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石墨材料的抗氧化處理方法

2020-10-211450

眾所周知,石墨制品在制造過程中,有機碳質(zhì)原料的熱解縮聚,使人造石墨材料形成多孔性,一般氣孔率在20~30左右,其中大部分是開121氣孔,導致氧化性氣體的擴散速度及擴散深度加大,抗氧化性能變差,一般在空氣中400℃左右就開始氧化。防止石墨材料氧化的主要的措施之一就是減少石墨材料與氧的接觸面積,實質(zhì)上是 用抗氧化的物質(zhì)覆蓋在石墨材料的孔隙或活性中上,使其表面不直接暴露于空氣中。目前,石墨材料的抗氧化方法大致可分為三種:一是表面涂層 。二是氣相沉積;三是浸漬口其中浸漬法具有設備簡單 、操作容易 、效果 顯著、經(jīng)濟性好等優(yōu)點,正日益受到重視。

氣 相 沉 積 法:

熱 解 炭 和 熱 解 石 墨 具 有 良好 的 耐 高 溫 性和抗蝕性 ,所 以在 石墨材料表面通過 化學氣 相沉 積 方 法 沉 積 一 定 厚 度 的熱 解 炭 或 熱 解 石 墨 ,可 以提 高 石墨材 料 的抗 氧 化性 ,但 是 ,純 熱 解炭 涂 層  嚴 重 的缺 點 是 各 向 異 性 大 ,在 實 際 應用中容 易剝 落 。 若 在熱解炭 沉積過程 中 ,其沉積 上 鑲 嵌 針 狀 碳 化 硅 晶體 ,該 晶體 的 軸 向與 熱解炭 的基面垂直 ,便可 降低熱解炭 的各 向異性度 ,增 加熱解 炭 的 c 軸 向的強度 ,改 善其 它 性能 ,如膨 脹性 等 此外 ,垂 直鑲嵌 的針 狀碳 化硅破壞了熱解 炭的層 狀結構 ,從而減少 了熱解 炭的 層 剝 落 。 由于 硅 在 氧 化 時 形 成 S O ,熔 融 生成保護 層 , 因此 .增強 了該制 品 的耐 氧 化 性 和耐 腐 蝕 性 但 是 ,由于 其 成 本 過 高 以 及 僅 適 用于 小 尺 寸 制 品 ,因而 目前 該 技 術 主 要 應 用 于 航天航 空材料等領 域。    

浸 漬 法:

浸 演 法 即 是 用 耐氧 化 物 料 浸 漬 石 墨 材 料 ,減 少 石 墨 制 品 的氣 孔率 ,從 而 達 到 減 少 碳 與 氧接 觸 表 面的 目的 ,提高 石 墨材料 的抗 氧 化性 。為 了 達 到 令 人滿 意 的 效 果 ,應 針 對 浸 漬劑 的 具體情 況 ,采用 不 同的浸漬方 法(a) 浸 磷 酸 溶 液 _l”這 種 工 藝 方 法 簡單 易行 ,制得 的 石墨 制 品的 耐 氧 化 溫 度 達 760℃ 或更 高 。 具 體 方 法 是 把石 墨制 品浸泡在 含磷酸鹽 的磷酸溶 液 中,時間約 10 分 鐘 。 然 后 ,將 浸 泡 的 制 品 至 少 加 熱 到500 ~C ,約 5— 10 分 鐘 。 經(jīng) 680"C 和 800~C 的 氧化 試 驗 表 明 ,經(jīng) 浸 泡 的 石墨 制 品 耐 氧 化 性 比 沒浸 泡 的 石 墨 制 品 明 顯增 強 。(b ) 浸 硼 硅 酸 玻 璃 0把 硼 硅 酸 玻 璃 放 在 浸 漬 裝 置 中的 不 銹 錒坩 堝中 ,抽真 空加熱熔化 ,放入石 墨制 品 ,輸 入氨 氣維 持 一定 時間使熔化 的玻 璃 浸入 到石 墨制 品 中 。浸漬 后 的 石 墨 制 品 比 浸 漬 前 的石 墨 制品性 能大 有 提 高 。其 中 ,抗 壓 強 度 增 加 一 倍 ,抗折 強 度 增 加 一 倍 多 ,氣 孔 率 明顯 下 降 ,而 電 阻率 幾 乎 沒 有 變 化 耐 氧 化 性 增 強 ,氧 化損 耗 顯著 減 少 。(c)浸 防 氧 化 劑 _l浸漬劑是 防氧化劑 ,該 防氧化劑是 一種 或兩種 以上堿 土族金 屬 無機鹽 與一 種或兩 種磷酸 或 磷 酸 鹽 組 成 的 混合 物 在 該 防 氧化 混 合 物中 填 加 少 量 Si、C a 等 金 屬 鹽 組 成 的 導 電 性 輔助 劑 和 穩(wěn) 弧 劑 ,則 可 制 得 良好 耐 弧 性 和 導 電性的 制 品 。 浸 防氧 化 劑 的 石 墨 制 品 , 經(jīng)70 01C 的 6 小 時 試 驗 表 明 ,石 墨 制 品 表 面 無 氧化 現(xiàn) 象 。(d ) 浸 金 屬 鹽 【選 用 耐 熔 金 屬 鹽 飽 和 溶 液 作 浸 漬 劑 ,浸 漬后 的 石 墨制 品 在 高 溫加 熱 前 ,用 氫 氧 化 銨 或 硫酸 氫銨 水溶 液浸 泡石 墨制 品 l0 分鐘 ,使 沉 積在 孔 中 的 耐 熔 金 屬 鹽 轉 變 為 氧 化 物 。 然后 ,在真空 或保護氣體 中高溫 加熱石墨制 品,使金屬氧 化物轉 變?yōu)樘?化物 。此方法 可應用于 石墨的 尖 端 ,特 別 是 在 控 制 碳 濃 度 的 熔 煉 條 件下 。石 墨 材 料 抗 氧 化 處 理 的 方 法 除 以 上 三 種方法外 還有混 合法和程涂 法 。混合 法既是在 生產(chǎn) 石 墨 制 品 的 過 程 中 ,混 入 耐 熔 金 屬 或 混 入金屬 粉 浸 涂 法 則 是 綜 合 了 浸 漬 法 和 涂 層 法 優(yōu)點 ,縮 小了翩 品與氧的接 觸表 面積 。 當然 這 種 處 理 方 法 取 決 于 制 品 的 用 途 和 所 使 用的 處 理 劑 。人 造 石 墨 通 常 采 用 浸 漬 的 方 法 處理 ,浸漬溶 液 的成 本 及浸漬 處理 和 相關 處理 的 費用 都 不 很 高 , 因而 是 提 高 質(zhì) 量 ,增 強 石 墨 在 冶 煉 中的 抗 氧 化 性 的 有 效 的 方 法 。