[发明专利]石墨箔黏合的装置及其准备方法

说明书

相关申请案的相互参照

本案请求在2012年4月30日申请的前美国临时申请案序号第61/640,109号的优先权。

技术领域

本发明是关于具有金属、陶瓷、碳质或聚合性基材及黏合于该基材表面的石墨箔的装置，并且关于用于准备该装置的方法，其包含将一可挠性石墨箔铺迭于该基材表面上，其中该可挠性石墨箔包含与该基材表面平行的多个天然石墨薄片。

背景技术

有人建议以熔融盐反应器(MSR)作为有希望的第IV代核反应器，其使用熔融氟化物盐作为燃料。第IV代国际论坛为了先进研究开发所挑选的这六个核反应器设备中，至少二者将使用熔融氟化物盐作为主要冷却剂。MSR的优点包括优越的安全性(没有一直保持熔融核心的“中国症候群(China Syndrome)”)、消除核废料的问题、滋生新核燃料而没有核扩散的风险及把丰产且可实质再生的钍作为核燃料使用得比铀更有效率许多的能力。再者，MSR具有能以非常高的热效率于氟化物盐类的沸点(约1400℃)的温度限制集下操作的可能性。

在核能产业中使用碳质材料已经有一段长的历史。石墨及碳-碳(C/C)复合材料是用于各式各样的高温核反应器。由于其相对高的机械强度，已经有人把C/C复合材料研发用于包括达于1600℃的短期操作温度的熔合及分裂应用。

由于C/C复合材料保持几乎完全的机械强度到高温(达于1400℃)的能力，使C/C复合材料可能搭配经熔融盐冷却的先进高温反应器、熔融盐反应器及热核发电厂作为各式各样核应用的高温交换器、输送管、容器等等的构成材料而引人注目。

石墨一般能抵抗氟化物盐类的化学药品攻击。由于核能等级石墨的较低机械强度，所以强烈推荐把C/C复合材料用于以熔融氟化物盐冷却的反应器，而且由于C/C复合材料保持几乎完全的机械强度到高温(达于1400℃)的能力而作为供核应用的热交换器、输送管、泵及容器中的高腐蚀性熔融氟化物盐的结构围阻体。

尽管其有优良的高温机械性质及与熔融氟化物盐的化学兼容性，但是C/C复合材料的固有高孔隙率水平(导致对于所述熔融盐的高可透性)是对于此材料的一主要挑战。尽管化学气相沉积(CVD)或化学气相渗透(CVI)技术经常用以使该复合材料致密化，但是却无法完全解决C/C复合材料的孔隙率问题。再者，许多固有及/或高温热处理引发C/C复合材料中的大裂缝及小裂缝极难以由常用方法例如CVD或CVI来密封。

WO 03/001133 A2揭示了由下列方法准备的以石墨为底质的各向异性散热件或热导管，该方法包含形成包含多数含石墨烯层的可挠性石墨片的层迭体；及由施压使该层迭体的石墨烯层定向对准。WO 03/001133 A2也揭示了用于准备该可挠性石墨片的方法。

发明内容

本发明揭示一种包含至少一片石墨箔的装置，其中该片石墨箔的至少一部分包含天然石墨薄片。本发明的装置很能耐化学反应及/或高腐蚀性环境的渗透及/或透入，举例来说，包含高温熔融氟化物盐的环境，该高温熔融氟化物盐包含LiF、NaF及/或KF。本发明也揭示一种用于准备该装置的方法。本发明装置的应用不限于用于热交换器。任何需要下列性质的其它应用，例如高导热性、高温及/或高耐腐蚀性、高温强度及/或模数、表面/次表面细孔密封等等也能得到本发明装置的优点。本发明装置也是当作熔合反应器的第一壁材料的可能候选物。该石墨箔的可挠性/柔软性及气密性/压缩性石墨薄片也使本发明装置成为当作不良环境中的密封材料/装置例如螺帽、螺钉、螺丝、阀、接头、连接器、填塞物等等的理想候选物。

根据本发明建构的复合材料包含一分层结构，该分层结构包含黏合于基材表面的石墨箔，其中该石墨箔包含与该基材表面平行的多个天然石墨薄片的层迭体，其中该石墨箔及该基材表面直接透过扩散黏合作用(diffusion bonding)来黏合，或于其间以固化树脂、固化柏油脂、碳化树脂、碳化柏油脂、石墨化树脂或石墨化柏油脂黏合，其中该石墨箔含有不低于95％，较佳不低于99％，的碳。

较佳地，该基材是金属或陶瓷基材，而且更佳为金属基材，而且该石墨箔及该基材表面直接透过扩散黏合作用来黏合。

较佳地，该金属基材是不锈钢、钛、钛合金、超合金、铜、铜合金或铝合金。

较佳地，该基材是金属、陶瓷、碳质或聚合性基材，而且该石墨箔及该基材表面是于其间以固化树脂、固化柏油脂、碳化树脂、碳化柏油脂、石墨化树脂或石墨化柏油脂黏合。

较佳地，该树脂是热固性树脂。