[發明專利]一種新型炭素材料抗氧化處理方法

無效

• 申請號: 201210135240.3
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102643114A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 路貴民;張燦;于建國;孫澤;王榕艷;岑吉祥;宋興福
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C01B31/00
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及炭素材料技術領域，具體來說，是一種新型炭素材料抗氧化處理方法。

【背景技術】

炭素材料是以碳元素為主的無機非金屬材料，通常是由石墨微晶構成，碳原子之間呈六角形平面網格的層狀晶體。由于炭素材料具有比某些金屬還要高的熱傳導性，遠比金屬還低的熱膨脹系數，很高地化學穩定性，在工程上具有重要的價值。常溫下，炭素材料與各種氣體不發生任何反應。當溫度升高到350℃，無定形碳即有明顯的氧化反應，而繼續升高到400℃石墨也開始發生氧化反應，隨著溫度的升高，石墨氧化速度加快。石墨化程度愈高，石墨的晶體結構愈完善，其反應活化能大，抗氧化性能好。同一材料內，黏結劑炭有優先氧化的傾向，所以氧化反應進行到一定程度時，骨料顆粒會發生脫落。炭素材料的活化能隨溫度升高而降低，700～1000℃的平均活化能為105kJ/mol，1000～1100℃的活化能降低已經非常明顯。炭素材料高溫氧化由氧化性氣體的內擴散和化學反應控制，氧化速率與氧化性氣體流量成線性增加關系?；瘜W反應由石墨材料的完整程度有關，石墨化程度越高，氧化反應速度越慢，而內擴散由炭素材料的微孔分布決定。在材料確定的情況下，其氧化反應由內擴散控制。

眾所周知，炭素制品在制造過程中，有機炭質原料的熱解縮聚，使炭素材料形成多孔性，一般氣孔率在20％～30％左右，其中大部分是開口氣孔，導致氧化性氣體的擴散速度和擴散深度增大，抗氧化性能差，一般在400℃左右就開始氧化。防止炭素材料氧化的最主要的措施之一就是減少炭素材料與氧的接觸面積，實質上是用抗氧化的物質附在炭素材料的孔隙或活性中心上，使其表面不直接暴露于空氣中。

目前，炭素材料的抗氧化方法大致可分為三種，即表面涂層、氣相沉積和浸漬。表面涂層由于與炭素材料熱應力差異等原因，使用過程容易脫落，應用受到限制。氣相沉積過程由于成本過高以及僅適用于小尺寸制品，目前該技術主要應用于航空航天材料領域。通過浸漬過程提高炭素材料抗氧化性能具有操作簡單的優點，但現有的浸漬工藝，浸漬效率較低、浸漬時間長、抗氧化性能不是非常理想和能耗較高。

沸騰浸漬為通過將炭素材料放入沸騰的溶液中，進行浸漬。對于非平壁或多孔材料中的微孔，壁面上的氣泡核心是那些預先儲存有氣體或蒸汽的凹坑。由于這些氣(汽)泡的存在，實際的沸騰過程就是從這些汽泡核心開始的。這些汽泡核心的尺度要比由于液體分子密度起伏所形成的汽泡核心大得多，所以在這些儲氣凹坑上液體開始沸騰所需的過熱度，要比在過熱液體中形成臨界汽泡核心所需要的過熱度大大減少，也比在不含氣體的固體壁面上形成汽泡核心的過熱度要小得多。炭素材料表面為多孔結構，受工藝控制，其內部殘留許多直通氣孔。由于多孔材料沸騰原理可知，通過將炭素材料放置于浸漬液體中加熱，由于炭素材料為多孔材料，孔里面有很多惰性氣體或空氣等，形成汽泡核心從而沸騰，此時過熱度還未使壁面達到浸漬液沸點。由于沸騰只在炭素材料表面發生，只需要提供炭素材料沸騰所需要的能量，能耗低，傳質效率高。在溶劑不斷汽化的過程中，炭素材料孔隙中的惰性氣體被帶出孔外，而被浸漬液給占據。因此沸騰浸漬可以大大提高浸漬的效率，提高增重率，降低能耗，提高抗氧化性能。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型提高炭素材料抗氧化性能的處理方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種新型提高炭素材料抗氧化性能的處理方法，其具體步驟為，將水溶液或熔液加熱沸騰后，再將炭素材料放入水溶液或熔液中；或者單獨將溶質加熱沸騰，而不采用溶劑水，再將炭素材料放入；在浸漬液中沸騰浸漬炭素材料；炭素材料取出冷卻。

所述的溶質為無機含氧酸、無機鹽、金屬單質和金屬氧化物中的一種或者幾種組成，沸騰浸漬炭素材料，提高炭素材料的抗氧化性能。

所述的無機含氧酸為磷酸、硅酸和硼酸的一種或者幾種，但也可包括其它未列舉的無機含氧弱酸和無機含氧中強酸。

所述的硼酸為H₃BO₃和其脫水后產物，如HBO₂等；所述的磷酸為H₃PO₄和其脫水后產物，如HPO₃等；所述的硅酸為H₄SiO₄和其脫水后產物，如H₂SiO₃、H₂Si₂O₅等；

所述的無機含氧酸的質量濃度范圍0～100％。