由極細顆粒碳組成的活塞及其生產方法

2023-05-03 11:04:31 4

專利名稱：：由極細顆粒碳組成的活塞及其生產方法
技術領域：
：本發明涉及由極細顆粒碳組成的活塞及生產活塞毛坯的方法，和用於生產活塞的聚芳族化合物中間相粉末。特殊的鋁合金目前用作內燃機的活塞材料，其缺點是，它的密度較大，要求較高的生產精度，並且不管怎樣，其都表現出較高的磨損量。有人建議使用炭活塞以便獲得密度較小的活塞，從而有利於物質補充並減少磨損。而且，還可以減少廢氣中的汙染物。這樣的內燃機要求碳材料經改進不僅具備改善的機械性能，而且具備特殊的熱一物理性能，特別是高的導熱性。後一要求的原因是在柱筒內的燃燒過程可導致結果為過熱的所謂的「爆震」。鋁合金的活塞熱導率大約為140-160W/mK。如果碳材料取代鋁合金用於製備活塞，必須要求碳材料的熱導率至少為60W/mK。而對彎曲斷裂強度的最低要求是其值大於120兆帕，同時Weibull參數大於20。從生產碳和石墨材料的技術中知道較高的彎曲斷裂強度和較高的熱導率的要求是相互矛盾的，後者只有通過2500℃或更高溫度的高溫處理才能獲得。而如此高的溫度致使石墨晶格重結晶，從而大大地損害了機械性能，如彎曲斷裂強度。已建議碳和石墨材料用以下過程生產將顆粒化碳材料(如焦碳，碳黑，或石墨)與粘合劑進行混合，密實，和隨後碳化，粘合劑通常為熱塑性樹脂。為了獲得石墨材料，緊接著進行溫度超過2500℃的高溫處理。該方法仍然具有上述缺陷。DE3034359C2提出了一種生產碳材料的過程，該過程包括粉磨焦碳，加入粘合劑樹脂成型，在第一焙燒階段在450-700℃下焙燒成型體。用樹脂再一次浸漬焙燒後的材料，為此必須進行預冷卻；隨後在第二焙燒階段在至少1000℃下再一次焙燒浸漬後的材料使其碳化，其中，隨後的進一步石墨化步驟可在高達3000℃的溫度下進行。已知方法因混合和特別是由於要用樹脂進行浸漬而特別耗費，因為在第一焙燒階段之後要求進行中間冷卻。很長時間的浸漬和加熱時間致使效率比較低下，後者常常進行數天。所獲得的碳材料不用於活塞，而且也不適用於活塞，因為彎曲斷裂強度遠遠低於所要求的數值。DE493758A1也描述了一種通過使焦炭與樹脂粘合劑混合而生產石墨的過程。其公開的方法也極其昂貴。所用的焦炭粉末要求平均粒徑為1微米或更小，從技術角度看，這實際上是不切合實際的。與樹脂混合必須在增壓條件下通過捏煉來進行，並且必須冷卻混合物並再一次將其粉末化，從而使其平均粒徑為4微米。只有這樣的粉末才能被密實。由於高達2800℃的最終熱處理溫度，該材料的熱導率肯定會高達60W/mK的等級。儘管其沒有說明。還有，有人建議使用用碳纖維增強的碳(CFC)，(例如WO97/32814A1)。由於使用碳纖維和本身生產成本較高，因為該基體通常是通過從氣相中內部氣孔分離而形成，這樣的材料將極其昂貴。所以這樣的材料不適合於經濟地生產能與鋁活塞相媲美的活塞。在使用期間的性能也就更不知道了。也有人建議生產以聚芳族化合物中間相為基礎的碳材料。Wolf,R.等人「無粘合劑的碳-中間相用於生產高強度石墨的進展」(「DevelopmentofBinderlessCarbon-MesophaseforProductionofHightStrengthGraphites」)(Mater.；Funct.Des.；Proc.Eur.Conf.Adv.ProcessesAppl.,5TH(1997),volume2,2/341-2/344.Editor(s):Sarton,L.A.