專利名稱：一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸漬型抗氧化液及其應用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石墨制品防氧化助劑領(lǐng)域，特別涉及一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液及其應用方法。
背景技術(shù)：
石墨材料具有耐高溫、良好的導電導熱、抗熱震性、耐腐蝕以及合適的自我潤滑性等特點，使得它的使用范圍比較廣泛，比如石墨電極、石墨碳套以及密封器件等，但是石墨在高溫應用中存在一個很突出的缺點，即高溫時易氧化，石墨氧化后生成CO和CO2氣體，兩種氣體很快逸散，使得石墨體積減少，表面出現(xiàn)疏松狀態(tài)，影響其機械性能。特別是石墨材料在生產(chǎn)過程中形成了不可避免的孔隙，氧化作用會使得這些原本微小的孔隙產(chǎn)生變大的 趨勢，勢必會造成表面結(jié)瘤現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在硅鋼的連續(xù)退火爐中表現(xiàn)尤為突出，其結(jié)果嚴重影響硅鋼質(zhì)量，繼而影響鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以對石墨進行高溫防氧化就顯得尤為重要。目前關(guān)于石墨高溫抗氧化的處理方法大概分有三種，一是表面涂層，二是氣相沉積，三是浸潰。表面涂層法雖然在解決比較高的抗氧化溫度上有著明顯的優(yōu)勢，但是由于需要涂層和石墨之間具有良好的可以匹配的熱膨脹系數(shù)，而且要求在高溫下涂層不脫落以及滿足操作簡單等條件，使得涂層法在實際生產(chǎn)中變的不理想，目前涂層法比較適用于一些小規(guī)模的零部件的防氧化處理；氣相沉積法是通過在石墨材料表面沉積一層熱解炭或熱解石墨，從而有效的提高石墨材料的抗氧化性，但是此法的最大缺點就是成本過于高昂，這就限制了此法在實際生產(chǎn)中的應用，目前該技術(shù)主要用于航空航天領(lǐng)域；浸潰法與前兩種方法比較雖然其抗氧化溫度低一些，但是由于其具有設(shè)備簡單、操作容易、易控制、成本低等優(yōu)勢正受到重視?，F(xiàn)有用浸潰法來處理石墨制品的中國專利CN1994967A《用氧化物溶液浸潰石墨碳套處理方法》中，公開了一種石墨制品抗氧化的處理方法，利用真空加壓的方式將充分攪拌形成膠體狀的氧化物超細粉壓入石墨碳套中，以期形成陶瓷保護薄膜，隔絕氧化性氣氛起到抗氧化、耐磨的目的。存在的問題，形成的膠體狀由于其較高的粘性不易進入石墨微孔中，而且在實際工業(yè)應用中，膠狀的浸潰液會粘在石墨表面上勢必會污染與其接觸的其他器件，最重要的是該浸潰液抗氧化溫度在1000°c以下。中國專利CN1083033A《石墨制品防氧化方法》公布了一種石墨制品高溫抗氧化方法。利用在石墨制品表面涂刷或者浸滲一層硅酸鹽，經(jīng)加熱處理后形成硅酸鹽層阻隔空氣，隨著溫度的升高，該硅酸鹽分解生成硅的氧化物，進一步起到抗氧化的作用。但缺點是防氧化劑中主要成分是硅酸鹽，硅酸鹽在高溫生成的二氧化硅和碳化硅會增加石墨固有的表面硬度，且硅酸鹽和石墨之間的熱膨脹系數(shù)不一致，生成的防氧化層在升溫過程中會產(chǎn)生裂紋，降低石墨整體的防氧化效果。中國專利CN101052253A《用于碳素材料的抗氧化劑及其制作、使用方法》中公開了一種抗氧化劑，該抗氧化劑中含有硅、鋁、磷、硼等成分，且呈懸浮狀態(tài)，利用浸潰的方法處理石墨制品，使石墨制品的抗氧化溫度提升至1200°C。其存在的缺點是該抗氧化劑呈懸浮狀態(tài)，嚴重影響其利用率，且增加了機械研磨的工序，使操作成本增加，而且由于抗氧化劑呈懸浮狀態(tài)，使得進入石墨孔隙中的浸潰液濃度不均一，嚴重影響石墨樣塊整體的防氧化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于現(xiàn)有浸潰法以提高石墨制品的高溫抗氧化性能所存在的抗氧化溫度低的問題提出了采用兩種不同浸潰液的兩步浸潰法，以期通過兩種不同的浸潰液浸入到石墨微孔中同時在石墨微孔中和表面上發(fā)生反應，經(jīng)高溫熱處理后生成抗氧化膜，隔絕氧氣，實現(xiàn)石墨的高溫抗氧化性能，從而解決了一次浸潰或者一種浸潰液多次浸潰的抗氧化溫度低以及浸潰液呈懸浮狀浸潰效率低等問題。本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的
(I)本發(fā)明涉及一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液及其應用方法，其浸潰方法分為兩步浸潰，且該浸潰液分兩部分，其中浸潰液一的溶質(zhì)主要成分為 六偏磷酸鈉50-80%，硫酸鋁鉀20-50%，潰液二的溶質(zhì)主要成分為硅酸鈉30-70%，四硼酸鈉30-70%，以上各成分重量之和分別為100%。使用時，浸潰液一中溶質(zhì)與水的重量比為I O. I O. 125，浸潰液二中溶質(zhì)與水的重量比為I : 3. 3 5。(2)根據(jù)(I)配制浸潰液一，分別稱取各原料加熱溶解，溶解后的各溶液混合加熱攪拌至溶液呈澄清狀態(tài)，將石墨樣塊放入浸潰液一中，進行常壓或者在O. IMPa-O. 6MPa的壓力下靜置2 10h。(3)根據(jù)(I)配制浸潰液二，分別稱取各原料混合加熱攪拌至溶液呈澄清狀態(tài)，將浸潰過的石墨樣塊放入浸潰液二中，進行常壓或者在O. IMPa-O. 6MPa的壓力下靜置2 10h。(4)將處理后的石墨塊進行加熱烘干或者自然晾干。本浸潰處理方法有效的解決了多種有效抗氧化物質(zhì)混合后易生成沉淀使得浸潰液呈懸浮狀態(tài)降低浸潰效率的問題，且工藝簡單，操作方便，利于實際工業(yè)的應用。


