各向同性焦的制备

各向同性焦是指其物理和化学特性不随其空间方向变化而变化，即在各个方向上的热膨胀系数(CTE)、比电阻等指标是大致相同的。微观上，各方向的光学结构均为细镶嵌结构，无单一取向性。各向同性焦的各向同性可以用CTE比率来表征，即径向和轴向CTE的比值，有资料也称各向同性度，一般范围在1.0-1.1。

各向同性焦目前国内研究较少，且处于实验室研究阶段，国外相关的研究相对较多。研究各向同性焦的制备方法主要从以下三方面展开：

(1)选择合适的原料，UtaklaWatam提供了一种利用煤快速热解生成的液态产物或沥青为原料制备各向同性焦的方法，煤热解温度耋750℃，较适宜的温度为600-650℃，恒温时间小于5秒，然后对煤快速热解的液态产物或沥青进行炭化获得各向同性焦。Koelling Georg选择经低温炭化的焦油沥青做原料，控制其氢、碳含量和软化点，加热至900-1300℃生成了各向同性度较低及杂质较低的各向同性焦；选择分子结构及组成合适的原料来生产各向同性焦是一种最直接的方法，生产成本相对较低，但原料来源可能易受限制甚至不易获得。屈滨等以廉价的煤沥青为原料，将其喹啉不溶物含量调配至5％～25％，调整聚合反应，炭化反应的升温速率、反应温度及恒温时间来控制小球体的数量和粒径，最终制得的各向同性焦微观呈现为致密均匀的细镶嵌结构，宏观上CTE比率接近1，粒子稳定性不小于90％；该方法简单、经济、可控性强，适于大量生产。

(2)空气氧化法，山西煤化所的凌立成等人的专利CNl306070A公开了一种用煤焦油或石油焦渣油蒸馏液为原料制备各向同性焦炭的方法，将煤焦油或石油焦渣油蒸馏液置于反应器中加热，加热到120℃时，开始搅拌并通人一定流量的含氧气体，反应温度为260—430℃，达到反应温度后恒温5—15小时，得到氧化的煤焦油或石油渣油蒸馏物，然后将其在460～500℃、0．1。1MPa，氮气保护条件下焦化成光学组织为细镶嵌或极细镶嵌组织的各向同性焦。专利号为uS5066385公开了一种各向同性焦生产方法，以石油渣油为原料，经400-600℃空气氧化提高软化点至120-240℃后，将其与裂解焦油(其硫含量比石油渣油原料低)混合，混合物料进行延迟焦化得到低硫、低CTE的各向同性焦。专利号为US3960704公开了一种各向同性石油焦的生产方法，一种残渣，例如来源于原料分馏塔底的残留物，对其吹空气(氧化)提高其软化点至120-240℃，经空气氧化后的残油再经延迟焦化制得了CTE比率低于1.5的各向同性焦。王琳等将精制沥青经空气氧化法得到一系列不同软化点的氧化沥青，对其进行分析可得，空气吹扫可促进脱氢缩合反应和交联反应的进行，随着氧化程度的不同，氧化沥青芳氢含量、TI—QS、真密度、软化点和碳氢 比增大，而烷基氢含量和TS明显减少；轻度氧化对焦化过程中中间相组织结构影响不是很大，重度氧化可抑制中间相组织发展，得到光学各向同性程度高的各向同性焦，但过度氧化反而不利于各向同性焦的生成，所以控制氧化程度可控制最终的光学组织结构，得到CTE小、抗弯强度及真密度大、电阻率及灰分小的优质各向同性焦。

(3)添加剂法，添加剂最好是元素周期表中4A，5A和硫化物，没有限制，但比较有用的是锡Sn，砷As，红磷，铅Pb。添加了添加剂的混合油原料经延迟焦化得到各向同性焦。朱一飞研究了生产各向同性焦的原料油、沥青中的杂原子可以加速热解缩合，降低了热转化温度，在中间相生成温度到达前，体系粘度已经较大，因此阻碍了中间相继续发展，从而有利于生成各向同性结构。