；Zeedijk,H.B.,Publisher:NetherlandsSocietyforMaterialsScience,Zwijndrecht,Netherlands)描述了一種彎曲斷裂強度為75-125兆帕；熱導率為45-60W/mK以及15W/mK的碳材料。有人建議將該熱導率為45-60W/mK的材料用作內燃機的活塞，然而，它們具有低至例如0.625％的彎曲伸張率(用Hooke’s法則由彎曲斷裂強度和彈性模量估算)。Moergentaler,K.D.「由高度剛性極細顆粒碳材料在輪廓上接近地生產內燃機用活塞的技術進展」(「DieEntwicklungeinerTechnologiefuerdiekonturnaheHerstellungvonkolbenfuerVerbrennungsmotorenaushochfestenFeinstkornkohlenstoffen」)(Werst.Verkehrstech.,Editor(s):U.Koch,Publisher:DGMInformationsgesellschaft,OberurselSymp.2,Werkstoffwoche』96,(1997)MeetingDate1996,67-72)公開了一種名為CARBOSINT的原材料，據稱該材料具有與聚芳族化合物中間相粉末相似的性能，然而，該原材料致使形成極硬的和極脆的碳材料。高的硬度要求極嚴格的加工，從而致使這些碳不太適合作為活塞進行大量生產，也因為這樣的材料的脆性而不適用。CARBOSINT具有97％不溶於甲苯的組分(TI)和57％不溶於喹啉的組分(QI)。因此，不溶於甲苯的組分與不溶於喹啉的組分之差為40％。在燒結後，比較小的燒結體表現出181-197兆帕的三點彎曲斷裂強度。尺寸為90×90×110毫米的比較大的準靜態壓制體在石墨化處理後表現出148-152兆帕的三點彎曲斷裂強度，其中加工時間需要3個月(化學評論(ChemischeRundschau),volume46,Edition13,page3；CarbonforPistons-NewMaterialforCombustionEngines)。從技術角度和經濟角度來看，這些結果說明這樣的材料是完全不能使用的。根據Wolf,R.等人「適合用作工業方法原材料的中間相粉末的確定」(「DeterminationofSuitableMesophasePowersasRawMaterialsfortheIndustrialProcess」)(ExtendedAbstracts,InternationalCarbonConference,Essen,June1992,page964-966)所述，通過燒結聚芳族化合物中間相粉末而獲得的材料三點彎曲斷裂強度為90或120兆帕，而熱導率為60或50W/mK。後一情況是硼含量為10％的含硼材料。該材料的彎曲斷裂伸長率僅為0.69和0.67。在上述所有建議中，活塞都必須用固體材料生產，而這些材料由於需要費很大的勁進行加工，因而從經濟上看，它們無法與鋁活塞相抗衡。Huettner,W.等人「EntwicklungvonkolbenausFeinkornkohlenstoff,」inErdoel,Erdgas,Kohle,volume2,February1991,pages81ff也討論了以中間相為基礎的細顆粒碳，這些碳沒有石墨化時，就已具有45W/mK的熱導率和140兆帕的彎曲斷裂強度。沒有高溫/石墨化處理的碳非常易於氧化，所以它們不適合作為活塞材料。