[发明专利]一种碳材料制品抗氧化无机涂料及其应用

说明书

本发明涉及碳材料中低温抗氧化技术领域；具体涉及一种碳材料制品抗氧化无机涂料及其应用。所述抗氧化无机涂料溶液中各组分按摩尔百分数计，由下述组分组成：磷酸根8～11％、三价铝的氧化物1～3％，磷酸氢根0.05～0.1％，硅酸钠0.05～0.1％、二价镁0.02～0.06％、三价钇0.1～1％，四价锆0.1‑1％；溶剂80～90％，且抗氧化无机涂料溶液中，Al元素与磷酸根的摩尔摩尔比为1:2.95‑3.05。本发明涂料组分设计合理，应用工艺简单可控，所得涂层性能优良，便于产业化应用。

技术领域

本发明涉及碳材料中低温抗氧化技术领域；具体涉及一种碳材料制品抗氧化无机涂料及其应用。

背景技术

碳材料具有许多独特优异的性能，如比强度高(强度随温度的升高而增强)、热膨胀系数低(CTE)、密度低、导电导热性好、化学稳定性好等一系列优异的性能，因而在冶金、机械、化工、石油、纺织、核工业等领域得到了广泛应用。然而，碳材料的这些优异性能只有在真空或惰性条件下才能保持。碳材料中存在许多小孔，在服役条件下会成为氧气入侵扩散的通道，因此碳材料在400℃以上的含氧气氛中容易被氧化，且氧化速率随温度的升高而增加。碳材料的氧化腐蚀会导致其表面结构疏松，甚至产生脱落现象，影响碳材料器件的正常使用，因此提高碳材料在含氧气氛中的抗氧化能力迫在眉睫。

在碳材料制品表面制备一层抗氧化涂层以阻挡氧气的接触，延长其使用寿命，是目前较为有效的途经和方法。常用的表面处理方法有固相(包埋)、大气等离子喷涂法、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶法(sol-gel)、水热电泳沉积和浸渍法等。浸渍法相比于其它方法来说，具有许多优点：(a)常用设备构造简单、投资少、经济效益高；(b)制备工艺简单，易于操作；(c)表面的抗氧化涂层不易脱落和产生微裂纹。浸渍溶液在热处理过程中会逐渐分解、脱水、聚合和结晶，填充碳材料内部孔隙并覆盖在碳材料表面，从而隔绝氧化性气体与碳材料的接触，减少碳材料表面的氧化反应活性点，降低氧化反应速率。目前常被用于碳材料浸渍的溶液有硼酸盐溶液、磷酸盐溶液、硅酸盐溶液、含氯溶液及其混合溶液等。其中磷酸盐体系可以在中低温条件下为碳材料提供良好的抗氧化防护作用，并且在磷酸盐中引入金属离子(Al、Cr、Mg、Mn、Zn等)、B和Si，可以进一步抑制长期氧化过程中磷酸分解产生的P₂O₅的挥发，降低涂层损伤，改善涂层的高温稳定性。

中国专利文献CN101052253A《用于碳素材料的抗氧化剂及其制作、使用方法》，公开了一种用于碳素材料的抗氧化剂，其为水性溶液，固体成分范围为5～40wt％；其中固体成分比例：硅2～80wt％，铝0.5～10wt％，钛0.01～10wt％，磷0.1～30wt％，硼0.1～5wt％，剩余为含有上述硅、铝、钛、磷、硼的氧化物、碳化物中的氧或碳。

中国专利文献CN109534854《碳石墨制品抗氧化用浸渍无机盐工艺》，公开了一种抗氧化液主要由以下百分比原料制成：磷酸锌、磷酸铝、质量分数85％的磷酸、硼酸和水。其中磷酸锌：磷酸铝：质量分数85％的磷酸：硼酸：水的摩尔比为5～4:1:35～120:0.25～0.3:4～19。采用真空和加压的方法分别进行浸渍处理。

中国专利文献CN102775991《一种提高石墨制品高温抗氧化性能的浸渍型抗氧化液及其应用方法》中，公布了一种石墨制品高温抗氧化方法。其中浸渍液一为：六偏磷酸铵50～80％，硫酸铝钾20～50％，溶质与水的质量比为1:0.1～0.125；浸渍液二为：硅酸钠30～70％，四硼酸钠30～70％，溶质与水的质量比为1:3.3～5.0。并在常压或者0.1～0.6MPa的压力下，对石墨采用两步浸渍处理。

中国专利文献CN102910909《一种石墨碳套及其抗氧化浸渍处理方法》公布了一种抗氧化浸渍液，由以下百分比的原料制成：磷酸三钠10～15％、磷酸锌10～15％、磷酸二氢铝15～25％、余量为水。采用真空和加压两种方式，对其进行浸渍处理。