CN114449695B - 一种超高功率石墨电极 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高功率石墨电极，该超高功率石墨电极包括下列原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼；利用乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒，对硒化钴进行表面功能化处理，经过功能化处理后的硒化钴表面与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒，将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆在石墨棒表面，烘干得到超高功率石墨电极；本发明的超高功率石墨电极可大大提高超高功率石墨电极抗折强度及理化指标，同时进一步降低电阻率。

Description

一种超高功率石墨电极

技术领域

本发明属于石墨技术领域，具体涉及一种超高功率石墨电极。

背景技术

石墨是碳的结晶体，是一种非金属材料，色泽银灰、质软，具有金属光泽。石墨的熔点极高，在真空下至3000℃时才开始软化的趋向熔融状态，到 3500℃时石墨开始蒸发升华。一般材料在高温下强度逐渐降低，而石墨在加热到2000℃时其强度反而较常温时提高一倍左右。石墨的导热性和导电性是相当高的，其导电性比不锈钢高4倍左右，比碳素钢高2倍左右，比一般的非金属高100倍左右。其导热性不仅超过钢、铁、铅等金属材料，而且随温度升高导热系数降低，这与一般金属材料不同，在极高的温度下石墨甚至趋于绝热状态。因此，在超高温条件下石墨的隔热性能是很可靠的。石墨具有良好的润滑性和可塑性，石墨摩擦系数小于0.1，石墨可展成透气透光薄片，在高强石墨硬度很大，以至用金刚石刀具都难以加工。石墨具有化学稳定性，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂的腐蚀。由于石墨具有以上特有诸多优良性能，因此石墨在现代工业中用途日益广泛。

随着科技的发展，目前大容量、超高功率电弧炉发展迅速，对大规格、超高功率石墨电极的质量要求越来越高，作为交流电弧炉主要消耗用的超高功率石墨电极，每年因电极折断造成的消耗占总消耗的10％以上，这主要是由于超高功率石墨电极的抗折强度不大和理化指标不够优异造成的，现有的石墨电极硬度低，易损坏，密实度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高功率石墨电极，本发明中利用氮元素与树脂均匀搅拌，使氮元素均匀附着在树脂表面，形成具有网状的氮网，提高树脂表面的抗氧化性，同时降低游离态碳元素的量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超高功率石墨电极，包括下列原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼，利用乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒，对硒化钴进行表面功能化处理，经过功能化处理后的硒化钴表面与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒，将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆在石墨棒表面，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极。

采用上述方案：在现有的超高功率石墨电极的基础上进行添加具有石墨烯包覆的硒化钴颗粒，由于硒化钴颗粒具有低电阻率，高力学强度，结合石墨烯材料的高力学性能，可大大提高超高功率石墨电极抗折强度及理化指标，同时进一步降低电阻率。

优选的，所述硒化钴颗粒粒径为50～200nm。

采用上述方案：优化硒化钴颗粒粒径，便于进行石墨烯包覆，减少硒化钴颗粒表面积，提高包覆成功率。

优选的，所述原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼按照质量份数添加如下：石墨棒50～60份、石墨烯10～ 15份、乙酸钴5～10份、十二烷基磺酸钠2.5～5份、乙二醇20～25份、二氧化硒2.5～5份、水合肼2.5～5份。

采用上述方案：进一步优化各原料之间的配比，从而各组分更好地配比，进一步提高超高功率石墨电极的性能。

优选的，所述功能化处理包括下列步骤：

①、将硒化钴颗粒与氧化剂进行均匀混合得到混合液A；

②、在混合液A中添加聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

③、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液。

优选的，所述氧化剂包括重铬酸钠、铬酸、盐酸等其中一种，氧化剂与二氧化硒质量份数比为：1:1～1.5。

采用上述方案：优化氧化剂和二氧化硒的比例，提高表面正离子数量。

优选的，所述氧化剂与聚二烯丙基二甲基氯化铵比例为：1:1.2～1.5。

采用上述方案：优化氧化剂和聚二烯丙基二甲基氯化铵的比例，提高表面正离子活性。

优选的，所述石墨烯混合搅匀速度为35～45r/min，搅拌时间为2～3h。

采用上述方案：优化石墨烯混合搅拌参数，保证搅拌均匀，进一步提高包覆成功率。

优选的，所述水热反应温度为155～175℃，时间为18～24h。

采用上述方案：优化水热反应温度，保证硒化钴颗粒的纳米尺寸。

优选的，所述石墨棒的表面涂覆厚度为1～1.5mm。

采用上述方案：减少整体的超高功率石墨电极的质量，在提高抗折强度及理化指标的同时降低成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在现有的超高功率石墨电极的基础上进行添加具有石墨烯包覆的硒化钴颗粒，由于硒化钴颗粒具有低电阻率，结合石墨烯材料的高力学性能，可大大提高超高功率石墨电极抗折强度及理化指标，同时进一步降低电阻率。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种超高功率石墨电极。

包括下列原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼，利用乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒，对硒化钴进行表面功能化处理，经过功能化处理后的硒化钴表面与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒，将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆在石墨棒表面，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极。

