[發明專利]一種鈦修飾膨脹石墨的改性方法

在審

• 申請號: 201910840270.6
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110407206A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 涂軍波;魏軍從;王梓祎;王子琦;鄭曉藝
• 申請（專利權）人: 華北理工大學
• 主分類號: C01B32/21
• 分類號: C01B32/21;C04B35/52;C04B35/626
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本發明涉及一種鈦修飾膨脹石墨的改性方法，其技術方案是：將膨脹石墨與鈦源按照一定比例混合，經真空浸漬后埋碳高溫熱處理制備得到改性膨脹石墨，該膨脹石墨具有較好的抗氧化性及結構完整性，可用于生產碳復合耐火材料原料。且本發明方法具有環境友好，操作簡單的優點。

技術領域

本發明屬于耐火材料原料改性領域，具體涉及一種鈦修飾膨脹石墨的改性方法。

背景技術

由于石墨本身優良的熱導性和低的熱膨脹性以及對爐渣不潤濕，使得碳復合耐火材料具有優異的抗熱震穩定性、抗渣侵蝕性，從而被廣泛的用于轉爐、電爐及精煉爐的內襯材料。但是由于石墨容易氧化成溫室氣體，一方面破壞環境，另一方面冶煉低碳鋼時增加了鋼水的含碳量，因此碳復合耐火材料的低碳化成為了趨勢，但是研究發現耐火材料的碳含量降低后，材料的抗渣性和抗剝落性降低，所以需要采取復合碳素原料來對其性能進行改進，大多數采用石墨烯、膨脹石墨和碳納米管線等作為碳素原料。而膨脹石墨本身存在一定的結構缺陷，雖然膨脹石墨能緩沖碳復合材料的熱應力，但在抗氧化性和結構完整上卻不如鱗片石墨。在之前的研究中，多數采用硅、氮、硼修飾膨脹石墨，但其在1200℃以上結構發生蝕變嚴重強度下降不利于改善耐火材料性能。而碳化鈦是一種超硬材料且其化學穩定性好,比如高熔點、高強度、高硬度以及良好的耐腐蝕、耐高溫性能,是一種優良的表面保護材料和高溫結構材料，本發明申請用鈦源進行膨脹石墨的修飾。旨在膨脹石墨端面斷鍵處形成含鈦飽和鍵，改善膨脹石墨的結構完整性，并提高其抗氧化性，期望能更好的應用于碳復合耐火材料中，提高產品性能。

發明內容

為了解決膨脹石墨作為碳素原料在使用過程中易發生的結構蝕變和抗氧化性較差的問題，本發明旨在提供一種提高膨脹石墨的抗氧化性和結構穩定性的改性方法。具體實施方法是用鈦源作為修飾劑，通過對膨脹石墨真空浸漬并埋碳熱處理的方法來實現。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：取適量膨脹石墨按照碳源和鈦源質量比在1：4至1：8的范圍內，將其與鈦酸四丁酯溶液混合均勻采用真空浸漬法進行浸漬。

采用上述方案所得的改性膨脹石墨，進行高溫處理。在溫度較低的時候，摻雜離子首先會與膨脹石墨表面的點缺陷處的碳原子形成共價結合，而此時的摻雜離子可以作為電子受體。因此可以在一定程度上減少結構的無序性。在溫度升高時，膨脹石墨結構中原有的含氧官能團相互之間會發生縮聚反應，生成水和TiO₂，從而降低膨脹石墨中的氧含量，從而降低膨脹石墨的反應活性。當溫度更高時，將會轉化為TiC ,進一步降低了膨脹石墨的氧含量，降低反應活性，從而提高了膨脹石墨的熱氧化分解溫度。

具體實施例1

取0.8g膨脹石墨，加入6.4ml體積密度為1g/ml的鈦酸四丁酯，將混合物放入100mL的乙醇溶液中進行磁力攪拌與超聲混合使二者分散均勻，將樣品放入真空箱中真空浸漬60min，真空度為5000Pa，然后經過過濾干燥得到改性膨脹石墨，于1300℃埋碳處理1h。

經檢測發現，經過鈦修飾后的改性膨脹石墨晶型完整度提高；改性膨脹石墨的石墨化度得到改善，石墨化度提高了47%，氧化溫度提高57℃。

具體實施例2

取0.8g膨脹石墨，加入6.4ml體積密度為1g/ml的鈦酸四丁酯，將混合物放入100mL的乙醇溶液中進行磁力攪拌與超聲混合使二者分散均勻，將樣品放入真空箱中真空浸漬60min，真空度為5000Pa，然后經過過濾干燥得到改性膨脹石墨，于1400℃埋碳處理1h。

經檢測發現，經過鈦修飾后的改性膨脹石墨晶型完整度提高；改性膨脹石墨的石墨化度得到改善，石墨化度提高了63%，氧化溫度提高72℃。