CN102850067B - 高温抗氧化涂胶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温抗氧化涂胶。由碳化硅含量为98%－99%的高纯碳化硅粉料、化学纯六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂和净水组成，其质量百分比为：20～30%∶10～15%∶4～7%∶10～15%∶35～50%。其制法是按比例分别加入搅拌器混合，并振动、研磨、分散成胶状。本发明是SiC水分散系胶体，比重1.1～1.23%，pH值为7～8。本发明主要应用于电炉炼钢电极，铝电解槽阳极，高档合金工艺等场合，很好地解决了石墨氧化和合金存在的烧结问题。

Description

高温抗氧化涂胶

技术领域

本发明涉及一种高温抗氧化涂胶，特别是一种用于石墨表层的高温抗氧化涂胶。

背景技术

在现代材料中，综合性能最突出的当属石墨碳，它耐高温（～3000℃）、优越的高温强度（2500℃时，耐压120MPn）、高导电率（电阻率3～6μΩ·m）、高导热率（200～260W／m·k）热线膨胀系数（1.5～3.1）х10^－6／℃，因此，石墨材料应用广泛，可以做成结构制品，可以做成关键部位的零件，但是石墨碳有一项弱点，在常温下，受到氧化，石墨材料慢慢的被侵蚀，在高温下（大约600℃），氧化炔受到氧化剂的侵蚀、受到灼热金属的氧化。这一弱点，大大限制了石墨的使用范围，科技工作者长期围绕这一氧化问题，开展全方位研究，多数学者都知难而退，未能取得理想成果。研究大概有几个方面：

（1）改变结构形式；

（2）降低使用要求；

（3）用复合方式保护石墨如复合碳块；

（4）用一种涂料改善石墨的使用性能。

长期研究结果基本上未能找到理想方式保护石墨，即石墨碳的优良性能难以发挥作用，同时避免石墨氧化。

国内外，就这现状，并不是未投入研究的力量，美国在40年代至今花费了成千上万亿美元，它未能保护石墨、防氧化，获得好成果，但它却获得了其它功能材料，其中有隐形飞机的出现等，中国80年代前后就出现了权威性报导，材料科学丛书“特种涂料”（高南等编著）同样衍生到其它材料研究，另外，前苏联∏.T.科洛梅采夫专著耐热扩散涂层更深入的详述了材料改性的研究原理、方式等，这是重大进展，但是对具有全方位优良性能的石墨碳的保护，几乎没有突出成果，80年代的发明成果“碳素涂胶”有一些突破，也限于1450℃以下的真空炉使用，多年的钨钴合金生产进展快，要求耐2500℃的不氧化石墨涂胶，结果都只限粗浅尝试。

针对上述表现，高温不耐氧化问题，电炉炼钢每吨电炉钢消耗5kg甚至10kg电极，不锈钢消耗更高，铝电解槽每吨铝消耗阳极600kg左右，中国每年产铝约1400万吨，耗阳极700～750万吨，产生的二氧化碳数亿吨，如果能降低石墨碳的消耗，无疑是对世界一大贡献，美国等国科学家就提出了惰性阳极概念，中国工程院士邱竹贤先生在其专著“预焙槽炼铝”（2005年3 版P274），也提到降排问题。

除此，现在许多科技都提到石墨不能少，又知道石墨的高温氧化严重。

高科技领域应用石墨制品愈来愈多，电炉钢、电解铝、光伏产业、多晶硅、单晶硅等工艺中存在空气与石墨的相互作用。

目前，国外公司为解决石墨氧化问题采用了几种办法。1、石墨表面涂一层粘土，减少空气与石墨的接触面积；2、用石墨碳质薄纸；3、使用多孔氧化铝；4、采用纯度高的石墨作电极；5、采用氧化锆和氧化铝的混合物；6、用浓缩碳胶状物涂复在阳极表面；7、采用天然鳞片石墨乳等。据现在所知，各个国家都很注意发展合金生产技术。一些发达国家进行了深入的研究，它们的动向引起人们的关注。目前未能提出有关的技术，更未见到有关惰性电极惰性阳极方面的抗氧化等技术商品。

国内许多炼钢、炼铝、合金厂为解决难题，做了一些工作。如在电极表面涂磷酸铝、用碳黑和氧化铝粉涂覆、喷镀定向石墨、涂覆石墨乳、采用陶瓷板等等，均未很好解决问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温抗氧化涂胶。采用物理化学方法，选用涂胶形式在石墨表面覆盖一层化学物，使电极、阳极、硬质合金在高温烧结过程产生新相抗氧化、减少氧化或抑制渗碳之类的作用，在热分解或蒸发过程中，增大传输碳量阻力，起到一种自然保护作用，完满地解决了氧化问题。

本发明的技术方案是：一种高温抗氧化涂胶，其特征在于由高纯碳化硅粉料、六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂和净水组成；其质量百分比为：20～30%∶10～15%∶4～7%∶10～15%∶35～50%；其制造方法是：按上述比例先由高纯碳化硅粉料与六亚甲基四胺与净水在搅拌机内混合成湿料；然后由糖类和表面活性剂在混合机内调整配料，并经振动、研磨、搅拌分散成胶状；物化检测其比重为1.1～1.23%，pH值为7～8。

本发明所述的高温抗氧化涂胶，其高纯碳化硅粉料、六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂、净水的质量百分比的优选比例为25∶10∶5∶10∶50。

本发明所述的高纯碳化硅粉料含碳化硅98%－99%，其粉料在500目～600目之间。

本发明所述的净水为去离子水或蒸馏水。

本发明所述的糖类为甜菜糖。

本发明所述的表面活性剂为吐温60。

本发明是制造一种新型碳化硅水系涂胶，其组成有高纯碳化硅粉料，含碳化硅为98%－99%，六亚甲基四胺（化学纯）、糖类、表面活性剂、净水，其质量百分比是：高纯碳化硅粉料为20～30%、六亚甲基四胺为10～15%、糖为4～7%、表面活性剂为10～15%、净水为30～50%,其最佳比例是25∶10∶5∶10∶50。按比例分别加入搅拌器混合，并振动、研磨，使它们分散成胶状，由于碳化硅粉受到上述化学物质的作用，其粘度和分散性受到影响，再加上硅粉不易与水亲合，在制造工艺中，室温应严格控制在18～30℃范围，净水一般用去离子水，最好用蒸馏水，不能混入含有大量氯离子和铁离子的自来水，高纯碳化硅粉是本涂胶的主体物质。一、含碳化硅98%以上，二、细粉在500目以上愈细愈好，消耗量可以减少；六亚甲基四胺，不同温度阶段有分解变化，在高温时，有抑制碳的传输效能；表面活性剂能提高碳化硅粉的扩散作用；糖类是一种脱氧剂，有利于化学反应；净水调节涂胶比重改善涂胶的分散性，有利于涂胶在石墨表面形成最薄涂胶层，净水的采用比油类更好，有利清洗，保护环境，不会产生二次污染，也不存在油类不完全燃烧产生碳烟，不会对金属产生第二次污染。

本涂胶是一种无毒水溶性灰白色胶体，其比重为1.1～1.23%，pH值为7～8。能承受2000℃以上的高温，灼烧后残量小于0.51%，是一种比石墨碳质薄纸性能更优良的介质。1、使用该种涂胶，在硬质合金微控空间烧结过程中和电炉炼钢、铝电解槽阳极，不锈钢冶炼电极中，特别是对于高钴合金类，有抑制渗透作用，在热分解或蒸发过程中，增大传输碳量阻力，起到一种自然保护作用，完满地解决了氧化问题；2、该涂胶是水系胶体，可以很方便的涂刷在任何形态的石墨表面上；3、本涂胶使用时无灰尘；4、本涂胶在石墨上涂刷后，易干燥、易吸附，有粘着厚度；5、本涂胶生产成本低，有明确工艺流程，本涂胶用于高钻硬质合金烧结，保证了合金质量，降低了石墨电极消耗，经济效益非常显著；6、本涂胶的生产周期短、灵活，不论大批量或者小批量均可随需要立即开机生产，对电炉电极和硬质合金烧结技术提供了可靠保障。

本发明的高温抗氧化涂胶由高纯SiC、悬浮剂、糖、活性剂、净水构成的一种无机——有机混合物，即SiC水系胶体分散系。

本发明的高温抗氧化涂胶，应用“双电性”原理，在高温反应过程，涂胶同步产生“分解反应”，有新相生成，Si、N₂、H₂有保护作用，SiC成份不被氧化。从本水系可以检测同步反应的存在。

1、高纯SiC：本SiC属β——SiC，在1900℃是稳定的，高于1900℃、α——SiC是稳定的。本涂胶内有稳定条件，同时，有充足C，来抑制它的逆反应，这里SiC稳定条件与Si生成条件存在，这可保证SiC的存在，其它有机物为一种大基团。

