[發(fā)明專利]一種納米石墨電極

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410391904.1
• 申請(qǐng)日: 2014-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN104177127A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳照峰;聶麗麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/52
• 分類號(hào): C04B41/52
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨電極技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米石墨電極。

背景技術(shù)

石墨具有高比強(qiáng)度與剛度，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性及抗熱震性，以及高溫下持續(xù)的高強(qiáng)度等特點(diǎn)，是冶金、電子、原子能行業(yè)和宇航工業(yè)等部門用的重要導(dǎo)電材料和結(jié)構(gòu)材料，尤其在高溫應(yīng)用領(lǐng)域中已日益顯示出其重要性。隨著使用溫度的升高(至2500℃)，它的強(qiáng)度降低，其高強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性只有在惰性氣氛下才能保持，因?yàn)樵诳諝庵?00℃以上，它就會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而限制了它的應(yīng)用。

石墨電極是一種被廣泛用作為冶煉各種合金鋼、鐵合金、工業(yè)硅和黃磷以及有色金屬和稀有金屬的工業(yè)材料，其不足之處在于高溫抗氧化能力差，在煉鋼過(guò)程中，LF爐和電弧爐用石墨電極的40％～60％是因?yàn)楹涂諝庵械难醴磻?yīng)而白白消耗掉，石墨電極本身也是一種不可再生資源，僅石墨化工序電能就需要消耗3500kwh以上，同時(shí)生產(chǎn)高性能石墨電極所需的針狀焦被日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家長(zhǎng)期壟斷，價(jià)格居高不下。因此在不影響發(fā)射性能的同時(shí)，研制抗氧化性的石墨電極對(duì)于延長(zhǎng)石墨電極的壽命，降低鋼鐵行業(yè)的能耗和生產(chǎn)成本至關(guān)重要。

授權(quán)公告號(hào)為CN203057583U的中國(guó)實(shí)用新型專利提出了一種石墨電極，包括石墨電極本體、石墨電極本體表面的抗氧化涂層及抗氧化層外表面的金屬層。該石墨電極有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中石墨電極在冶煉過(guò)程中出現(xiàn)的電極側(cè)面氧化導(dǎo)致石墨電極嚴(yán)重?fù)p耗的問(wèn)題，但存在金屬層、涂料層與石墨電極基體間的結(jié)合不牢的問(wèn)題，抗氧化層易剝落失效，且電極的發(fā)射效率不高。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN103260282A的中國(guó)發(fā)明專利涉及一種增強(qiáng)型復(fù)合石墨電極及其制作和使用方法，其中電極殼包含有碳纖維，因此外殼的抗壓強(qiáng)度提高了一倍，不因熱應(yīng)力產(chǎn)生裂紋。該發(fā)明利用電流導(dǎo)體的表面集膚作用，電極導(dǎo)電性能好，可以降低能耗，但該電極只有簡(jiǎn)單的電極殼保護(hù)，內(nèi)部石墨電極在高溫下仍然容易氧化，損耗較大。

石墨稀具有較大的比表面(2630m²/g^-1)，其厚度僅為0.35nm，具有優(yōu)良的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，是一種非常有潛力的儲(chǔ)能材料。其優(yōu)良的導(dǎo)電性是其它高比面炭材料很難達(dá)到的獨(dú)特性質(zhì)，意味著石墨烯可以是性能極佳的電極材料；而良好的熱學(xué)、光學(xué)以及力學(xué)強(qiáng)度，也預(yù)示著石墨烯材料可用于超薄、微型的電極材料和儲(chǔ)能器件，Stoller等采用化學(xué)改性后的石墨烯作為超級(jí)電容器的電極材料并進(jìn)行了相關(guān)研究，其結(jié)果在2008年以Graphene-based?ultracapacitors發(fā)表在Nano?Letters?8(10)：3498-3502。

發(fā)明內(nèi)容

本項(xiàng)目旨在提供一種納米石墨電極，能夠有效克服傳統(tǒng)石墨電極高溫易氧化和抗氧化處理后發(fā)射性能差的缺陷。

本發(fā)明所述的納米石墨電極呈圓柱狀，由實(shí)心的石墨棒基體及基體外圍的非金屬抗氧化層組成，其特征在于由內(nèi)到外的結(jié)構(gòu)成分依次為含有納米陶瓷顆粒的石墨棒、第一層碳化硅(SiC)、石墨烯和第二層碳化硅(SiC)，不同成分之間有著緊密的分子或原子間結(jié)合。

所述的石墨棒的調(diào)節(jié)電阻為0.5～5％，直徑為5～200mm，由納米陶瓷顆粒與石墨顆粒組成，其中石墨顆粒直徑小于等于3微米，重量分?jǐn)?shù)為90～95％。

所述的納米陶瓷顆粒成份為碳化硅、碳化鉿、碳化鉭、碳化鋯，彌散分布在石墨基體中，重量分?jǐn)?shù)為5～10％。

所述的第一層SiC的厚度為10～100nm，均勻分布在石墨棒基體外圍。

所述的石墨烯厚度為0.01～10nm。

所述的第二層SiC分布在電極最外圍，厚度為100～1000nm。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是：①不同粒徑(微米級(jí)與納米級(jí))顆粒的彌散分布與配合使得電極的組織十分致密，機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定；②石墨烯、碳化硅與石墨基體有機(jī)組合，該納米石墨電極具有優(yōu)良的抗氧化性能和高發(fā)射性能；③良好的導(dǎo)電性能，耐磨，耐高溫。

附圖說(shuō)明

圖1為一種納米石墨電極的截面示意圖。

圖中10為含有納米陶瓷顆粒的石墨棒；20為第一層SiC；30為第一層SiC；40為石墨烯；50為納米陶瓷顆粒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定。

實(shí)施例1