石墨材料的抗氧化处理方法

2020-10-211281

众所周知,石墨制品在制造过程中,有机碳质原料的热解缩聚,使人造石墨材料形成多孔性,一般气孔率在20~30左右,其中大部分是开121气孔,导致氧化性气体的扩散速度及扩散深度加大,抗氧化性能变差,一般在空气中400℃左右就开始氧化。防止石墨材料氧化的主要的措施之一就是减少石墨材料与氧的接触面积,实质上是 用抗氧化的物质覆盖在石墨材料的孔隙或活性中上,使其表面不直接暴露于空气中。目前,石墨材料的抗氧化方法大致可分为三种:一是表面涂层 。二是气相沉积;三是浸渍口其中浸渍法具有设备简单 、操作容易 、效果 显著、经济性好等优点,正日益受到重视。

气 相 沉 积 法:

热 解 炭 和 热 解 石 墨 具 有 良好 的 耐 高 温 性和抗蚀性 ,所 以在 石墨材料表面通过 化学气 相沉 积 方 法 沉 积 一 定 厚 度 的热 解 炭 或 热 解 石 墨 ,可 以提 高 石墨材 料 的抗 氧 化性 ,但 是 ,纯 热 解炭 涂 层  严 重 的缺 点 是 各 向 异 性 大 ,在 实 际 应用中容 易剥 落 。 若 在热解炭 沉积过程 中 ,其沉积 上 镶 嵌 针 状 碳 化 硅 晶体 ,该 晶体 的 轴 向与 热解炭 的基面垂直 ,便可 降低热解炭 的各 向异性度 ,增 加热解 炭 的 c 轴 向的强度 ,改 善其 它 性能 ,如膨 胀性 等 此外 ,垂 直镶嵌 的针 状碳 化硅破坏了热解 炭的层 状结构 ,从而减少 了热解 炭的 层 剥 落 。 由于 硅 在 氧 化 时 形 成 S O ,熔 融 生成保护 层 , 因此 .增强 了该制 品 的耐 氧 化 性 和耐 腐 蚀 性 但 是 ,由于 其 成 本 过 高 以 及 仅 适 用于 小 尺 寸 制 品 ,因而 目前 该 技 术 主 要 应 用 于 航天航 空材料等领 域。    

浸 渍 法:

浸 演 法 即 是 用 耐氧 化 物 料 浸 渍 石 墨 材 料 ,减 少 石 墨 制 品 的气 孔率 ,从 而 达 到 减 少 碳 与 氧接 触 表 面的 目的 ,提高 石 墨材料 的抗 氧 化性 。为 了 达 到 令 人满 意 的 效 果 ,应 针 对 浸 渍剂 的 具体情 况 ,采用 不 同的浸渍方 法(a) 浸 磷 酸 溶 液 _l”这 种 工 艺 方 法 简单 易行 ,制得 的 石墨 制 品的 耐 氧 化 温 度 达 760℃ 或更 高 。 具 体 方 法 是 把石 墨制 品浸泡在 含磷酸盐 的磷酸溶 液 中,时间约 10 分 钟 。 然 后 ,将 浸 泡 的 制 品 至 少 加 热 到500 ~C ,约 5— 10 分 钟 。 经 680"C 和 800~C 的 氧化 试 验 表 明 ,经 浸 泡 的 石墨 制 品 耐 氧 化 性 比 没浸 泡 的 石 墨 制 品 明 显增 强 。(b ) 浸 硼 硅 酸 玻 璃 0把 硼 硅 酸 玻 璃 放 在 浸 渍 装 置 中的 不 锈 锕坩 埚中 ,抽真 空加热熔化 ,放入石 墨制 品 ,输 入氨 气维 持 一定 时间使熔化 的玻 璃 浸入 到石 墨制 品 中 。浸渍 后 的 石 墨 制 品 比 浸 渍 前 的石 墨 制品性 能大 有 提 高 。其 中 ,抗 压 强 度 增 加 一 倍 ,抗折 强 度 增 加 一 倍 多 ,气 孔 率 明显 下 降 ,而 电 阻率 几 乎 没 有 变 化 耐 氧 化 性 增 强 ,氧 化损 耗 显著 减 少 。(c)浸 防 氧 化 剂 _l浸渍剂是 防氧化剂 ,该 防氧化剂是 一种 或两种 以上碱 土族金 属 无机盐 与一 种或两 种磷酸 或 磷 酸 盐 组 成 的 混合 物 在 该 防 氧化 混 合 物中 填 加 少 量 Si、C a 等 金 属 盐 组 成 的 导 电 性 辅助 剂 和 稳 弧 剂 ,则 可 制 得 良好 耐 弧 性 和 导 电性的 制 品 。 浸 防氧 化 剂 的 石 墨 制 品 , 经70 01C 的 6 小 时 试 验 表 明 ,石 墨 制 品 表 面 无 氧化 现 象 。(d ) 浸 金 属 盐 【选 用 耐 熔 金 属 盐 饱 和 溶 液 作 浸 渍 剂 ,浸 渍后 的 石 墨制 品 在 高 温加 热 前 ,用 氢 氧 化 铵 或 硫酸 氢铵 水溶 液浸 泡石 墨制 品 l0 分钟 ,使 沉 积在 孔 中 的 耐 熔 金 属 盐 转 变 为 氧 化 物 。 然后 ,在真空 或保护气体 中高温 加热石墨制 品,使金属氧 化物转 变为碳 化物 。此方法 可应用于 石墨的 尖 端 ,特 别 是 在 控 制 碳 浓 度 的 熔 炼 条 件下 。石 墨 材 料 抗 氧 化 处 理 的 方 法 除 以 上 三 种方法外 还有混 合法和程涂 法 。混合 法既是在 生产 石 墨 制 品 的 过 程 中 ,混 入 耐 熔 金 属 或 混 入金属 粉 浸 涂 法 则 是 综 合 了 浸 渍 法 和 涂 层 法 优点 ,缩 小了翩 品与氧的接 触表 面积 。 当然 这 种 处 理 方 法 取 决 于 制 品 的 用 途 和 所 使 用的 处 理 剂 。人 造 石 墨 通 常 采 用 浸 渍 的 方 法 处理 ,浸渍溶 液 的成 本 及浸渍 处理 和 相关 处理 的 费用 都 不 很 高 , 因而 是 提 高 质 量 ,增 强 石 墨 在 冶 炼 中的 抗 氧 化 性 的 有 效 的 方 法 。