本發明的目的是提出一種內燃機活塞及其生產方法，和能夠消除上述缺陷的合適的原材料。根據本發明，本發明的目的由用極細顆粒碳組成的活塞來實現，其彎曲斷裂伸長率大於0.8％，平均層間距離c/2小於0.35納米，在c方向上的平均晶粒粒徑大於5納米，熱導率至少為10W/mK，其中，活塞尤其基於輪廓相近的準靜態壓縮的聚芳族化合物中間相(Polyaromaten-Mesophase)活塞毛坯，該毛坯被進行高溫處理。為了實現上述目的，本發明也提出了由極細顆粒碳組成的活塞毛坯的生產方法。該方法包括以下步驟a)將聚芳族化合物中間相粉末壓縮為活塞毛坯，其幾乎具有最終的形狀；b)在常壓下和非氧化氣氛中將毛坯加熱到900-1300℃的溫度下，並保持在該溫度下(進行燒結)；c)對由b)過程形成的成型體進行高溫處理，其中將其加熱到1400-2400℃，並在該溫度下保持2-20小時(石墨化)；和d)將成型體冷卻至室溫，冷卻速度小於4K/分鐘。為了實現上述目的，本發明還提供了一種用於生產活塞毛坯的聚芳族化合物中間相粉末，其特徵在於a)其具有≥85重量％；優選≥88重量％的不溶於喹啉的組分；b)其具有≥90重量％；優選≥93重量％的不溶於甲苯的組分；並且進一步的特徵在於c)粉末在非氧化氣氛中和常壓下直至1000℃的燒結後形成成型體，其具有大於90重量％燒結前質量的質量剩餘量。本發明提出了一種活塞，其除了具有權利要求1中所述的那些參數外，特別是還具有大於0.8％的高彎曲斷裂伸長率。這種活塞在永久性操作中具有高穩定性，並且可使經濟可替代的、接近最終輪廓製成的活塞得到實用成為可能，其在內燃機，燃燒設備或往復式壓縮機中永久性使用或廣泛使用。特別是用所要求保護的粉末，並按照方法權利要求的特徵可方便地生產這樣的活塞。本發明用於生產活塞毛坯的聚芳族化合物中間相粉末在燒結期間會有低的質量損失。這對於經濟性的生產過程來說是重要的，因為較低的質量損失可允許燒結速度較高，此外由此使得將毛坯的形狀成為幾乎是其最終的形狀成為可能。粉末還表現出高的燒結活性，以使在燒結後，獲得相關的機械性能如高的彎曲斷裂強度和特別優異的彎曲斷裂伸長率。還有，粉末具有高的結晶預排列，以使得甚至在較低的溫度下進行高溫處理時熱導率仍然高。這一標準具有雙重重要性。特別是與用樹脂混合的浸漬的碳相比，使用本發明中間相粉末具有非常好的優點，因為在第一焙燒步驟或預燒結後，不要求冷卻以浸漬樹脂，而且成型體在預燒結溫度下作暫短停留後即可進一步加熱至燒結溫度。對最終處理溫度的限制大大增加了該方法的經濟效益。而且，彎曲斷裂強度和彎曲斷裂伸長率並沒有明顯的損失。本發明方法使得可大量生產與鋁活塞相媲美的碳活塞。此外，熱處理，特別是石墨化高溫處理可在較低的溫度下進行，而且可將升溫速度提高，這樣就有助於降低生產時間和減少成本。在本發明另一個優選的技術方案中，活塞熱導率大於20W/mK，而小於60W/mK，優選地小於45W/mK。令人吃驚的是，甚至正好熱導率低至小於60W/mK或45W/mK的活塞在永久性使用期間也根本不會表現出專家所擔憂的缺點，相反其性能在長時間內保持優異，只要滿足權利要求1中所述的其他限制就行。在另一個優選的技術方案中，活塞彎曲斷裂強度至少為120兆帕，優選大於140兆帕，而彎曲斷裂伸長率大於0.9％，優選大於1.0％。在另一個優選的技術方案中，在c方向上平均晶粒粒徑大於10納米，優選大於15納米。在另一個方案中，活塞可包括小於0.15重量％，優選小於0.1重量％的在活塞操作條件下可對碳氧化進行催化的元素，它們特別是來自於過渡金屬，鹼金屬或鹼土金屬元素。