由于在硒化钴颗粒在氧化剂的环境中，表面失去电子，因此在表面具有正离子，同时添加的聚二烯丙基二甲基氯化铵为强阳离子电解质，提高带有正离子的硒化钴颗粒与带有负离子的石墨烯表面进行结合，因此在硒化钴颗粒进行表面功能化处理后，石墨烯可强有力的包覆在硒化钴颗粒表面，硒化钴颗粒具有低电阻率，结合石墨烯材料的高力学性能，可大大提高超高功率石墨电极抗折强度及理化指标，同时进一步降低电阻率。

具体的，原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼按照质量份数添加如下：石墨棒50～60份、石墨烯10～15 份、乙酸钴5～10份、十二烷基磺酸钠2.5～5份、乙二醇20～25份、二氧化硒2.5～5份、水合肼2.5～5份。

具体的，功能化处理包括下列步骤：

①、将硒化钴颗粒与氧化剂进行均匀混合得到混合液A；

②、在混合液A中添加聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

③、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液。

其中，制备得到的硒化钴颗粒粒径为50～200nm。

其中，氧化剂包括重铬酸钠、铬酸、盐酸等其中一种，氧化剂与二氧化硒质量份数比为：1:1～1.5。

氧化剂与聚二烯丙基二甲基氯化铵比例为：1:1.2～1.5。

其中，石墨烯混合搅匀速度为35～45r/min，搅拌时间为2～3h。

其中，水热反应温度为155～175℃，时间为18～24h。

其中，石墨棒的表面涂覆厚度为1～1.5mm。

实施例1

①、添加乙酸钴5份、十二烷基磺酸钠2.5份、乙二醇20份混合制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒2.5份与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒；

②、将硒化钴颗粒与2.5份盐酸进行均匀混合得到混合液A；

③、在混合液A中添加3份聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

④、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液；

⑤、将得到的溶液与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒；

⑥、将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆1mm在石墨棒表面，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极。

实施例2

①、添加乙酸钴7.5份、十二烷基磺酸钠3.5份、乙二醇20份混合制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒3.5份与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒；

②、将硒化钴颗粒与3.5份盐酸进行均匀混合得到混合液A；

③、在混合液A中添加4份聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

④、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液；

⑤、将得到的溶液与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒；

⑥、将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆1mm在石墨棒表面，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极。

实施例3

①、添加乙酸钴10份、十二烷基磺酸钠5份、乙二醇20份混合制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒5份与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒；

②、将硒化钴颗粒与5份盐酸进行均匀混合得到混合液A；

③、在混合液A中添加5.5份聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

④、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液；

⑤、将得到的溶液与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒；

⑥、将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀的涂覆1mm在石墨棒表面，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极。

对比例1

制备超高功率石墨电极，在石墨棒外部涂覆1mm的石墨烯层。

对比例2

制备超高功率石墨电极，采用石墨棒直接混捏成型。

把工业用铝粉放置在上述实施例与对比例所制备的超高功率石墨电极内，按照金属熔融标准进行熔铝试验，最高温度720℃，真空度3.08×10～2Pa，在熔铝过程中工业铝粉熔化为液态铝滩涂在超高功率石墨电极的中心位置，冷却凝固之后，取出超高功率石墨电极考察硅块的脱模效果，其中脱模效果采用粘结在超高功率石墨电极内部的剩余铝块与整体凝固后铝质量比值进行表示，结果见下表1：

表1

由上表1可知，在添加包覆有硒化钴的石墨烯层的石墨电极，其电阻率大大降低，抗折强度与弹性模量均明显提升。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述超高功率石墨电极包括下列原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼；利用乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇制作前驱体溶液，将分散后的二氧化硒与前驱体溶液混合进行水热反应，得到硒化钴颗粒，对硒化钴进行表面功能化处理，经过功能化处理后的硒化钴表面与石墨烯进行混合搅匀得到石墨烯包覆的硒化钴颗粒，将得到的硒化钴颗粒分散至乙二醇中，得到溶液，将溶液均匀地涂覆在石墨棒表面，所述石墨棒的表面涂覆厚度为1～1.5mm，烘干后机械加工得到超高功率石墨电极，

所述原料：石墨棒、石墨烯、乙酸钴、十二烷基磺酸钠、乙二醇、二氧化硒、水合肼按照质量份数添加如下：石墨棒50～60份、石墨烯10～15份、乙酸钴5～10份、十二烷基磺酸钠2.5～5份、乙二醇20～25份、二氧化硒2.5～5份、水合肼2.5～5份。

2.根据权利要求1所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述硒化钴颗粒粒径为50～200nm。

3.根据权利要求1所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述功能化处理包括下列步骤：

①、将硒化钴颗粒与氧化剂进行均匀混合得到混合液A，所述氧化剂包括重铬酸钠、铬酸中的一种；

②、在混合液A中添加聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌2～3h，得到混合液B；

③、使用去离子水洗涤混合液B，洗涤2～3次，收集溶液。

4.根据权利要求3所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：氧化剂与二氧化硒质量份数比为1:1～1.5。

5.根据权利要求3所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述氧化剂与聚二烯丙基二甲基氯化铵比例为1:1.2～1.5。

6.根据权利要求1所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述石墨烯混合搅匀速度为35～45r/min，搅拌时间为2～3h。

7.根据权利要求1所述的一种超高功率石墨电极，其特征在于：所述水热反应温度为155～175℃，时间为18～24h。