CN101550004A - 一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料及其制备方法,它涉及一种石墨材料及其制备方法。它解决了现有石墨材料高温下易氧化以及经过浸渍和喷涂处理后的石墨材料致密低的问题。石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料由氧化锆粉末和石墨粉末制成。方法:一、称取原料,球磨湿混后得浆料;二、浆料烘干后研磨,得混合粉料;三、混合粉料在真空条件下热压烧结,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料。本发明中石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,耐高温性能好,高温下不易氧化,突破了现有石墨材料在450℃以下使用的温度限制,其使用温度显著地提高到了1200~2200℃,致密度大于90%,且力学性能也提高了。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨材料及其制备方法。
背景技术
石墨材料具有高温强度高,导电传热性好,抗热震性,耐腐蚀,自润滑性等特性,是机械、化工、冶金、电子、原子能工业和宇航工业等部门用的重要导电材料和结构材料,可以用来制作石墨电极、电解阳极、铸模、高温轴承、高温密封材料等。但是石墨材料在高温条件下容易发生氧化,石墨材料从450℃开始氧化,当温度超过750℃时氧化速率急剧增加,且随着温度的升高而加剧,这就限制了石墨材料的使用。
目前,采用浸渍和喷涂的处理方法使石墨材料表面形成保护层以阻止石墨与氧的高温反应,但这种处理后的石墨材料致密低(仅为70~80%),这直接影响到石墨材料的综合性能,而且这种处理后的石墨材料中存有气孔,为氧气向石墨材料内部扩散提供了通道,会加剧石墨材料的氧化。
发明内容
本发明目的是为了解决现有石墨材料高温下易氧化以及经过浸渍和喷涂处理后的石墨材料致密低的问题,而提供一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料及其制备方法。
石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由10%~30%的氧化锆粉末和90%~70%的石墨粉末制成;其中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取10%~30%的氧化锆粉末和70%~90%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为1900~2100℃、压力为20~40MPa的真空条件下保温烧结30~90min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
本发明中石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,耐高温性能好,高温下不易氧化,突破了现有石墨材料在450℃以下使用的温度限制,其使用温度显著地提高到了1200~2200℃;本发明中石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料中的高强度的碳化锆是化学反应生成的,碳化锆与石墨具有更好的接触,同时提高了材料的最终致密度,其致密度大于90%,并且力学性能也提高了。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由10%~30%的氧化锆粉末和70%~90%的石墨粉末制成;其中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由15%~25%的氧化锆粉末和75%~85%的石墨粉末制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由20%的氧化锆粉末和80%的石墨粉末制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取10%~30%的氧化锆粉末和70%~90%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为1900~2100℃、压力为20~40MPa的真空条件下保温烧结30~90min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积比称取10%的氧化锆粉末和90%的石墨粉末。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积比称取30%的氧化锆粉末和70%的石墨粉末。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中按体积比称取25%的氧化锆粉末和85%的石墨粉末。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式四、五、六或七不同的是步骤一中球磨湿混采用行星式球磨机,分散剂为无水乙醇,球磨机转速为200~400r/min,磨球氧化锆磨球,球料比为4∶1。其它步骤及参数与具体实施方式四、五、六或七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤二中蒸发烘干的温度为65℃。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式九不同的是步骤二中研磨采用玛瑙研钵反复研磨。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中将混合粉料置于温度为2100℃、压力为40MPa的真空条件下保温烧结30min。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式十不同的是步骤三中将混合粉料置于温度为1900℃、压力为20MPa的真空条件下保温烧结90min。其它步骤及参数与具体实施方式十相同。
具体实施方式十三:本实施方式与具体实施方式十二不同的是步骤三中真空的真空度为5Pa。其它步骤及参数与具体实施方式十二相同。
具体实施方式十四:本实施方式石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取11.3%的氧化锆粉末和88.7%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为1900℃、压力为30MPa的真空条件下保温烧结60min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为15μm,厚度为1μm。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,采用阿基米德法测量致密度为90.1%;将材料切割成16mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行力学性能测试和微观结构分析,石墨-碳化锆复合材料的弯曲强度为90MPa,高于现有石墨材料,显微组织观察中,可以看出白色细小的碳化锆颗粒分布在石墨基体中,且没有明显大的孔洞存在。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成Φ30×10mm,并对表面进行抛光处理后,进行氧乙炔烧蚀试验,氧气与乙炔的体积比为1∶1.5,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表1所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1600~2200℃。
表1
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成4mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行炉内静态氧化试验,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表2所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1200~2200℃。