而且，活塞可包括小於2重量％的在活塞操作條件下可對碳氧化進行抑制的元素，如硼，矽和磷。活塞的容重最好大於1.75克/立方釐米，優選地大於1.80克/立方釐米。在本發明方法優選的技術方案中，使用了具有上述性能的聚芳族化合物中間相粉末。對聚芳族化合物中間相粉末的壓縮處理優選地在至少為80兆帕的壓力下進行，以便使毛坯製品的密度大於1.25克/立方釐米。在溫度處理時，通常將毛坯製品加熱至燒結溫度並在該溫度下保持最長120小時，優選最長50小時。在優選的實施方案中，首先將毛坯製品加熱到350-450℃之間的某一中間溫度並在該溫度下恆溫達1.5-5小時。加熱到350-450℃之間的某一中間溫度通常所需時間為4-40小時，優選地最長為20小時。將毛坯製品從上述中間溫度進一步加熱到燒結溫度通常所需時間為10-90小時，優選地最大為40小時。在優選的技術方案中，將成型製品加熱到燒結溫度，並在該溫度下恆溫直至10小時。優選地以0.1-2K/分鐘的加熱速度加熱壓制後的毛坯製品。根據本發明的加熱和保溫時間大大短於現有技術中的時間。本發明可以較高的加熱速度來操作。在本發明進一步的重要教導中，溫度優選地不是按恆速增加的，而是被分為不同的加熱速度。優選地將預燒結後的毛坯製品加熱到為900-1300℃的燒結溫度，在不同的溫度區，其加熱速度不同，二者的關係為1∶5-1∶1，其中第一溫度區延伸至600℃，第二溫度區延伸至最終的燒結溫度。在本發明優選的技術方案中，燒結成型體首先被冷卻，接著進行石墨化。為了達到這個目的，優選地以0.1-2K/分鐘的速度將成型體加熱到石墨化的溫度。在石墨化後將毛坯冷卻，最好再使毛坯進行精機械後處理和精化學後處理，以賦予活塞最終的形狀和/或調節其性能。由於毛坯成型接近最終形狀，冷卻後的毛坯很接近其最終的形狀，所以最終的成型只需進行稍許後加工。特別是不需要對毛坯內部中空的空間進行後處理。本發明優選的粉末特徵在於a)比重計測得的密度大於1.4克/立方釐米；b)氧含量小於3重量％；優選小於2重量％；c)灰餘量小於0.25重量％，優選小於0.2重量％；d)粒徑分布積累曲線中，平均粒徑d50為3-12微米，優選為5-10微米；e)粒徑分布積累曲線中，粒徑d≥20微米的粗顆粒部分小於5％。本發明還涉及由極細顆粒碳組成的活塞在內燃機，特別是由汽油，柴油，或氣體驅動的內燃機和往復式壓縮機中的應用。從權利要求書和以下本發明優選技術方案描述中，並結合附表和附圖，可看出本發明的其他優選技術方案和特徵。表1說明優選的中間相粉末的數據；表2說明燒結和高溫處理後活塞的性能；表3-5說明實施例3-5的活塞與鋁活塞相比較的數據；圖1說明運轉時間-磨損曲線；圖2說明小尺寸和中尺寸活塞的燒結程序的曲線；圖3說明大尺寸活塞的燒結程序的曲線。表1說明生產活塞所特別優選的聚芳族化合物中間相粉末。表1中沒有表現出燒結期間的質量損失，因為它取決於待燒結部件的體積、在粉末壓縮時所用的壓力，以及在燒結期間的加熱速度。優選的粉末即使在最不好的條件下，例如成型體厚度僅為10毫米的條件下也能表現出在例如為100-200兆帕的寬的壓制壓力範圍內，在例如為0.1-1.0K/分鐘的寬加熱速度範圍內，在燒結至1000℃後，質量損失明顯小於10重量％。在生產活塞的常規條件下，質量損失通常為9.5-9％。這一數據大大小於迄今所公開的聚芳族化合物中間相粉末的質量損失。對單軸壓縮厚度大約為10毫米的立方形試塊中的本發明粉末進行研究。用100-150兆帕的壓力進行密實，並在常壓下和非氧化氣氛中，以0.5K/分鐘的恆溫加熱速度將試塊燒結至1000℃。