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石墨材料抗氧化性研究進展

發布時間:2021-08-23󰇰瀏覽次數:362

石墨材料的優異性能大家都知道,它的缺陷大家也知道。*具關鍵的缺陷就是氧化,在有氧條件下,在氧化氣氛下它會被氧化。為了提高石墨材料的高溫抗氧化性能,國內外研究者進行了大量的研究工作。方法有基體改性法、表面涂層法、溶液浸漬法,另外還有陶瓷法,但是陶瓷法,他實際上與其他的方法有時候伴隨而生,所以有時候不單獨列出,那么主要是上述方法,基本改性法,表面涂層法、溶液浸漬法。

基本改性法


是一種內部改性法,是在石墨進行內部添加氧化抑制劑。達到改善材料的抗氧化性能。

添加劑的選用必須滿足以下的條件。

1、添加劑與石墨基體材料要有很好的化學相容性

2、具備較低的氧氣、濕氣滲透能力

3、不能對氧化反應有催化作用。

4、不能影響石墨基體材料原有這個性能。

主要有AI、B、Si、Ti、Zi、Mo、Hf、Cr這類氧化物。碳化物、氮化物、硼化物這類的添加劑有一個共同的這個特點,高熔點,低揮發性,高硬度。這種添加劑,對這個石墨材料抗氧化性的基本的基體很多,添加劑或者添加劑與碳反應的生成物與氧的親和力大于碳和氧的親和力。

首先,不重要的,輔助的。加進來就被氧化。而保住碳,丟卒保帥在高溫下優先于碳被氧化,其反應產物不與氧反應,會與氧高溫反應形成高溫間系度小且流動性好的玻璃相。這塊極其重要。玻璃相不僅可以填充材料中的孔隙和微裂紋,還是材料機構更加致密,而且在材料表面形成一層致密的化學阻擋層,減少材料表面的氧化反應活性點數目。阻止氧氣和反應產物擴散到材料內部。這個基體改進法可以極大地改善石墨材料高溫氧化性能。但是,加多了、量大了。氧化抑制劑的加入量過大會導致材料的性能下降。


涂層法

高溫抗氧化涂層是改善石墨材料抗氧化劑非常有效的方法,它可以大大提高石墨材料在氧化環境中的使用溫度,一個完整且有效的抗氧化涂層必須具有以下特征。

1、涂層必須能夠有效地阻止氧氣向基體材料內部的侵入,還要有低的氧滲透率。

2、涂層材料在高溫下應有較低的揮發性。

3、涂層應能阻止基體材料向外擴散,尤其對于含有氧化物的組元更要注意。

4、涂層與基體材料之間以及涂層之間要有較高的粘結強度。

5、涂層與基體之間以及涂層之間必須要有良好的機械、化學兼容性

6、涂層之間以及涂層與基體之間,在高溫下不能反應生成一些不需要的物相。

7、一些涂層不能分解,也不能體積縮小或者膨脹。

8、涂層具有良好的耐腐蝕性及耐潮濕性能。

9、涂層還有自愈合性能。

10、涂層應有較高的使用壽命

11、涂層之間以及涂層與基體材料之間的熱膨脹系數以盡可能的相近,防止高溫下產生較大的熱應力使發生裂紋失效或者降效。

由上述可知,僅靠單一的涂層是不能滿足石墨材料的高溫抗氧化性的,通常情況下抗氧化涂層是一個多層的。復合各層之間相互比較,相互彌補,充分發揮各個涂層的優勢,達到整體優良的抗氧化劑。

 

 

一個完整的涂層體系,有三層。

**層氧阻擋層。氧阻擋層能阻止氧氣向石墨基體材料的內部滲入,是抗氧化儲存質量好壞的關鍵。常用的阻擋材料是SiC和Si3N4等。主要是們有較低的膨脹系數和良好的抗氧化能力,被認為是*優良的氧阻擋層材料。

 

第二密封層。為了防止氧氣通過外部涂層中的裂紋擠出石墨基體材料,通常都在外涂層的內部加一層玻璃態的密封層,當然去通過裂紋接觸密封層時,密封層迅速氧化同時發生體積膨脹能夠填充整個裂紋。*多的密封層體系是碳化硅、二氧化硅。 

第三粘結層。通常情況下石墨基體材料和涂層材料之間,由于熱膨脹系數的不匹配導致涂層內部出現裂紋,導致涂層破壞降低石墨材料抗氧化性,為了解決這些問題,通常在涂層之間,涂層與石墨基體之間添加一層粘結層。選擇粘劑層時要綜合考慮涂層材料和石墨材料熱膨脹系數其物理化學性能。

 

這個由于石墨材料的熱膨脹系數低、極低,目前使用的涂層材料無論是硅質陶瓷涂層還是其他的氧化物陶瓷等等吧。都要大于我們石墨基體的膨脹系數。所以呢,要解決石墨材料的高溫抗氧化問題,應首先解決涂層材料與石墨材料熱膨脹系數的匹配性。

 

溶液浸漬法

溶液浸漬法是提高石墨材料高溫抗氧化性能的一個有效途徑。溶液浸漬法是提高石墨材料高溫抗氧化性能的一個有效途徑,該方法是采用適當的浸漬劑配制溶液對石墨制品進行浸漬,然后經過熱處理,使滲入到石墨材料內部的浸漬劑轉變成高溫抗氧化物質,填充石墨材料內部孔隙并覆蓋石墨表面,從而隔絕氧化性氣體并阻擋氣體從孔隙進入到石墨材料內部,延緩氧化反應的發生,提高石墨材料的高溫抗氧化性能。

 

這個國內外的很多研究者,對于這個浸漬法了研究很多,實際上現在用的*多的*實用的,*市場化的,受眾*多的就是這個浸漬法。該法使用產品和對象*多,*常見的是磷酸鹽體系中的中低溫石墨材料抗氧化的需要。

 

 

 

 

 


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