是根据热解石墨的用途与性质，从而确定需要的温度、压力、气流量三个参数的最佳数值。同时，我们又要研究一种化学气相沉积技术，尽量甚至完全避免因烃类气体在燃烧、催化重整、裂解等化学转化过程中发生的

5、气相成碳，所引发的降低燃烧效率、缩短反应器寿命、使催化剂失活和生成对环境有害的烟炱的有害效果。五、热解石墨制备技术研究成功所产生的社会及经济效益如果该热解石墨制备技术可以被研究成功，经过我们研究所确定的温度、压力、气流量三个主要参数的最佳数值，必将导致热解石墨制备的一场根本性的变革。采用我们的技术所生产的热解石墨，必将节约大量催化剂及能源，大大减少因反应器报废而产生的原料以及经济浪费，保护环境免受有害烟炱的影响，可以推动热解石墨制备工厂产生巨大的经济效益。但也要看到，该热解石墨制备技术走向工业化还有不少技术难题需要解决，还有很长一段路要走。在研究中所遇

6、到的种种困难不可低估，我们应以科学的态度和严谨的作风去解决。