CN110407206A - 一种钛修饰膨胀石墨的改性方法 - Google Patents

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王梓祎
王子琦
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Abstract

本发明涉及一种钛修饰膨胀石墨的改性方法，其技术方案是：将膨胀石墨与钛源按照一定比例混合，经真空浸渍后埋碳高温热处理制备得到改性膨胀石墨，该膨胀石墨具有较好的抗氧化性及结构完整性，可用于生产碳复合耐火材料原料。且本发明方法具有环境友好，操作简单的优点。

Description

一种钛修饰膨胀石墨的改性方法
技术领域
本发明属于耐火材料原料改性领域，具体涉及一种钛修饰膨胀石墨的改性方法。
背景技术
由于石墨本身优良的热导性和低的热膨胀性以及对炉渣不润湿，使得碳复合耐火材料具有优异的抗热震稳定性、抗渣侵蚀性，从而被广泛的用于转炉、电炉及精炼炉的内衬材料。但是由于石墨容易氧化成温室气体，一方面破坏环境，另一方面冶炼低碳钢时增加了钢水的含碳量，因此碳复合耐火材料的低碳化成为了趋势，但是研究发现耐火材料的碳含量降低后，材料的抗渣性和抗剥落性降低，所以需要采取复合碳素原料来对其性能进行改进，大多数采用石墨烯、膨胀石墨和碳纳米管线等作为碳素原料。而膨胀石墨本身存在一定的结构缺陷，虽然膨胀石墨能缓冲碳复合材料的热应力，但在抗氧化性和结构完整上却不如鳞片石墨。在之前的研究中，多数采用硅、氮、硼修饰膨胀石墨，但其在1200℃以上结构发生蚀变严重强度下降不利于改善耐火材料性能。而碳化钛是一种超硬材料且其化学稳定性好,比如高熔点、高强度、高硬度以及良好的耐腐蚀、耐高温性能,是一种优良的表面保护材料和高温结构材料，本发明申请用钛源进行膨胀石墨的修饰。旨在膨胀石墨端面断键处形成含钛饱和键，改善膨胀石墨的结构完整性，并提高其抗氧化性，期望能更好的应用于碳复合耐火材料中，提高产品性能。
发明内容
为了解决膨胀石墨作为碳素原料在使用过程中易发生的结构蚀变和抗氧化性较差的问题，本发明旨在提供一种提高膨胀石墨的抗氧化性和结构稳定性的改性方法。具体实施方法是用钛源作为修饰剂，通过对膨胀石墨真空浸渍并埋碳热处理的方法来实现。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：取适量膨胀石墨按照碳源和钛源质量比在1：4至1：8的范围内，将其与钛酸四丁酯溶液混合均匀采用真空浸渍法进行浸渍。
采用上述方案所得的改性膨胀石墨，进行高温处理。在温度较低的时候，掺杂离子首先会与膨胀石墨表面的点缺陷处的碳原子形成共价结合，而此时的掺杂离子可以作为电子受体。因此可以在一定程度上减少结构的无序性。在温度升高时，膨胀石墨结构中原有的含氧官能团相互之间会发生缩聚反应，生成水和TiO2，从而降低膨胀石墨中的氧含量，从而降低膨胀石墨的反应活性。当温度更高时，将会转化为TiC ,进一步降低了膨胀石墨的氧含量，降低反应活性，从而提高了膨胀石墨的热氧化分解温度。
具体实施例1
取0.8g膨胀石墨，加入6.4ml体积密度为1g/ml的钛酸四丁酯，将混合物放入100mL的乙醇溶液中进行磁力搅拌与超声混合使二者分散均匀，将样品放入真空箱中真空浸渍60min，真空度为5000Pa，然后经过过滤干燥得到改性膨胀石墨，于1300℃埋碳处理1h。
经检测发现，经过钛修饰后的改性膨胀石墨晶型完整度提高；改性膨胀石墨的石墨化度得到改善，石墨化度提高了47%，氧化温度提高57℃。
具体实施例2
取0.8g膨胀石墨，加入6.4ml体积密度为1g/ml的钛酸四丁酯，将混合物放入100mL的乙醇溶液中进行磁力搅拌与超声混合使二者分散均匀，将样品放入真空箱中真空浸渍60min，真空度为5000Pa，然后经过过滤干燥得到改性膨胀石墨，于1400℃埋碳处理1h。
经检测发现，经过钛修饰后的改性膨胀石墨晶型完整度提高；改性膨胀石墨的石墨化度得到改善，石墨化度提高了63%，氧化温度提高72℃。

Claims (4)

1.一种钛修饰膨胀石墨的改性方法，其特征是向膨胀石墨中加入钛源，碳源与其质量比例为1：4至1：8，再与无水乙醇混合均匀后，将混合物放入真空泵中真空浸渍，过滤干燥之后混合物埋碳高温，即制得改性膨胀石墨，该膨胀石墨具有较为完整的结构和较好的抗氧化性。
2.权利1所述的制备原料，其特征在于钛源为钛酸四丁酯，纯度为分析纯度。
3.权利1所述的制备方法，其特征在于真空浸渍时间为30至90min，真空度为5000Pa至6000Pa范围内。
4.权利1所述的较佳制备方法，其特征在于碳化热处理温度为1300℃至1400℃， 1000℃以下时升温速率为5℃/min，1000℃以上为2℃/min，保温时间为1至3小时。
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