保持時間為2-15小時。隨後以1K/分鐘的速度將燒結後的試塊加熱至1800-2200℃。在最後的溫度下保持時間為2-10小時。再以低於4K/分鐘的速度將它們冷卻至室溫。隨後測定機械性能，熱導率和結晶預排列情況。機械性質測試表明與燒結後的強度相比，抗彎曲斷裂強度到1800℃時通常仍保持不變。該數據為115-145兆帕。與文獻記載一致，彈性模量在2200℃之前表現出單調降低。彈性模量的降低到1800℃時達到最大，並且伴隨彎曲斷裂伸長率與燒結後的數據相比表現出令人吃驚的增加。彎曲斷裂伸長率在燒結後典型地從0.5-0.65％增加到大於0.8％，通常大於0.9％。然而在溫度大大超過1800℃時，彎曲斷裂伸長率降低。以這些發現為基礎，相對於機械性能，最佳的最終熱處理溫度為1800℃左右。因此在1800℃的熱處理後，測試試樣的熱導率，其表現出熱導率為22-35W/mK，這取決於用不同的壓力密實粉末的狀況以及在最終1800℃的溫度下的保持時間。對同一樣品進行X射線檢測證明(c/2)平均層間距離最大為0.346納米，而垂直於層平面(Lc)的晶粒平均粒徑最小為10納米，平均為15納米。這些結果證實由特定的聚芳族化合物中間相粉末生產的碳具有再結晶能力。下面所述的內燃機活塞的生產是以這些發現為基礎的。生產用於雙衝程內燃機的最終直徑大約為40和52毫米的活塞，和生產用於四衝程內燃機的最終直徑大約為65和80毫米的活塞。通過用100-150兆帕的壓力進行準靜態壓縮壓製成型，從而使形狀幾乎接近最終的形狀，並在常壓下和非氧化氣氛中燒結活塞。燒結期間的溫度程序應適應於活塞的尺寸。對於直徑不超過65毫米的活塞而言，最終溫度大約為1000℃時，時間應小於1.5天；而對於直徑直至大約為80毫米的活塞而言，時間應小於2天。在此如所希望的涉及高加熱速度或短燒結時間。由於該加熱速度，與現有技術相比，該方法的經濟可行性得以論證。活塞在燒結後被冷卻至室溫，並在1800℃的高溫爐中進行最終處理。在不到1天的時間內將活塞加熱到該溫度。對最終處理溫度的限制和快速加熱進一步有助於提高本方法的效率。1800℃的溫度對爐結構的要求尤其低，並且與常規的最終熱處理溫度2500-3000℃的溫度相比，對爐施加的應力也大大降低，而這一常規溫度對於為使熱導率至少為60W/mK是必需的。在活塞燒結期間典型的溫度程序包括幾個先後進行的操作的步驟。其實例是直徑大約為65毫米的活塞(圖2)燒結期間的溫度程序。以大約1.4K/分鐘的平均加熱速度將溫度從室溫增加到380℃左右的溫度，在該溫度下保溫時間為2小時。接著以大約1K/分鐘的加熱速度將溫度再提高到大約600℃的溫度。在該溫度和1000℃之間的平均加熱速度大約為0.8K/分鐘。在1000℃時的保溫時間大約為2.5小時。以小於4K/分鐘的速度將其冷卻至室溫。燒結之後再進行熱後處理，其中以大約1K/分鐘的速度從1000℃開始增加到1800℃。在最終溫度下保溫時間大約為5小時。接著以小於4K/分鐘的速度將其冷卻至室溫。對於直徑較小或較大的活塞而言，應相應地調整一下溫度程序。意即對於直徑較小的活塞，加熱速度相應高一些，保溫時間就相應短一些，反之亦然。圖3說明直徑大約為80毫米的活塞的典型燒結程序。圖3中的溫度曲線基本上與圖2相似，只是加熱速度略低一些。還有，預燒結通過在略高於400℃的溫度下恆溫一定的時間來進行。在燒結和1800℃高溫處理後直徑不同的各種活塞的性能表示在表2中。以下實施例說明不同活塞的內燃機試驗結果。