[发明专利]一种在石墨表面制备抗氧化涂层的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于大尺寸石墨工件表面处理技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明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。

本发明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。

优选的，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。

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；

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。

优选的，所述热解碳涂层为热解碳抗氧化涂层；