[其他]带有保护涂层的碳或石墨体及其生产方法

说明书

本发明是关于带有粗糙开孔表面和在其上沉积有硅层的碳或石墨体，尤其是关于例如在熔炼废钢的电弧炉中用的石墨电极，以及关于在碳或石墨体表面上用等离子喷涂法涂布含硅保护层的方法。

对于保护碳和石墨体，主要防止其氧化、侵蚀和剥蚀而言，已知有几种方法是用抗氧化、抗侵蚀和/或抗剥蚀的物质涂敷该物体表面。涂覆剂是陶瓷或者金属性坚硬材料，而且如果被涂覆体的使用温度不太高的话，或者只需要在给定温度范围内加以保护的话，或者需要导电的涂层的话，也可以是金属材料。在金属性涂覆组中，具有工业价值的主要是硅和基本由硅组成的材料混合物，例如硅铁含金，这在技术上是很重要的。这些涂覆剖对侵蚀剂显示出相当高的耐蚀性能，而且在制造保护层期间，本身可以转化成（完全或者部分地）碳化硅，或者通过后继热理产生这种转化。涂覆有硅的碳或者石墨被人们用来制造例如坩埚和其它冶金容器，用于制造电极、热交换器、核反应堆、喷嘴以及防热层等。

在碳和石墨体上涂覆的保护层是否实用，主要取决于该层的粘着性，尤其在反复快速温度变化条件下，这种保护层的粘着性常常是不够高的。因而产生保护层的剥落或者形成裂缝，显著丧失抗氧化性流体的保护作用。现在已知在碳和石墨上制成保护层的许多方法，满足这些要求，该保护层主要由硅所组成。

按照美国专利第3，275，471号，将碳和石墨体浸于含碳化硅的细粒硅粉浆料之中，然后加热用这种方法涂过的物体，以便制成由硅基体和在此基体中分散的碳化硅粒子所组成的保护层。用这一方法制备的保护层有相当数量的孔隙，从而可使流体渗入。利用气相沉积硅的方法或者火焰喷涂法制成的保护层的性能是相类似的。已经知道，利用局部熔化的方法，来消除或者至少减少石墨体上刷涂的或者火焰喷涂法涂布的硅层的孔隙率（英国公开的专利申请第866，818号）。利用这种处理方法，由于部分熔化的材料渗入该石墨体的孔隙中，而且在过渡区形成碳化硅，因而使保护层的附着性得以改进。

已知的另一种方法是在涂敷较小的石墨体时，使石墨体沿着充填有熔化液态硅的毛细管移动，使毛细管中放出的熔体在石墨体表面形成一层薄膜。还有一种方法，即在与反应气体（例如氯硅烷）在高温下接触条件下，使碳和石墨体表面形成硅保护层（西德专利申请公开第2，713，258号）。用这种方法制备的这些保护层，并不是没有缺点的;尤其是附着性和气密性仅仅部分满足工艺上的要求。

最近知道一种用等离子喷涂法，使碳和石墨体表面形成保护层的方法，这种保护层基本上由金属状硅所组成（DE-A-1，671，065，DE-C-1，271，007）。用等离子喷涂法制备的这些保护层的孔隙率，与迄今已知的其它保护层相比更小，但是却没有小到由该保护层充分阻止氧化性流体扩散的程度。因此，对于这种涂敷方法来说，还必须采取其它措施来减小渗透性，例如涂布几层，熔化保护层或者用玻璃态物质密封保护层等。

因此，本发明的目的在于：利用在石墨电板（例如电弧炉用）上，牢固地粘附一层抗气体和/或流体渗透的，耐温度变化的硅层，来保护该石墨电极，使之具有足够的抗氧化、抗侵蚀和/或抗剥蚀能力，以显著减小剥蚀速率。但是，这意味着保护层不仅需要呈致密或者无孔状态，而且在受力期间也一定不出现形成裂纹、变脆或者与该石墨载体部分脱体的倾向。

本发明的另一目的是提供一种能够在石墨体上沉积所说类型的硅层、能够保证该保护层的所需性能并且能够重复制造该保护层的方法。

为达到本目的解决方案，可以从权利要求之中找出。

本发明任务由具有本发明所必须的保护层性能的一个硅层所专门解决，所说硅层的制备方法是：将粒度为10-100微米的硅粉，喷入在50-200毫巴真空度下于密闭真空室中操作的等离子火焰中，此时硅粉熔化而且同时被强烈加速，为此，以高速度冲击在预热和去气的石墨体表面上，形成厚度达大约100-400微米的金属状硅的喷涂层。这层硅的密度至少等于其理论密度的96%，最好为98%。

优先选用惰性气体和氢的混合物作为等离子气体，借以在保护层形成期间使真空室的真空度等于50-200毫巴。