與現有技術中所能達到的結論相比，這些試驗獲得了令人吃驚的結果，用於雙衝程和四衝程內燃機的所有測試活塞僅除了中等熱導率外表現出優異的特性。而且沒有在文獻中記載的由中等至差的熱導率所導致的爆震。而且，內燃機效率得到了明顯的改善，同時明顯減少了廢氣中有害物的含量，當然也就減少了燃料或油的消耗量。耐磨性測試表明在剛開始的數小時之內初始磨損達到最小，其明顯低於用鋁合金製作的傳統活塞。在相同的條件下(雙衝程內燃機，活塞直徑為52毫米)對由非常細的晶粒石墨(未進一步說明)組成的活塞進行試驗表明其初始磨損量相當高。本發明由於降低了最終處理的溫度，所以本發明活塞表現出非常好的性能。具體的試驗實施例描述如下隨後用含矽，硼或磷的化合物(聚矽氧烷，硼酸或磷酸及其酯)浸漬一些活塞從而進行化學後處理。對於常見的奧託內燃機而言，並不要求這種浸漬。但這種浸漬對於貧煤氣(Mager)或柴油用內燃機而言是有好處的。表1-所用中間相粉末的典型數據密度克/立方釐米1.42不溶於甲苯的組分(TI)重量％93不溶於喹啉的組分(QI)重量％88.5TI-QI(β樹脂)重量％4.5揮發組分*重量％9.4氧含量重量％1.6灰含量重量％0.21平均粒徑微米7.9*1000℃後表2-燒結(1000℃)後和高溫處理(1800℃)後的活塞性能活塞直徑52毫米，52毫米，65毫米，65毫米，1300℃1800℃1300℃1800℃密度克/立方釐米未測定1.861.711.84彎曲斷裂強度兆帕-141138137彈性模量GPa-15.122.914.6彎曲斷裂伸長率％-0.930.60.94表3實驗布置1試驗布置2活塞編號系列汽缸編號系列活塞編號3汽缸編號系列材料材料材料材料Alu(鋁)Alu(鋁)SintecKB3-4Alu(鋁)附圖編號附圖編號附圖編號附圖編號壓縮5.7巴壓縮6.1巴壓縮邊緣壓縮邊緣(Quetschkante)2000-4000min-1的功率試驗的算術平均值材料Pe(KW)TK(℃)TFR(℃)B(kg/h)CO(體積％)CO2(體積％)HC(ppm)Alu(鋁)2.62257.800.001.224.947.18143.60SintecKB3-42.66264.600.001.073.068.4654.00Pe=有效功率B=燃料數量TK=點火塞溫度表4實驗布置1試驗布置2活塞編號3.5汽缸編號3.5活塞編號13汽缸編號12.4材料材料材料材料Alu(鋁)Alu(鋁)SintecKS7-4Alu(鋁)附圖編號附圖編號附圖編號附圖編號STIHLSTIHLSTIHL(Mahleoriginal)(Mahleoriginal)(Mahleoriginal)壓縮10巴(冷)壓縮12.1巴(冷)壓縮邊緣1.0毫米壓縮邊緣0.7毫米塞WSR4F5000-11000min-1的功率試驗的算術平均值材料Pe(KW)TK(℃)TFR(℃)B(kg/h)CO(體積％)CO2(體積％)HC(ppm)Alu(鋁)3.99238.00242.401.965.868.462754.00SintecKS7-44.20268.20272.401.845.428.802854.80SintecKS7-44.40253.40257.601.865.389.302686.00(冷卻的)Pe=有效功率B=燃料數量TK=點火塞溫度表5實驗布置1試驗布置2活塞編號3.5汽缸編號3.5活塞編號3汽缸編號3.5材料材料材料材料Alu(鋁)Alu(鋁)SintecKS2-10Alu(鋁)附圖編號附圖編號附圖編號附圖編號STIHLSTIHLSTIHL(Mahleoriginal)(Mahleoriginal)(Mahleoriginal)壓縮10巴(冷)壓縮12.1巴(冷)壓縮邊緣1.0毫米壓縮邊緣0.7毫米9000-11000min-1的功率試驗的算術平均值材料Pe(KW)TK(℃)TFR(℃)B(kg/h)CO(體積％)CO2(體積％)HC(ppm)Alu(鋁)3.99238.00242.401.965.868.462754.00Sintec4.45254.20252.001.916.188.522553.60KS2-10Pe=有效功率B=燃料數量TK=點火塞溫度權利要求1．一種由極細顆粒碳組成的活塞，其彎曲斷裂強度最小為100兆帕，彎曲斷裂伸長率大於0.8％，平均層間距離c/2小於0.35納米，在c方向上的平均晶粒粒徑大於5納米，而熱導率至少為10W/mK。2．根據權利要求1的活塞，其特徵在於熱導率大於20W/mK。3．根據權利要求1或2的活塞，其特徵在於熱導率小於60W/mK，優選小於45W/mK。4．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它的彎曲斷裂強度至少為120兆帕，優選至少為140兆帕。5．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它的彎曲斷裂伸長率大於0.9％，優選大於1.0％。6．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它在c方向上的平均晶粒粒徑大於10納米，優選大於15納米。7．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它含有小於0.15重量％，優選小於0.1重量％的在活塞操作條件下可對碳氧化進行催化的元素，它們特別是來自於過渡金屬，鹼金屬或鹼土金屬元素。8．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它含有至多2重量％的在活塞操作條件下可抑制碳氧化的元素，其選自於硼，矽和磷。9．根據上述任何一項權利要求的活塞，其特徵在於它的容重大於1.75克/立方釐米，優選大於1.80克/立方釐米。10．根據上述任何一項權利要求的活塞，它按以下過程來生產用準靜態壓縮將聚芳族化合物中間相壓縮為幾乎具有其最終形狀的活塞毛坯製品，隨後進行高溫處理。11．一種由極細顆粒碳組成的幾乎具有其最終形狀的活塞毛坯的生產方法。該方法包括以下步驟a)將聚芳族化合物中間相粉末壓縮為活塞毛坯，其幾乎具有最終的形狀；b)在常壓下和非氧化氣氛中將毛坯加熱到900-1300℃的溫度下，並保持在該溫度下(進行燒結)；c)對由b)過程形成的成型體進行高溫處理，其中將其加熱到1400-2400℃，並在該溫度下保持2-20小時(石墨化)；和d)將成型體冷卻至室溫，冷卻速度小於4K/分鐘。12．根據權利要求11的方法，其特徵在於以0.1-2K/分鐘的加熱速度將成型體加熱到石墨化溫度。13．根據權利要求11或12的方法，其特徵在於將成型體保持在燒結溫度下達10小時。14．根據權利要求11-13任何之一的方法，其特徵在於在最長120小時，優選最長50小時的時間內將毛坯製品加熱到燒結溫度。15．根據權利要求11-14任何之一的方法，其特徵在於首先將毛坯製品加熱到350-450℃的中間溫度，並在該溫度下保持1.5-5小時。16．根據權利要求15的方法，其特徵在於在4小時-最長40小時，優選最長20小時的時間內將毛坯製品加熱到350-450℃的中間溫度。17．