导电抗氧化自愈合石墨电极涂料的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种导电抗氧化自愈合石墨电极涂料。
【背景技术】
[0002] 为了降低炭材料的消耗，国内外学者一般采用两种方式，分别是基体改性法和涂 层技术。虽然基体改性法在一定程度上可以提高炭材料的抗氧化性能，但由于其无法完全 将炭材料与氧隔离开来，其防护作用具有一定的局部性，而且在炭材料中加入的抑制剂可 能会导致材料力学性能的下降，因此一般只能在较低温度下提供有效的抗氧化保护。涂层 技术是利用表面涂层体系来隔离氧与基体，从而避免两者接触发生氧化反应的防护技术。 因此，对于较高温度下的石墨电极抗氧化保护，涂层技术能满足有效抗氧化的要求。常用的 石墨抗氧化涂层技术主要有包埋法、气相沉积法、料浆法、等离子喷涂法、溶胶-凝胶法和 水热电泳沉积方法等。料浆法与其它方法相比有很多优点：(a)常用设备构造、涂层工艺较 为简单，易于操作；(b)不受场地、环境条件的限制，一般在室温下操作，不会使零件产生热 影响和变形；(c)适合于各种尺寸的物件，涂层的厚度较易控制；（d)适合于大尺寸的物件 及不规则物件。常用料浆法涂层材料一般包括溶剂（水）、粘结剂（磷酸二氢铝、磷酸铝） 和抗氧化剂（碳化硼、碳化硅、氧化镁和氧化铝等），但抗氧化剂引入到石墨电极后，其导 电、导热性有所下降，抗热散裂性变差；且用作涂层的抗氧化剂和石墨电极间存在化学相容 性和机械相容性问题，经受多次热冲击后，涂层存在剥离和脱落的危险；而且较低温度下抗 氧化剂自身不能有效地弥合涂层中存在的微裂纹，石墨电极也会被氧化；并且这些涂层材 料的制备工艺复杂，一般要经过一次或多次的高温热处理过程。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述石墨电极涂层材料易脱落、存在裂纹的 缺陷，提供一种涂层无裂痕、与基体有很好的粘结性、中高温度下能发生自愈合、且具有优 良的导电性和抗氧化性的石墨电极涂料。
[0004] 解决上述技术问题所采用的方案是该导电抗氧化自愈合石墨电极涂料的质量百 分比组成为：溶剂20 %?60 %、分散剂0. 1 %?4 %、粘结剂5 %?40 %、润湿剂5 %?40 %、 导电材料5 %?15 %、抗氧化剂15 %?45 %。
[0005] 上述的导电抗氧化自愈合石墨电极涂料的质量百分比组成优选：溶剂30 %? 40 %、分散剂〇· 5 %?1 %、粘结剂10 %?20 %、润湿剂15 %?25 %、导电材料5 %?15 %、 抗氧化剂15 %?25%。
[0006] 上述的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙三醇、丙酮中的任意一种；分散剂为萘磺酸甲醛缩 合物钠盐；润湿剂是粒径为< 70 μπι的钨粉、钛粉、钴粉、铬粉中的任意一种；粘结剂是聚乙 二醇200、聚乙烯醇1788、甲基纤维素中任意一种与硅烷偶联剂ΚΗ-550的质量比为15:1? 50:1的混合物，优选聚乙二醇200、聚乙烯醇1788、甲基纤维素中任意一种与硅烷偶联剂 ΚΗ-550的质量比为25:1?35:1的混合物；导电材料是粒径< 40 μm的导电炭黑、石墨粉、 碳纳米管、碳纤维中的任意一种，抗氧化剂是粒径< 40 μm的碳化硅、碳化硼、二氧化硅中 任意一种与粒径< 40 μ??的氧化硼的质量比为1:3?8:1的混合物，优选粒径< 40 μ??的 碳化硅、碳化硼、二氧化硅中任意一种与粒径< 40 μm的氧化硼的质量比为1:1?3:1的混 合物。
[0007] 本发明的优点如下：
[0008] 1、本发明的涂层材料中润湿剂为钨粉、钛粉、钴粉或铬粉，粘结剂为聚乙二醇、聚 乙烯醇或甲基纤维素与硅烷偶联剂的混合物，该粘结剂与润湿剂复配表现出良好的相互协 同作用，使所制备的抗氧化涂层与炭基体粘附力强，高温状态下不易脱落，而且无裂纹，有 效阻止了氧的侵蚀。
[0009] 2、本发明的涂层材料以B4C、SiC或SiO^ B 203的混合物作为抗氧化剂，B 203具有 较低的熔点和粘度，它可以在基体中流动，填充到炭材料基体内部的孔隙中去，不仅阻断了 氧分子侵入基体内部的通道，又减小了活性部位的表面积，使所制备的抗氧化涂层具有优 良的自愈合能力，在800?1400°C温度范围内均可实现有效的自愈合抗氧化。
[0010] 3、本发明的涂层材料不需要高温处理也表现出了良好的抗氧化性能，简化了操作 步骤，降低了生产成本。
【附图说明】
[0011] 图1是未涂层的石墨电极的照片。
[0012] 图2是采用实施例1的涂料涂层后的石墨电极的照片。
[0013] 图3是未涂层的石墨电极在1000°C氧化1小时后的照片。
[0014] 图4是采用实施例1的涂料涂层后的石墨电极在1000°C氧化1小时后的照片。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于 这些实施例。
[0016] 实施例1
[0017] 将30g水、Ig萘磺酸甲醛缩合物钠盐、15g聚乙二醇200、^硅烷偶联剂腿-550、 25g粒径< 70 μπι的络粉、IOg粒径< 40 μπι石墨粉、15g粒径为1 μπι的碳化硼和3g粒径 < 40 μ m的氧化硼搅拌混合均勾，得到室温下粘度为968MPa · s的导电抗氧化自愈合石墨 电极涂料。
[0018] 实施例2
[0019] 将60g水、0. Ig萘磺酸甲醛缩合物钠盐、5g聚乙二醇200、0. 2g硅烷偶联剂 KH-550、5g粒径< 70μπι的铬粉、5g粒径< 40μπι的石墨粉、12. 7g粒径为1 μπι的碳化硼 和12g粒径< 40 μπι的氧化硼搅拌混合均勾，得到室温下粘度为745MPa · s的导电抗氧化 自愈合石墨电极涂料。
[0020] 实施例3
[0021] 将20g水、0. 5g萘磺酸甲醛缩合物钠盐、39g聚乙二醇200、Ig硅烷偶联剂KH-550、 5g粒径< 70 μ m的络粉、15g粒径< 40 μ m的石墨粉、5g粒径为1 μ m的碳化硼和14. 5g粒 径< 40 μ m的氧化硼搅拌混合均匀，得到室温下粘度为820MPa · s的导电抗氧化自愈合石 墨电极涂料。
[0022] 实施例4
[0023] 将30g水、4g萘磺酸甲醛缩合物钠盐、5. 8g聚乙二醇200、0. 2g硅烷偶联剂 KH_550、40g粒径< 70 μ m的络粉、5g粒径< 40 μ m的石墨粉、13g粒径为1 μ m的碳化硼和 2g粒径< 40 μ m的氧化硼搅拌混合均勾，得到室温下粘度为1720MPa ·s的导电抗氧化自愈 合石墨电极涂料。
[0024] 实施例5
[0025] 将30g水、4g萘磺酸甲醛缩合物钠盐、5. Sg聚乙二醇200