石墨微粉球形化研究.doc

石墨微粉球形化研究V01(10第10卷专辑中国粉体技术SpecialoN?(20042004年11月ScienceChinaPowderandTechnology石墨微粉球形化研究王富祥,盖国胜(清华大学材料系粉体工100084)程研究室,北京摘要:天然鳞片石墨为层状结构呈各向异性,且天然鳞片石墨微粉的松装密度和振实密度太低,不利于球形燃料元件的压制。本研究利用微细粒子复合化系统(microa,nanoparticlessystem,Pcs)position球形化处理。在高速气流和转子的冲击下,石墨微粉由于受粒子之间的相互碰撞、摩擦和剪切等作用快速卷曲、成球、密实。经球形化处理后研究发现:鳞片石墨微粉长径比变小,球形度系数有了很大提高,各向异性的影响减小;同时粒度分布变窄,松装密度和振实密度也大幅度提高。关键词:石墨;球形化;松装密度;振实密度;长径比天然石墨导电导热性能好,结晶度高,具有良好的层状结构,化学稳定性好。耐酸耐碱,除氧化剂外,有机溶剂和活性气体对它都不起作用。因此石墨广泛应于冶金、化工、炼油、机械、轻工、电子、航天和核工业等部门,如绿色环保型无汞碱性电池电极材料、锂离子电池阴极材料和高温气冷堆堆芯结构和反射层的材料。10MW高温气冷堆中使用全陶瓷球形燃料元件可提高反应堆的运行效率及安全性。反应堆中使用27000个直径6cm的球形燃料元件。每个球形燃料元件均由弥散分布在基体石墨中的8300余个包覆燃料颗粒经压制及高温处理而成。球形燃料元件的制造使用橡胶模具冷准等静压工艺,其设计指标对基体石墨有着非常严格的要求。而天然鳞片石墨为层状结构,各向异性度大、辐照性能较差,且天然鳞片石墨微粉的松装密度和振实密度太低,不利于球形燃料元件的压制。为了改善天然石墨的形貌,该领域的科学工作者已做了大量的研究。何明等采用高能球磨和特殊粉碎分级工艺分别对微晶石墨形貌进行了研究。高能球磨得到的颗粒形貌虽然有些改观,但存在较多很碎的细屑,细屑增多,粉末粒度分布范围宽,比表面积增大[2]2。我们在从日本引进的微细粒子复合化系统(PCS)基础上,通过适当的处理改进,利用复合粒子化系统对天然的鳞片石墨进行球形化处理,取得了较好的效果。1实验1(1实验材料鳞片石墨由青岛南墅石墨有限公司提供,含碳99,以上。1(2球形化处理与检测设备微细粒子复合化系统(micmn,positionsystem,PCS);粉体特性测试仪,BT一1000,清华大particles学粉体技术开发部和丹东市百特仪器有限公司联合研制;BT一9300型激光粒度仪,丹东市百特仪器有限公司生产;光学显微镜,L2000A,广州光学仪器厂生产;扫描电子显微镜(SEM),JSM一6301F,日本JEOL公司制造。1(3实验工艺原理PCS系统是用于粉体表面改性处理的实用化装置,目前已在许多行业、领域得到应用。PCS系统的基本处理形式主要分三大类(见图1)[3J:固定化处理,用于改善表面材质,创制复合材料;成膜处理,主要用于药物干式涂层处理,延缓药力的释放时间;球形化处理,不对粒子作复合处理,只是利用不同材质如金属、树脂、矿物粉体本身的塑性变形性,在冲击力作用下,将形状不规则的粒子打磨成球状或选球状,从而提高流动性,第七届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会?Special?69调整松散、振实密度和比表面积等。本实验