2、表面活性剂，也是悬浮剂。

3、六亚甲基四胺，高温下通过分解，抵制C的传输，作用明显。

4、糖类，提高原材料的抗氧化作用。

本发明的高温抗氧化涂胶依据石墨空间氧化特征、硬质合金烧结中的物理化学反应，以及高温传递规律，采用了升温过程同步反应的碳化硅——水混合物系胶体。通过本碳化硅涂胶的物质分解、蒸发，使碳化硅元素、杂质元素无法接触，从而抑制碳氧化合物的敏锐反应。本发明并非一种简单的、形式上的分隔措施。

本发明的涂胶的先进性还表现在：1、石墨氧化表面涂刷本涂胶后，电炉石墨电极及钨钴类合金烧结氧化过程中，涂胶分解的氧、氢、硅，同时又是一种自然保护介质。这比形式上的“隔离”更理想；2、涂胶是水系胶体，涂刷方便，这更是石墨电极优点；3、本涂胶是湿法生产，也是湿法涂刷，无灰尘，对人无害。碳化硅微粉在完全封闭系统生产。4、本涂胶易涂刷，也易干燥，易被石墨吸附；5、本涂胶生产成本低，社会效益显著；6、本涂胶生产工艺简单，生产周期短；7、石墨电极消耗降低，碳排放低，对环境保护有利。

本发明的工艺生产设备，主要是搅拌机、混合机，要求用不锈钢制，磨机（或研磨）可以是气流磨、超细粉磨机等，质量检测有天平、高温炉、酸度计、颗粒分析仪等。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

高温抗氧化涂胶由高纯SiC、悬浮剂、糖、活性剂、净水构成的一种无机——有机混合物SiC水系胶体分散系。由含碳化硅99%500目的高纯碳化硅粉料、化学纯六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂、净水组成，其质量百分比是：高纯碳化硅粉料为25%、六亚甲基四胺为10%、糖为5%、表面活性剂为10%、净水为50%。按比例分别加入搅拌机混合，并振动、研磨，使他们分散成胶状。

具体工艺流程是：首先将500目以上的含99%的碳化硅粉料与化学纯六亚甲基四胺与去离子水在常温常压下在搅拌机内混合成湿料，再用糖和表面活性剂调整配料，在混合机内混合，并经研磨搅拌去除杂质，最后经检测其比重为1.1－1.23%，pH值为7－8。

本发明的高温抗氧化涂胶采用物理化学方法，选用涂胶形式在石墨表面覆盖一薄层化学物，在高温烧结过程产生新相抗氧化，减少氧化或抑制渗碳之类的作用，以利电极、阳极、硬质合金烧结过程的延续。

实施例

1、计量称取25kg高纯碳化硅粉料（含碳化硅99%，细度为550目）与7kg六亚甲基四胺（化学纯）和50kg蒸馏水；

2、在室温25度，常压下将上述物质放入搅拌机内混合成湿料；

3、将上述湿料和5kg甜菜糖与13kg表面活性剂在混合机内混合；

4、将上述物料在研磨机内进行研磨搅拌，去除杂质；

5、质量检测（其仪器有天平、高温炉、酸度计、颗粒分析仪）其比重为1.13%，pH值为7.5；

6、成品包装。

Claims (4)

1.一种高温抗氧化涂胶，其特征在于：由高纯碳化硅粉料、六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂和净水组成；其质量百分比为20－30%∶10～15%∶4～7%∶10～15%∶35～50%；所述的高纯碳化硅粉料含碳化硅98－99%，其粉料在500－600目之间；所述的净水为去离子水或蒸馏水；其制造方法是：在室温18－30℃范围内，按上述比例先由高纯碳化硅粉料与六亚甲基四胺与净水在搅拌机内混合成湿料；然后由糖类和表面活性剂在混合机内调整配料，并经振动、研磨、搅拌分散成胶状；物化检测其比重为1.1－1.23，pH值为7－8。

2.根据权利要求1所述的高温抗氧化涂胶，其特征在于：其高纯碳化硅粉料、六亚甲基四胺、糖类、表面活性剂、净水的质量百分比的优选比例为25∶10∶5∶10∶50。

3.根据权利要求1或2所述的高温抗氧化涂胶，其特征在于：所述的糖类为甜菜糖。

4.根据权利要求1或2所述的高温抗氧化涂胶，其特征在于：表面活性剂为吐温60。