[发明专利]一种纳米石墨电极

说明书

技术领域

本发明涉及石墨电极技术领域，特别是涉及一种纳米石墨电极。

背景技术

石墨具有高比强度与刚度，良好的导电、导热性及抗热震性，以及高温下持续的高强度等特点，是冶金、电子、原子能行业和宇航工业等部门用的重要导电材料和结构材料，尤其在高温应用领域中已日益显示出其重要性。随着使用温度的升高(至2500℃)，它的强度降低，其高强度和化学稳定性只有在惰性气氛下才能保持，因为在空气中400℃以上，它就会发生氧化反应，从而限制了它的应用。

石墨电极是一种被广泛用作为冶炼各种合金钢、铁合金、工业硅和黄磷以及有色金属和稀有金属的工业材料，其不足之处在于高温抗氧化能力差，在炼钢过程中，LF炉和电弧炉用石墨电极的40％～60％是因为和空气中的氧反应而白白消耗掉，石墨电极本身也是一种不可再生资源，仅石墨化工序电能就需要消耗3500kwh以上，同时生产高性能石墨电极所需的针状焦被日本、欧美等发达国家长期垄断，价格居高不下。因此在不影响发射性能的同时，研制抗氧化性的石墨电极对于延长石墨电极的寿命，降低钢铁行业的能耗和生产成本至关重要。

授权公告号为CN203057583U的中国实用新型专利提出了一种石墨电极，包括石墨电极本体、石墨电极本体表面的抗氧化涂层及抗氧化层外表面的金属层。该石墨电极有效解决了现有技术中石墨电极在冶炼过程中出现的电极侧面氧化导致石墨电极严重损耗的问题，但存在金属层、涂料层与石墨电极基体间的结合不牢的问题，抗氧化层易剥落失效，且电极的发射效率不高。

申请公布号为CN103260282A的中国发明专利涉及一种增强型复合石墨电极及其制作和使用方法，其中电极壳包含有碳纤维，因此外壳的抗压强度提高了一倍，不因热应力产生裂纹。该发明利用电流导体的表面集肤作用，电极导电性能好，可以降低能耗，但该电极只有简单的电极壳保护，内部石墨电极在高温下仍然容易氧化，损耗较大。

石墨稀具有较大的比表面(2630m²/g^-1)，其厚度仅为0.35nm，具有优良的电学、力学、光学和热学性质，是一种非常有潜力的储能材料。其优良的导电性是其它高比面炭材料很难达到的独特性质，意味着石墨烯可以是性能极佳的电极材料；而良好的热学、光学以及力学强度，也预示着石墨烯材料可用于超薄、微型的电极材料和储能器件，Stoller等采用化学改性后的石墨烯作为超级电容器的电极材料并进行了相关研究，其结果在2008年以Graphene-based ultracapacitors发表在Nano Letters 8(10)：3498-3502。

发明内容

本项目旨在提供一种纳米石墨电极，能够有效克服传统石墨电极高温易氧化和抗氧化处理后发射性能差的缺陷。

本发明所述的纳米石墨电极呈圆柱状，由实心的石墨棒基体及基体外围的非金属抗氧化层组成，其特征在于由内到外的结构成分依次为含有纳米陶瓷颗粒的石墨棒、第一层碳化硅(SiC)、石墨烯和第二层碳化硅(SiC)，不同成分之间有着紧密的分子或原子间结合。

所述的石墨棒的调节电阻为0.5～5％，直径为5～200mm，由纳米陶瓷颗粒与石墨颗粒组成，其中石墨颗粒直径小于等于3微米，重量分数为90～95％。

所述的纳米陶瓷颗粒成份为碳化硅、碳化铪、碳化钽、碳化锆，弥散分布在石墨基体中，重量分数为5～10％。

所述的第一层SiC的厚度为10～100nm，均匀分布在石墨棒基体外围。

所述的石墨烯厚度为0.01～10nm。

所述的第二层SiC分布在电极最外围，厚度为100～1000nm。

本发明的主要优点是：①不同粒径(微米级与纳米级)颗粒的弥散分布与配合使得电极的组织十分致密，机械强度高，质量稳定；②石墨烯、碳化硅与石墨基体有机组合，该纳米石墨电极具有优良的抗氧化性能和高发射性能；③良好的导电性能，耐磨，耐高温。

附图说明

图1为一种纳米石墨电极的截面示意图。

图中10为含有纳米陶瓷颗粒的石墨棒；20为第一层SiC；30为第一层SiC；40为石墨烯；50为纳米陶瓷颗粒。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1