一种耐高温石墨材料的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 12:22:51
技术领域
本发明涉及石墨粉体技术领域，具体涉及一种耐高温石墨材料的制备方法。
背景技术
石墨材料因其具有良好的耐腐蚀性、导热导电性、优异的力学性能、较高的热稳定性等特性，而被广泛应用于航空航天、高铁、金属冶炼、耐火材料、核电工业、石油机械等领域。然而石墨材料具有强烈的氧化敏感性，在大气环境中大约400℃就开始被氧化分解，且随着温度升高氧化失重越发显著，严重制约石墨材料在高温领域的进一步应用。因此，提高石墨的高温抗氧化性能，延长材料使用寿命具有重要意义。针对石墨材料高温易氧化的问题，目前常用的方法主要有气相沉积法、固相烧结法、硅油浸渍法等，但上述提到的方法存在实施过程复杂，工艺控制率低，生产周期长，样品前处理过程繁琐等问题，无法满足实际应用需求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种简单的耐高温石墨粉体材料的制备方法，旨在在石墨材料表面制备一层耐高温抗氧化涂层材料，阻碍氧化性气体向石墨内部扩散，以提高石墨材料高温抗氧化性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、清除石墨表面的杂质；
步骤二、对石墨进行无机盐浸渍；
步骤三、对经过无机盐浸渍的石墨进行热处理。
进一步地，步骤一所述清除石墨表面杂质的方法为：对石墨依次用蒸馏水、酒精分别清洗10～15min，再过滤烘干。
进一步地，所述石墨粒径为150～500μm，石墨中碳含量≥94wt％。
进一步地，步骤二所述对石墨进行无机盐浸渍的方法为：
(1)制备浸渍液A：
称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共2～12g，然后加入90～100℃的蒸馏水20～30ml，充分搅拌混合至透明，再加入1～5mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A；
(2)对石墨进行浸渍，制得混合物B：
将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80～90℃下干燥12～14h后得到混合物B。
进一步地，步骤三所述对经过无机盐浸渍的石墨进行热处理的方法为：将经过无机盐浸渍的石墨置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理1～3h。
进一步地，在制备浸渍液时，四硼酸钠和磷酸二氢钠配制10g，蒸馏水20ml，磷酸5mL；经过浸渍的石墨过滤后在80℃下干燥12h；混合物B在120～400℃下进行热处理1～2h。
进一步地，所述四硼酸钠、磷酸二氢钠、磷酸的纯度均为分析纯，纯度99.9％。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明制备工艺简单，成本低，所用浸渍液主要成分是磷酸盐、硼酸盐，其高温抗氧化性能主要源自硼酸盐和磷酸盐在高温下分解产生的一系列变化，在石墨表面或孔隙中覆盖一层稳定的抗氧化涂层，减少了氧化性气体向石墨内部扩散的通道，提高石墨的高温抗氧化性。所制备的石墨粉体覆盖的抗氧化涂层与石墨具有良好的结合强度。
具体实施方式
一种耐高温石墨材料的制备方法，包括以下三个阶段：
一、预处理阶段：
石墨均依次用蒸馏水、酒精清洗10～15min，再过滤烘干后备用，以清除石墨表面的杂质。
上述所用石墨粒径为150～500μm，石墨中碳含量≥94wt％。
二、无机盐浸渍阶段：
1)称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共2～12g，然后加入90～100℃的蒸馏水20～30ml，充分搅拌混合至透明，再加入1～5mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
上述所用四硼酸钠、磷酸二氢钠、磷酸的纯度均为分析纯，纯度99.9％。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80～90℃下干燥12～14h后得到混合物B。
三、热处理阶段：
将混合物B置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理1～3h，即得到耐高温的石墨材料。
以下将结合具体实施例对本发明作更进一步的详细描述：
实施例1：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共10g，然后加入90～100℃的蒸馏水20ml，充分搅拌混合至透明，再加入5mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥12h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～400℃下进行热处理1～2h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例2：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共8g，然后加入90～100℃的蒸馏水20ml，充分搅拌混合至透明，再加入4mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在85℃下干燥13h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～400℃下进行热处理1～2h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例3：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共6g，然后加入90～100℃的蒸馏水20ml，充分搅拌混合至透明，再加入3mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在90℃下干燥14h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～400℃下进行热处理1～2h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例4：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共4g，然后加入90～100℃的蒸馏水20ml，充分搅拌混合至透明，再加入2mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥12h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～400℃下进行热处理1～2h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例5：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共2g，然后加入90～100℃的蒸馏水20ml，充分搅拌混合至透明，再加入1mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在90℃下干燥13h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～400℃下进行热处理1～2h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例6：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共4g，然后加入90～100℃的蒸馏水30ml，充分搅拌混合至透明，再加入2mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥12h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理2～3h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例7：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共6g，然后加入90～100℃的蒸馏水30ml，充分搅拌混合至透明，再加入3mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥13h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理2～3h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例8：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共8g，然后加入90～100℃的蒸馏水30ml，充分搅拌混合至透明，再加入4mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥14h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理2～3h，即得到耐高温的石墨材料。
实施例9：
一种耐高温石墨的制备方法。
1)先称取四硼酸钠和磷酸二氢钠共10g，然后加入90～100℃的蒸馏水30ml，充分搅拌混合至透明，再加入5mL磷酸，充分搅拌，制得浸渍液A。
2)将2～10g石墨加入浸渍液A中浸渍，加热至75℃，恒温3h，过滤，在80℃下干燥13h后得到混合物B。
3)将混合物B置于马弗炉中，在120～600℃下进行热处理2～3h，即得到耐高温的石墨材料。将实施例1～9制得的改性石墨和未处理石墨在800℃下做热失重，所得数据见下表：
由上表可知，将石墨经上述案例处理后所得改性石墨热失重明显降低，其中实施例1最优，实施例2～4、实施例8～9较优。
本发明创新点：
1)本发明所制备的改性石墨采用高熔点无机盐浸渍法，该方法所需设备简单，易操作，材料成本低；相比未处理石墨，制备出的改性石墨高温抗氧化性提高了49.3％～64.1％。
2)所制备的改性石墨覆盖的抗氧化涂层与石墨具有良好的结合强度，具有更加优良的高温抗氧化性。