表2
具体实施方式十五:本实施方式石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取20.25%的氧化锆粉末和79.75%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为1900℃、压力为30MPa的真空条件下保温烧结60min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10μm,厚度为2μm。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,采用阿基米德法测量致密度为91.4%;将材料切割成16mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行力学性能测试和微观结构分析,石墨-碳化锆复合材料的弯曲强度为101MPa,高于现有石墨材料,显微组织观察中,可以看出白色细小的碳化锆颗粒分布在石墨基体中,且没有明显大的孔洞存在。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成Φ30×10mm,并对表面进行抛光处理后,进行氧乙炔烧蚀试验,氧气与乙炔的体积比为1∶1.5,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表3所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1600~2200℃。
表3
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成4mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行炉内静态氧化试验,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表4所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1600~2200℃。
表4
具体实施方式十六:本实施方式石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取27.51%的氧化锆粉末和72.49%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为2000℃、压力为40MPa的真空条件下保温烧结60min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为20μm,厚度为1μm。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,采用阿基米德法测量致密度为92.3%;将材料切割成16mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行力学性能测试和微观结构分析,石墨-碳化锆复合材料的弯曲强度为122MPa,高于现有石墨材料,显微组织观察中,可以看出白色细小的碳化锆颗粒分布在石墨基体中,且没有明显大的孔洞存在。
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成Φ30×10mm,并对表面进行抛光处理后,进行氧乙炔烧蚀试验,氧气与乙炔的体积比为1∶1.5,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表5所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1600~2200℃。
表5
本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,切割成4mm×4mm×4mm,并对表面进行抛光处理后,进行炉内静态氧化试验,对比采用相同式样尺寸的现有石墨材料在相同条件下进行,结果如表6所示,本实施方式中所得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的质量损失率小于现有石墨材料,可见石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的耐高温性能好,高温下不易氧化,其使用温度显著地提高到了1600~2200℃。
表6
Claims (10)
1、一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,其特征在于石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由10%~30%的氧化锆粉末和70%~90%的石墨粉末制成;其中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
2、根据权利要求1所述的一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,其特征在于石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由15%~25%的氧化锆粉末和75%~85%的石墨粉末制成。
3、根据权利要求1所述的一种石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料,其特征在于石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料按体积比由20%的氧化锆粉末和80%的石墨粉末制成。
4、制备如权利要求1所述石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的方法,其特征在于石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法按以下步骤进行:一、按体积比称取10%~30%的氧化锆粉末和70%~90%的石墨粉末,球磨湿混后得浆料;二、浆料在旋转蒸发器上蒸发烘干,然后研磨,得混合粉料;三、将混合粉料置于温度为1900~2100℃、压力为20~40MPa的真空条件下保温烧结30~90min,随炉冷却后取出,即得石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料;其中步骤一中氧化锆粉末的体积纯度大于98%,粒径为1μm;步骤一中石墨粉末的体积纯度大于98%,直径为10~20μm,厚度为1~2μm。
5、根据权利要求4所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤一中按体积比称取10%的氧化锆粉末和90%的石墨粉末。
6、根据权利要求4所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤一中按体积比称取30%的氧化锆粉末和70%的石墨粉末。
7、根据权利要求4、5或6所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤一中球磨湿混采用行星式球磨机,分散剂为无水乙醇,球磨机转速为200~400r/min,磨球氧化锆磨球,球料比为4∶1。
8、根据权利要求7所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤二中蒸发烘干的温度为65℃。
9、根据权利要求8所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤二中研磨采用玛瑙研钵反复研磨。
10、根据权利要求9所述的石墨-碳化锆抗氧化烧蚀型材料的制备方法,其特征在于步骤三中真空的真空度为5Pa。
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