根據權利要求15或16的方法，其特徵在於在10-90小時，優選最長40小時的時間內將毛坯製品進一步加熱到燒結溫度。18．根據權利要求11-17任何之一的方法，其特徵在於以0.1-2K/分鐘的加熱速度加熱成型後的毛坯製品。19．根據權利要求11-18任何之一的方法，其特徵在於將預燒結後的毛坯製品加熱到900-1300℃的燒結溫度，在不同的溫度區，其加熱速度不同，二者的關係為1∶5-1∶1，其中第一溫度區延伸至600℃，第二溫度區延伸至最終的燒結溫度。20．根據權利要求11-19任何之一的方法，其特徵在於首先冷卻燒結成型體，接著再進行石墨化。21．根據權利要求11-20任何之一的方法，其特徵在於以至少80兆帕的壓力壓縮聚芳族化合物中間相粉末，從而優選地使毛坯製品的密度大於1.25克/立方釐米。22．根據權利要求11-21任何之一的方法，其特徵在於聚芳族化合物中間相粉末具有以下特徵a)其具有≥85重量％；優選≥88重量％的溶於喹啉的組分；b)其具有≥90重量％；優選≥93重量％的不溶於甲苯的組分；其中，c)粉末在非氧化氣氛中和常壓下直至1000℃的燒結後形成成型體，其具有大於90重量％燒結前質量的質量剩餘量。23．用由極細顆粒碳形成的活塞毛坯生產活塞的方法，所述活塞毛坯是按照權利要求11-22任何之一生產的，其特徵在於對冷卻後的毛坯進行機械或化學精加工後處理，從而賦予活塞其最終的形狀和/或調節其性能。24．一種用於生產碳活塞的聚芳族化合物中間相粉末，其特徵在於a)其具有≥85重量％；優選≥88重量％的不溶於喹啉的組分；b)其具有≥90重量％；優選≥93重量％的不溶於甲苯的組分；並且進一步的特徵在於c)粉末在非氧化氣氛中和常壓下直至1000℃的燒結後形成成型體，其具有大於90重量％燒結前質量的質量剩餘量。25．根據權利要求24的粉末，其進一步的特徵在於a)比重計測得的密度大於1.40克/立方釐米；b)氧含量小於3重量％；優選小於2重量％；c)灰餘量小於0.25重量％，優選小於0.2重量％；d)粒徑分布積累曲線中，平均粒徑d50為3-12微米，優選為5-10微米；e)粒徑分布積累曲線中，粒徑d≥20微米的粗顆粒部分小於5％26．一種根據權利要求1-10任何之一的由極細顆粒碳組成的活塞的用途，其應用在內燃機中，特別是應用在用汽油，柴油，氣體驅動的內燃機中，或應用在往復式壓縮機中。全文摘要本發明涉及一種由極細顆粒碳組成的活塞及其生產方法,以及用於生產該活塞的聚芳族化合物中間相粉末,活塞的彎曲斷裂強度至少為100兆帕,彎曲斷裂伸長率大於0.8%,平均層間距離c/2小於0.35納米,在c方向上的平均晶粒粒徑大於5納米,而熱導率至少為10W/mK,活塞的生產方法包括以下步驟:a)將聚芳族化合物中間相壓縮為活塞毛坯,其幾乎具有最終的形狀;b)在常壓下和非氧化氣氛中將毛坯加熱到900－1300℃的溫度,並保持在該溫度下;c)進行高溫處理,其中將其加熱到1400－2400℃的溫度,並在該溫度下保持2－20小時;和d)將成型體冷卻至室溫,冷卻速度小於4K/分鐘。而聚芳族化合物中間相粉末具有以下特徵:a)其具有≥85重量%的不溶於喹啉的組分;b)其具有≥90重量%的不溶於甲苯的組分;其中,c)粉末在直至1000℃的燒結後形成成型體,其具有大於90重量%燒結前質量的質量剩餘量。文檔編號C04B35/52GK1320107SQ99811177公開日2001年10月31日申請日期1999年8月20日優先權日1998年8月21日發明者R·海格曼,U·戈伊茲申請人:辛泰克科拉米克兩合公司