一种石墨搪瓷材料及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨搪瓷材料的制作方法，具体为：1）制作石墨胎体：选择石墨棒材或板材作为胎体材料，依据需求加工成相应的形状，获得石墨胎体；2）石墨胎体表面镀钛：具体如下：A、将石墨胎体表面用粘合剂润湿；B、将镀覆粉剂撒在润湿的石墨胎体表面；C、将石墨胎体在真空度0.5－5Pa的条件下于600－850℃保温3－6h；D、冷却至100℃以下出炉，冷至室温时用毛刷刷去多余粉剂；3）制备氮化钛层：将步骤2）表面镀钛的石墨胎体放入真空炉中，抽真空至0.1Pa以下后开启加热；升温至950－1200℃时通入氮气至0.05±0.02MPa并保温20－200分钟；冷却至100℃以下出炉。该石墨搪瓷材料具有高传热、耐氧化、耐高温、耐温度骤变等优点，可制成炉体支撑材料、料架、料盘等。

A graphite enamel material and its making method

The invention relates to a manufacturing method, a graphite enamel material specifically: 1) production of graphite matrix: graphite bar or sheet as matrix material, according to the demand is processed into a corresponding shape, obtain the graphite matrix; 2) graphite matrix surface: Ti as follows: A, the surface of the graphite matrix with adhesive wetting; B the coated powder sprinkled on the surface wetting of the graphite matrix; C matrix, graphite in vacuum is 0.5 5Pa under the condition of 600-850 DEG C to 3 6h; D, cooling to 100 DEG out at room temperature with the hair brush to the excess powder; 3) for preparing titanium nitride layer: step 2 the surface of titanium matrix graphite) in vacuum furnace, vacuum pumping to below 0.1Pa after open heating; when temperature rises to 950-1200 DEG C to nitrogen into the 0.05 + 0.02MPa and 20-200 min.; cooling to 100 DEG out. The graphite enamel materials with Gao Chuanre, oxidation resistance, high temperature resistance, temperature change etc., can be made into a furnace body support material, rack, tray, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种石墨搪瓷材料及其制作方法
本专利技术属于新材料
，具体涉及一种石墨搪瓷材料及其制作方法。
技术介绍
对材料或工件进行加热处理是常见的工艺方法。在产品研发过程中，有时会涉及一种对石墨芯柱材料或其它细碎物料（工件）进行加热的工艺加工，此时需要用以放置物料的支撑料架或用以盛装物料的料盘。该类料架或料盘应符合如下条件：1）导热系数高，以便使物料受热高度均匀一致；2）在加热时材料成分和强度无明显变化；3）可以耐受二氧化碳等氧化性气氛；4）表面应洁净光滑，不粘污物料；5）能承受温度快速变化以提高生产效率。经长期的市场调研发现，只有铂金等极少品种材料制造的料架或料盘才能满足工艺条件要求。但铂金等材料因价格太高，投资压力和生产现场管理压力过大，使其失去工业化生产价值。市场上，部分常见材料的性能比较列举如下。表中可以看出：市场上的常见材料如合金、镁铝硅类陶瓷、石英、石墨及医用搪瓷盘等均在传热能力、耐高温性、耐氧化性等方面存在一定程度的缺陷。因此，目前亟待研发一种新型材料使其同时兼具较好的传热能力、耐高温性和耐氧化性等。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种石墨搪瓷材料，其具有高传热、耐高温、耐氧化、耐温度骤变等优良品质，可制成炉体支撑材料、料架、料盘等各种形状，本专利技术还公开了上述石墨搪瓷材料的制作方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨搪瓷材料的制作方法，其包括如下步骤：1）制作石墨胎体：选择密度在1.8g/cm3以上，热导率在90W/mK以上的石墨棒材或板材作为胎体材料，依据需求经锯切和磨削加工成相应的形状，获得石墨胎体；2）石墨胎体表面镀钛：用蒸镀的方法在石墨胎体表面镀一层金属钛，具体操作如下：A、将石墨胎体表面用粘合剂润湿；B、将镀覆粉剂撒在润湿的石墨胎体表面；C、将石墨胎体放置于真空炉中在真空度0.5－5Pa的条件下于600－850℃保温3－6h（优选850℃保温3h）；D、冷却至100℃以下出炉，冷至室温时用毛刷刷去多余粉剂；3）制备氮化钛层：将步骤2）表面镀钛的石墨胎体放入真空炉中，抽真空至0.1Pa以下后开启加热；升温至950－1200℃时通入氮气至0.05±0.02MPa并保温20－200分钟（其中，优选升温至1100℃时通入氮气至0.05MPa并保温90分钟）；冷却至100℃以下出炉。