一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于金属冶炼的石墨材料，所述石墨基体表面复合有热解炭涂层。本发明专利技术提供的具有抗氧化涂层的石墨材料，热解碳抗氧化涂层均匀致密，并与石墨本体材料结合牢固，结合力强，难以脱落，不含有非碳元素，大大提高了石墨材料在高温工况条件下的服役寿命，具有抗氧化性能良好、使用寿命长等优点。本发明专利技术还提供了一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法，工艺简单、易操作以及成本低，适宜大规模工业生产。工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法


[0001]本专利技术属于大尺寸石墨工件表面处理
，涉及一种用于金属冶炼的石墨材料及其制备方法，尤其涉及一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法。

技术介绍

[0002]石墨具优异的高温性能、优异的导电导热性能、良好的化学稳定性，被广泛用于生产耐火材料、导电材料、耐腐蚀材料、耐高温密封材料等，这些材料广泛应用于冶金、化工、机械、电子及国防等领域。但石墨在超过370℃的有氧条件下就开始氧化，超过750℃氧化急剧增加，且随着温度的升高，氧化加剧。石墨的氧化会导致石墨材料表面结构疏松，甚至产生石墨脱落、断裂等现象，由此导致石墨工件的力学、导热、导电等性能的衰退，严重制约了石墨的使用寿命和应用领域。因此通常需要在石墨材料的表面制备抗氧化涂层，以减缓材料性能的衰减，延长其使用寿命。
[0003]目前，石墨抗氧化涂层体系主要包括：玻璃涂层、金属涂层及陶瓷涂层。玻璃涂层利用玻璃在高温下良好的流动性和润湿性来保护炭基体，但玻璃涂层一般仅应用于静态环境中，且只能在较低温度下(＜1000℃)对石墨材料进行保护。金属涂层利用金属具有高熔点、低饱和蒸汽压、低氧渗透率等特点，高温抗氧化性能较好，但金属涂层与石墨材料之间的结合力差，涂层热膨胀系数与石墨不匹配诱导涂层开裂、脱落等问题尚未得到完全解决，且该涂层含非碳元素，可能会污染被加工/制备的材料，限制了其应用领域。陶瓷涂层利用陶瓷材料具有高熔点、高温化学性能稳定、抗氧化性能优良等特点，具有良好的高温抗氧化性能，但陶瓷的脆性以及与石墨材料之间的物料化学相容性的问题制约了该涂层进一步发展，且其成本高昂，工艺复杂，不适宜大规模产业应用。所以，以上石墨涂层体系都无法作为金属高温冶炼的石墨工件的抗氧化涂层使用。
[0004]因此，如何在不引入非碳元素的条件下，提高石墨材料高温(＞1000℃)下的抗氧化性能，特别是针对金属高温冶炼的石墨工件，且该方法/涂层成本低、适宜于大规模生产，是拓宽石墨应用领域亟需解决的问题，也是业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种用于金属冶炼的石墨材料及其制备方法，特别是一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法，本专利技术所制备的具有抗氧化涂层的石墨工件，不含有非碳元素，涂层紧密均匀，具有抗氧化性能良好、使用寿命长等优点，而且工艺简单、易操作以及成本低，适于工业化推广和应用。
[0006]本专利技术提供了一种用于金属冶炼的石墨材料，所述石墨基体表面复合有热解炭涂层。
[0007]优选的，所述石墨基体的密度为1.6～2.0g/cm3；
[0008]所述石墨基体包括石墨舟皿、石墨浇管、石墨炉管、石墨板/棒、石墨碳毡、石墨坩埚、石墨窝和石墨环中的一种或多种；
[0009]所述热解炭涂层的厚度为20～150μm；
[0010]所述热解碳涂层完全均匀的包覆在所述石墨基体表面；
[0011]所述热解碳涂层的密度为1.95～2.30g/cm3。
[0012]优选的，所述热解碳涂层包括复合在石墨基体上的粘结层以及复合在粘结层上的阻挡层；
[0013]所述阻挡层为致密阻挡层；
[0014]所述阻挡层的密度大于粘结层的密度；
[0015]所述粘结层的密度大于石墨基体的密度；
[0016]所述热解炭涂层不含有非碳元素。
[0017]优选的，所述热解碳涂层为热解碳抗氧化涂层；
[0018]所述热解炭涂层由碳源气体经化学气相沉积后形成；
[0019]所述金属冶炼的温度大于等于1000℃；
[0020]所述金属冶炼包括金属高温冶炼；
[0021]所述金属高温冶炼的温度大于等于1700℃。
[0022]本专利技术还提供了一种用于金属冶炼的石墨材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将石墨基体在氧化气体中进行预氧化处理后，在碳源气体的条件下，对石墨基体进行化学气相沉积，得到表面覆盖热解碳的石墨材料。