附圖I :石墨樣塊(IX IX Icm)附圖2 :未經(jīng)處理的石墨樣塊在1200°C保溫I小時后的表觀形貌附圖3 :經(jīng)本發(fā)明處理的石墨樣塊在1200°C保溫I小時候的表觀形貌
具體實施例方式實施例一選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : O. I的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉30%，四硼酸鈉70%，加入與組分重量比為I : 3 3比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°c /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時,氧化失重在15%左右。實施例二選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : O. I的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉40%，四硼酸鈉60%，加入與組分重量比為I : 3. 3比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在10%左右。實施例三 選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : O. I的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。浸潰液二組分為四硼酸鈉50%，六偏磷酸鈉50%，加入與組分重量比為I : 3. 3比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，常壓浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。對比試驗三將石墨樣塊切割成IXlXlcm方塊如圖I所示，不做任何處理，放在馬弗爐中以IO0C /min的加熱速率加熱到1200°C，恒溫I小時候的狀況在圖2中呈現(xiàn)。圖3是經(jīng)過本發(fā)明處理后的石墨樣塊(采用實施例三中的處理方法)，放在馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C，恒溫I小時候的狀況。由圖2可以看出，未經(jīng)任何處理的石墨樣塊，表面呈疏松狀態(tài)，且石墨體積嚴重變小，石墨樣塊各棱角邊緣已模糊，其氧化失重在50%之上。由圖3可以看出，經(jīng)本發(fā)明處理后的石墨樣塊，棱角邊緣清晰可見，石墨的機械硬度未受影響，且氧化失重在5%以內(nèi)。實施例四選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : 0.1的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 3MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉50%，四硼酸鈉50%，加入與組分重量比為I : 3. 3比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 3MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1100°C恒溫I小時，氧化失重在1%左右。實施例五選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : 0.1的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 5MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉50%，四硼酸鈉50%，加入與組分重量比為I : 3. 3比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，O. 5MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1000°C恒溫I小時，氧化失重在0%左右。實施例六選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為O. 12的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以O(shè). 5MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉50%，四硼酸鈉50%，加入與組分重量比為I : 4比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，O. 5MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率 加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在10%左右。實施例七選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉50%，硫酸鋁鉀50%。先將組分與水以重量比為I : O. 125的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以O(shè). 5MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉50%，四硼酸鈉50%，加入與組分重量比為I : 4. 5比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，O. 5MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在15%左右。