具体的，步骤2）中，所述粘合剂由体积比为78－82：8：3的无水乙醇、丁醇和丙三醇混合而成（优选80：8：3）。具体的，步骤2）中，所述镀覆粉剂由质量比为35－40：53：20的TiO2、MgCl2和Al粉混合而成（优选37：53：20）。本专利技术提供了采用上述制作方法制作得到的石墨搪瓷材料，其选用热导率在90W/mK以上的石墨作为胎体；用蒸镀法在加工好的石墨胎体表面镀上一层钛；然后把表面镀钛的石墨胎体放入真空炉中，升温至1100℃并通入氮气，使钛层表面形成氮化钛陶瓷材料层。本申请经过多次试验设计，成功研制出本专利技术所述石墨搪瓷材料，其具有传热性好、高温下强度不降低、耐二氧化碳等氧化性气氛、耐温度骤变等优良品质，可加工成炉体支撑材料、料架、料盘等各种形状，尤其适用于石墨材料的真空加热处理及其它对物料加热温度一致性要求较高的工艺条件。和现有技术相比，本专利技术的有益效果列举如下：1、选择加工石墨利用石墨的高传热性和高温条件下强度不降低的性质，作为搪瓷胎体，实现加热物料的温度均匀性。选用的石墨材料要求密度在1.8克/厘米3以上，热导率在90W/mK以上，形状可依据生产要求加工；2、在石墨胎体表面蒸镀金属钛用蒸镀法在加工好的石墨胎体表面镀上一层钛，金属钛渗入石墨表面1mm以上并在表面形成碳化钛和金属钛复合层，提高了石墨材料的表面强度，克服了石墨材料表面因强度低无法与陶瓷材料结合的缺点，形成强化层和导热层；3、制备氮化钛层把表面镀钛的石墨胎体材料放入真空炉中，加热至高温并通入氮气以使钛层表面形成氮化钛陶瓷材料层，从而形成导热层和陶瓷结构过渡层，实现最终所得石墨搪瓷材料产品具有传热性好、耐氧化、耐高温等优点。附图说明图1为现有用作真空炉支撑材料的石墨立柱使用半年后的图片，图中可以看出石墨立柱（图中箭头所指位置处）出现明显蚀损疏松；图2为本专利技术用作真空炉支撑材料的石墨塘瓷立柱使用半年后的图片，图中可以看出本专利技术石墨塘瓷立柱（图中箭头所指位置处）无明显变化。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步地详细介绍，但本专利技术的保护范围并不局限于此。下述实施例中所用石墨棒材选用普通市售产品即可，如可购自青岛大地碳素科技有限公司。实施例1一种石墨搪瓷材料的制作方法，其包括如下步骤：1）制作石墨胎体：选择密度在1.8g/cm3以上，热导率在90W/mK以上的石墨棒材作为胎体材料，依据需求经锯切和磨削加工成相应的形状，获得石墨胎体；2）石墨胎体表面镀钛：用蒸镀的方法在石墨胎体表面镀一层金属钛，具体操作如下：A、将石墨胎体表面用粘合剂润湿；所述粘合剂由体积比为80：8：3的无水乙醇（分析纯）、丁醇（分析纯）和丙三醇（分析纯）混合而成；B、将镀覆粉剂撒在润湿的石墨胎体表面；所述镀覆粉剂由质量比为37：53：20的TiO2、MgCl2和Al粉混合而成；C、将石墨胎体放置于真空炉中在真空度3Pa的条件下于850℃保温3h；D、冷却至100℃以下出炉，冷至室温时用毛刷刷去多余粉剂；3）制备氮化钛层：将步骤2）表面镀钛的石墨胎体放入真空炉中，抽真空至0.1Pa后开启加热；升温至1100℃时通入氮气至0.05MPa并保温90分钟；冷却至100℃以下出炉。传热性测试：此法制备的石墨陶瓷料盘，测得石墨胎体导热率为92.3W/（mK），镀钛及氮化后成品陶瓷料盘为29.1W/（mK）。同比测试参考值：304不锈钢导热率为16.20W/（mK），镁铝陶瓷耐火管导热率0.06W/（mK）。耐氧化性比较：此陶瓷产品与其它常见陶瓷产品与空气、二氧化碳、二氧化硫等烘干和加热时常遇到的氧化性气体均不反应，而常见的现有金属材料及石墨材料均易与空气、二氧化碳、二氧化硫等反应。耐高温性比较：3000℃以内强度不降低，常见金属件600℃强度急降（软化），普通陶瓷耐温1100℃。耐温变性比较：本产品1700℃鼓风冷却试验无变化，普通陶瓷300℃鼓风冷却试验出现碎裂。实施例2一种石墨搪瓷材料的制作方法，其包括如下步骤：1）制作石墨胎体：选择密度在1.8g/cm3以上，热导率在90W/mK以上的石墨棒材作为胎体材料，依据需求经锯切和磨削加工成相应的形状，获得石墨胎体；2）石墨胎体表面镀钛：用蒸镀的方法在石墨胎体表面镀一层金属钛，具体操作如下：A、将石墨胎体表面用粘合剂润湿；所述粘合剂由体积比为80：8：3的无水乙醇（分析纯）、丁醇（分析纯）和丙三醇（分析纯）混合而成；B、将镀覆粉剂撒在润湿的石墨胎体表面；所述镀覆粉剂由质量比为37：53：20的TiO2、MgCl2和Al粉混合而成；C、将石墨胎体放置于真空炉中在真空度3Pa的条件下于750℃保温6h；D、冷却至100℃以下出炉，冷至室温时用毛刷刷去多余粉剂；3）制备氮化钛层：将步骤2）表面镀钛的石墨胎体放入真空炉中，抽真空至0.1Pa后开启加热；升温至1000℃时通入氮气至0.05MPa并保温12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨搪瓷材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）制作石墨胎体：选择密度在1.8g/cm

【技术特征摘要】
1.一种石墨搪瓷材料的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：1）制作石墨胎体：选择密度在1.8g/cm3以上，热导率在90W/mK以上的石墨棒材或板材作为胎体材料，依据需求经锯切和磨削加工成相应的形状，获得石墨胎体；2）石墨胎体表面镀钛：用蒸镀的方法在石墨胎体表面镀一层金属钛，具体操作如下：A、将石墨胎体表面用粘合剂润湿；B、将镀覆粉剂撒在润湿的石墨胎体表面；C、将石墨胎体在真空度0.5－5Pa的条件下于600－850℃保温3－6h；D、冷却至100℃以下出炉，冷至室温时用毛刷刷去多余粉剂；3）制备氮化钛层：将步骤2）表...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤岭，沈远，王国成，魏争艳，范实，宋子衡，
申请(专利权)人：中南钻石有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41