[发明专利]一种耐高温氧化、耐高温强碱腐蚀石墨制品的制备方法

说明书

一种耐高温氧化、耐高温强碱腐蚀石墨制品的技术指标为：气孔率≤2%，900℃空气中氧化2小时失重率≤0.5%，在820℃下10wt%NaOH中灼烧1h失重率≤0.8%。本发明具有原料来源广泛，生产成本低，适宜进行大规格尺寸和大规模生产制备的优点。

技术领域

本发明是属于一种既耐高温氧化，又耐高温强碱腐蚀的石墨制品及制备方法。

背景技术

石墨材料具有高温强度高、抗热震性能优异以及化学稳定性好等系列优点，已成为当代工业上重要的导电材料和结构材料，在机械、电子、化工、冶金以及核能和航空航天工业等领域有着广泛的应用；同时也是耐高温强酸碱腐蚀的首选材料之一。但石墨材料在含氧的高温环境中(400℃以上)使用时，容易和氧气发生氧化反应，导致石墨材料强度和寿命严重降低，从而限制了其在高温工况下高效利用。

提高石墨材料高温抗氧化性的途径很多，但可以简单概括为两大类：一是通过向石墨材料中添加延缓或阻止石墨材料氧化的抑制剂(如B₄C、Si和MoSi₂粉末等)：二是将炭石墨材料与有氧环境隔离开来。前者是在石墨材料的制备过程中添加一定量的硼化物或硅化物颗粒，利用先于石墨材料氧化的硼化物或硅化物颗粒在高温下氧化形成熔融玻璃的反应物去堵塞或阻断氧气进入的孔道，从而抑制石墨材料的高温氧化，称之为抑制剂法或内部改性法(基体改性法)(The preparation of fine-grain doped graphite and itsproperties.Zhuangjun Fan,Journal of Nuclear Materials,2002(305)77-82)。后者的防护途径主要有两种，①将石墨材料放入一定浓度的浸渍液中，通过反复浸渍后，在材料表面生成浸渍膜，覆盖了石墨材料表面的活性点部位，阻挡了基体材料与氧的反应，称之为浸渍法。浸渍法由于工艺简单、制作成本低而得到广泛采用。目前对抗氧化浸渍剂的研究主要集中在用硼酸盐、硅酸盐和氟氧化物等。但是，硼酸盐一般沸点较低，当使用温度超过600℃以上时发生挥发而导致抗氧化失效。尽管氟氧化物的沸点相对较高，但在实际操作中，氟氧化物对浸渍设备的腐蚀性强且自身有毒性，易造成环境污染，从而也限制了其广泛应用。②在石墨材料表面直接涂覆一层抗氧化材料，隔绝基体材料与外界氧的反应，称为涂层法。但是，石墨表面上单一种类的涂层一般具有较高的氧扩散率，且涂层材料与石墨基体之间往往存在热膨胀系数的差异易造成涂层裂纹，从而导致抗氧化能力失效。近年发展起来的复合多层涂层体系具有较低的氧扩散率，并且涂层与石墨基体热膨胀系数相近，结合力较好，在高温下可以有效地缓减涂层裂纹产生，从而大大提高了石墨材料的高温抗氧化性能。例如：中国专利号为103274760公开的就是一种由MoSi₂、B₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等组成的涂料，适用于400～1000℃条件下石墨材料的抗氧化涂层防护。但是，复合多层涂层制备工艺复杂、周期长、成本也较高，一般仅适宜用于航空、航天等特殊领域用抗氧化石墨的制备。

总的来说，无论采用基体改性法，还是表面涂层法来进行抗氧化石墨的生产制备，SiC由于抗氧化能力强、且与石墨材料的热膨胀系数接近，是抗氧化石墨制备首选的添加剂(抑制剂)或表面涂层剂，但由于SiC与强碱在高温下发生化学反应(SiC+2NaOH+H₂O＝＝Na₂SiO₃+CH₄和SiC+2NaOH+2O₂＝＝Na₂SiO₃+CO₂+H₂O)而无法满足在强碱环境下的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种原料来源广泛，生产成本低，适宜进行大规格尺寸和大规模生产制备，既耐高温氧化，又耐高温强碱腐蚀的石墨制品及制备方法。

本发明石墨制品的技术指标如下：