[其他]帶有保護涂層的碳或石墨體及其生產方法

無效

• 申請號: 85109647
• 申請日: 1985-12-19
• 公開（公告）號: CN85109647A
• 公開（公告）日: 1986-08-27
• 發明（設計）人: 海茵里克·庫恩;奧拉夫·斯蒂茨;卡爾·維默
• 申請（專利權）人: 普拉斯馬英萬特股份公司
• 主分類號: C23C4/04
• 分類號: C23C4/04;H05B7/085
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 陳季壯,羅英銘

本發明是關于帶有粗糙開孔表面和在其上沉積有硅層的碳或石墨體，尤其是關于例如在熔煉廢鋼的電弧爐中用的石墨電極，以及關于在碳或石墨體表面上用等離子噴涂法涂布含硅保護層的方法。

對于保護碳和石墨體，主要防止其氧化、侵蝕和剝蝕而言，已知有幾種方法是用抗氧化、抗侵蝕和/或抗剝蝕的物質涂敷該物體表面。涂覆劑是陶瓷或者金屬性堅硬材料，而且如果被涂覆體的使用溫度不太高的話，或者只需要在給定溫度范圍內加以保護的話，或者需要導電的涂層的話，也可以是金屬材料。在金屬性涂覆組中，具有工業價值的主要是硅和基本由硅組成的材料混合物，例如硅鐵含金，這在技術上是很重要的。這些涂覆剖對侵蝕劑顯示出相當高的耐蝕性能，而且在制造保護層期間，本身可以轉化成（完全或者部分地）碳化硅，或者通過后繼熱理產生這種轉化。涂覆有硅的碳或者石墨被人們用來制造例如坩堝和其它冶金容器，用于制造電極、熱交換器、核反應堆、噴嘴以及防熱層等。

在碳和石墨體上涂覆的保護層是否實用，主要取決于該層的粘著性，尤其在反復快速溫度變化條件下，這種保護層的粘著性常常是不夠高的。因而產生保護層的剝落或者形成裂縫，顯著喪失抗氧化性流體的保護作用。現在已知在碳和石墨上制成保護層的許多方法，滿足這些要求，該保護層主要由硅所組成。

按照美國專利第3，275，471號，將碳和石墨體浸于含碳化硅的細粒硅粉漿料之中，然后加熱用這種方法涂過的物體，以便制成由硅基體和在此基體中分散的碳化硅粒子所組成的保護層。用這一方法制備的保護層有相當數量的孔隙，從而可使流體滲入。利用氣相沉積硅的方法或者火焰噴涂法制成的保護層的性能是相類似的。已經知道，利用局部熔化的方法，來消除或者至少減少石墨體上刷涂的或者火焰噴涂法涂布的硅層的孔隙率（英國公開的專利申請第866，818號）。利用這種處理方法，由于部分熔化的材料滲入該石墨體的孔隙中，而且在過渡區形成碳化硅，因而使保護層的附著性得以改進。

已知的另一種方法是在涂敷較小的石墨體時，使石墨體沿著充填有熔化液態硅的毛細管移動，使毛細管中放出的熔體在石墨體表面形成一層薄膜。還有一種方法，即在與反應氣體（例如氯硅烷）在高溫下接觸條件下，使碳和石墨體表面形成硅保護層（西德專利申請公開第2，713，258號）。用這種方法制備的這些保護層，并不是沒有缺點的;尤其是附著性和氣密性僅僅部分滿足工藝上的要求。

最近知道一種用等離子噴涂法，使碳和石墨體表面形成保護層的方法，這種保護層基本上由金屬狀硅所組成（DE-A-1，671，065，DE-C-1，271，007）。用等離子噴涂法制備的這些保護層的孔隙率，與迄今已知的其它保護層相比更小，但是卻沒有小到由該保護層充分阻止氧化性流體擴散的程度。因此，對于這種涂敷方法來說，還必須采取其它措施來減小滲透性，例如涂布幾層，熔化保護層或者用玻璃態物質密封保護層等。

因此，本發明的目的在于：利用在石墨電板（例如電弧爐用）上，牢固地粘附一層抗氣體和/或流體滲透的，耐溫度變化的硅層，來保護該石墨電極，使之具有足夠的抗氧化、抗侵蝕和/或抗剝蝕能力，以顯著減小剝蝕速率。但是，這意味著保護層不僅需要呈致密或者無孔狀態，而且在受力期間也一定不出現形成裂紋、變脆或者與該石墨載體部分脫體的傾向。

本發明的另一目的是提供一種能夠在石墨體上沉積所說類型的硅層、能夠保證該保護層的所需性能并且能夠重復制造該保護層的方法。

為達到本目的解決方案，可以從權利要求之中找出。

本發明任務由具有本發明所必須的保護層性能的一個硅層所專門解決，所說硅層的制備方法是：將粒度為10-100微米的硅粉，噴入在50-200毫巴真空度下于密閉真空室中操作的等離子火焰中，此時硅粉熔化而且同時被強烈加速，為此，以高速度沖擊在預熱和去氣的石墨體表面上，形成厚度達大約100-400微米的金屬狀硅的噴涂層。這層硅的密度至少等于其理論密度的96%，最好為98%。

優先選用惰性氣體和氫的混合物作為等離子氣體，借以在保護層形成期間使真空室的真空度等于50-200毫巴。