實施例八選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉60%，硫酸鋁鉀40%。先將組分與水以重量比為I : 0.125的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 6MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉60%，四硼酸鈉40%，加入與組分重量比為I : 4. 5比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，0. 6MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在20%左右。實施例九選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉60%，硫酸鋁鉀40%。先將組分與水以重量比為I : 0.125的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 6MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉60%，四硼酸鈉40%，加入與組分重量比為I : 5比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，0. 6MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在20%左右。實施例十選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉70%，硫酸鋁鉀30%。先將組分與水以重量比為I : 0.125的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以0. 6MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉60%，四硼酸鈉40%，加入與組分重量比為I : 5比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，O. 6MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在25%左右。實施例^^一選用抗氧化浸潰液一重量組分為六偏磷酸鈉80%，硫酸鋁鉀20%。先將組分與水以重量比為I : O. 125的比例進行溶解，將溶解后的溶液混合攪拌加熱至100°C左右，浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，以O(shè). 6MPa的壓力浸潰10h。浸潰液二組分為硅酸鈉60%，四硼酸鈉40%，加入與組分重量比為I : 5比例的水，攪拌加熱至100°C左右，待浸潰液呈澄清狀態(tài)后，將石墨塊放入浸潰液中，O. 6MPa的壓力浸潰10h。取出浸潰處理后 的石墨樣塊，自然晾干或者加熱烘干。將處理后的石墨塊至于馬弗爐中以10°C /min的加熱速率加熱到1200°C恒溫I小時，氧化失重在30%左右。
權(quán)利要求
1.一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液，其特征在于抗氧化液分為浸潰液一、浸潰液二兩部分，石墨制品分別經(jīng)過浸潰液一和浸潰液二的先后兩次浸潰處理，實現(xiàn)石墨制品的高溫抗氧化性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液，其特征在于，浸潰液一中溶質(zhì)的主要組成為六偏磷酸鈉50-80%，硫酸鋁鉀20-50%，兩種組成總和為100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液，其特征在于，浸潰液二中溶質(zhì)的主要組成為硅酸鈉30-70%，四硼酸鈉30-70%，兩種組成總和為 100%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液及其應用方法，其特征在于，浸潰液一中溶質(zhì)與水的重量比例為I : 0.1 0.125，浸潰液二中溶質(zhì)與水的重量比例為I : 3. 3 5. O。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸潰型抗氧化液的應用方法，其特征在于兩步浸潰法首先的應用法是將浸潰液一加熱攪拌至80-100°C時放入石墨制品，常壓或者在0. IMPa-O. 6MPa的壓力下靜置2_10h，再將經(jīng)過浸潰后的石墨制品放入浸潰液二中，常壓或者在0. IMPa-O. 6MPa的壓力下靜置2_10h，取出自然晾干。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高石墨制品高溫抗氧化性能的浸漬型抗氧化液及其應用方法，其目的在于提高石墨制品1000℃以上的抗氧化性。在常壓或者0.1MPa～0.6MPa的壓力下，采用浸漬液一和浸漬液二對石墨進行浸漬處理。浸漬液一的溶質(zhì)由六偏磷酸鈉50-80％，硫酸鋁鉀20-50％組成；浸漬液二的溶質(zhì)由硅酸鈉30-70％，四硼酸鈉30-70％組成，以上組成各重量總和為100％。使用時，浸漬液一溶質(zhì)與水的重量比為1∶0.1～0.125，浸漬液二溶質(zhì)與水的重量比為1∶3.3～5.0。通過兩步浸漬后的石墨制品在高溫熱處理過程中其高溫抗氧化性能得到了明顯提高。
文檔編號C09K15/02GK102775991SQ201110118459
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者仉小猛, 葉樹峰, 周旬, 王曉婧, 鄧亞利, 魏連啟 申請人:中國科學院過程工程研究所