[0024]优选的，所述氧化气体包括空气、氧气和臭氧中的一种或多种的含氧气体；
[0025]以石墨基体表面积为基准，每平方分米通入氧化气体0.1～1.0SL/Min；
[0026]所述氧化气体中还包括载气；
[0027]所述载气包括氮气和/或惰性气体；
[0028]所述载气与含氧气体的体积比为(0.5～2.0):1。
[0029]优选的，所述预氧化处理的升温速率为100～300℃/h；
[0030]所述预氧化处理的具体步骤为，先升温至预氧化温度后再通入氧化气体；
[0031]所述预氧化处理的温度为400～700℃；
[0032]所述预氧化处理的压力为2.0～20.0Kpa；
[0033]所述预氧化处理的时间为10～50Min。
[0034]优选的，所述预氧化处理后，继续升温，然后通入碳源气体，在碳源气体的条件下，对石墨基体进行化学气相沉积；
[0035]所述继续升温的升温速率小于等于200℃/h；
[0036]所述继续升温后还包括保温步骤；
[0037]所述保温的时间为大于等于2h；
[0038]所述碳源气体包括天然气、丙烷和丙烯中的一种或多种。
[0039]优选的，所述化学气相沉积包括第一阶段和第二阶段；
[0040]所述第一阶段的碳源气体为天然气；
[0041]所述第一阶段中，以石墨基体表面积为基准，每平方分米通入碳源气体0.1～0.5SL/Min；
[0042]所述第一阶段化学气相沉积的温度为1000～1200℃；
[0043]所述第一阶段化学气相沉积的压力为1.0～5.0Kpa；
[0044]所述第一阶段化学气相沉积的时间为10～20h。
[0045]优选的，所述第二阶段的碳源气体中至少含有丙烷或丙烯中的一种；
[0046]所述第二阶段中，以石墨基体表面积为基准，每平方分米通入碳源气体0.5～2.5SL/Min；
[0047]所述第二阶段化学气相沉积的温度为950～1150℃；
[0048]所述第二阶段化学气相沉积的压力为1.0～10.0Kpa；
[0049]所述第二阶段化学气相沉积的时间为20～40h。
[0050]本专利技术提供了一种用于金属冶炼的石墨材料，所述石墨基体表面复合有热解炭涂层。与现有技术相比，本专利技术针对现有的石墨抗氧化涂层体系，如玻璃涂层、金属涂层及陶瓷涂层等等存在的问题，特别是上述石墨涂层体系都含有非碳元素，难以作为金属高温冶炼的石墨工件的抗氧化涂层使用的行业局限性。本专利技术研究认为，特别对于金属高温冶炼的石墨工件而言，石墨工件尺寸大，抗氧化涂层厚，相比小规格的石墨颗粒等，常规的涂覆方式难以涂覆完全，而且在均匀性和厚度上也难以保证，具有较大难度，而且结合金属高温冶炼使用环境的工况及要求(温度大于1700℃，不得引入非碳元素以避免污染被冶炼金属)，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属冶炼的石墨材料，其特征在于，所述石墨基体表面复合有热解炭涂层。2.根据权利要求1所述的石墨材料，其特征在于，所述石墨基体的密度为1.6～2.0g/cm3；所述石墨基体包括石墨舟皿、石墨浇管、石墨炉管、石墨板/棒、石墨碳毡、石墨坩埚、石墨窝和石墨环中的一种或多种；所述热解炭涂层的厚度为20～150μm；所述热解碳涂层完全均匀的包覆在所述石墨基体表面；所述热解碳涂层的密度为1.95～2.30g/cm3。3.根据权利要求1所述的石墨材料，其特征在于，所述热解碳涂层包括复合在石墨基体上的粘结层以及复合在粘结层上的阻挡层；所述阻挡层为致密阻挡层；所述阻挡层的密度大于粘结层的密度；所述粘结层的密度大于石墨基体的密度；所述热解炭涂层不含有非碳元素。4.根据权利要求1所述的石墨材料，其特征在于，所述热解碳涂层为热解碳抗氧化涂层；所述热解炭涂层由碳源气体经化学气相沉积后形成；所述金属冶炼的温度大于等于1000℃；所述金属冶炼包括金属高温冶炼；所述金属高温冶炼的温度大于等于1700℃。5.一种用于金属冶炼的石墨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石墨基体在氧化气体中进行预氧化处理后，在碳源气体的条件下，对石墨基体进行化学气相沉积，得到表面覆盖热解碳的石墨材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化气体包括空气、氧气和臭氧中的一种或多种的含氧气体；以石墨基体表面积为基准，每平方分米通入氧化气体0.1～1.0SL/Min；所述氧化气体中还包括载气；所述载气包括氮气和/或惰性气体；所述载气与含氧气体的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈益顺，刘婵，邵南子，王辉，熊杰，
申请(专利权)人：湖南博云新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：