專利名稱：：一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種石墨材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：石墨材料具有高溫強(qiáng)度高，導(dǎo)電傳熱性好，抗熱震性，耐腐蝕，自潤滑性等特性，是機(jī)械、化工、冶金、電子、原子能工業(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，可以用來制作石墨電極、電解陽極、鑄模、高溫軸承、高溫密封材料等。但是石墨材料在高溫條件下容易發(fā)生氧化，石墨材料從450。C開始氧化，當(dāng)溫度超過75(TC時氧化速率急劇增加，且隨著溫度的升高而加劇，這就限制了石墨材料的使用。目前，采用浸漬和噴涂的處理方法使石墨材料表面形成保護(hù)層以阻止石墨與氧的高溫反應(yīng)，但這種處理后的石墨材料致密低(僅為7080%)，這直接影響到石墨材料的綜合性能，而且這種處理后的石墨材料中存有氣孔，為氧氣向石墨材料內(nèi)部擴(kuò)散提供了通道，會加劇石墨材料的氧化。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有石墨材料高溫下易氧化以及經(jīng)過浸漬和噴涂處理后的石墨材料致密低的問題，而提供一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料及其制備方法。石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由10%30%的氧化鋯粉末和90%70%的石墨粉末制成；其中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為l)im;石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為1020pm，厚度為12阿。石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取10%30%的氧化鋯粉末和70%90%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為19002100°C、壓力為2040MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)3090min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98°/。，粒徑為lpm;步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為1020pm，厚度為12jim。本發(fā)明中石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，耐高溫性能好，高溫下不易氧化，突破了現(xiàn)有石墨材料在45(TC以下使用的溫度限制，其使用溫度顯著地提高到了12002200°C;本發(fā)明中石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料中的高強(qiáng)度的碳化鋯是化學(xué)反應(yīng)生成的，碳化鋯與石墨具有更好的接觸，同時提高了材料的最終致密度，其致密度大于90%，并且力學(xué)性能也提高了。具體實施例方式具體實施方式一本實施方式石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由10%30%的氧化鋯粉末和70%90%的石墨粉末制成；其中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為l|im;石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為1020pm，厚度為12jim。具體實施方式二本實施方式與具體實施方式一不同的是石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由15%25%的氧化鋯粉末和75%85%的石墨粉末制成。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式三本實施方式與具體實施方式一不同的是石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由20%的氧化鋯粉末和80%的石墨粉末制成。其它與具體實施方式一相同。具體實施方式四本實施方式石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取10%30%的氧化鋯粉末和70%90%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為19002100°C、壓力為2040MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)3090min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為lpm;步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為1020)am，厚度為l2pm。具體實施方式五本實施方式與具體實施方式四不同的是步驟一中按體積比稱取10%的氧化鋯粉末和卯％的石墨粉末。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式四相同。具體實施方式六本實施方式與具體實施方式四不同的是步驟一中按體積比稱取30%的氧化鋯粉末和70%的石墨粉末。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式四相同。具體實施方式七本實施方式與具體實施方式四不同的是步驟一中按體積比稱取25%的氧化鋯粉末和85%的石墨粉末。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式四相同。具體實施方式八本實施方式與具體實施方式四、五、六或七不同的是步驟一中球磨濕混采用行星式球磨機(jī)，分散劑為無水乙醇，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200400r/min，磨球氧化鋯磨球，球料比為4:1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式四、五、六或七相同。具體實施方式九本實施方式與具體實施方式八不同的是步驟二中蒸發(fā)烘干的溫度為65-C。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式八相同。具體實施方式十本實施方式與具體實施方式九不同的是步驟二中研磨采用瑪瑙研缽反復(fù)研磨。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式九相同。具體實施方式十一本實施方式與具體實施方式十不同的是步驟三中將混合粉料置于溫度為2100°C、壓力為40MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)30min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式十相同。具體實施方式十二本實施方式與具體實施方式十不同的是步驟三中將混合粉料置于溫度為1900°C、壓力為20MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)90min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式十相同。具體實施方式十三本實施方式與具體實施方式十二不同的是步驟三中真空的真空度為5Pa。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式十二相同。具體實施方式十四本實施方式石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取11.3%的氧化鋯粉末和88.7%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為190(TC、壓力為30MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)60min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98%,粒徑為lpm;步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為15pm，厚度為lpm。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，采用阿基米德法測量致密度為90.1%;將材料切割成16mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行力學(xué)性能測試和微觀結(jié)構(gòu)分析，石墨-碳化鋯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為90MPa，高于現(xiàn)有石墨材料，顯微組織觀察中，可以看出白色細(xì)小的碳化鋯顆粒分布在石墨基體中，且沒有明顯大的孔洞存在。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成①30xl0mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行氧乙炔燒蝕試驗，氧氣與乙炔的體積比為1:1.5，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表1所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了1600220(TC。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成4mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行爐內(nèi)靜態(tài)氧化試驗，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表2所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了12002200°C。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施方式十五本實施方式石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取20.25%的氧化鋯粉末和79.75%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為190(TC、壓力為30MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)60min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為10nm，厚度為2pm。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，采用阿基米德法測量致密度為91.4%;將材料切割成16mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行力學(xué)性能測試和微觀結(jié)構(gòu)分析，石墨-碳化鋯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為101MPa，高于現(xiàn)有石墨材料，顯微組織觀察中，可以看出白色細(xì)小的碳化鋯顆粒分布在石墨基體中，且沒有明顯大的孔洞存在。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成030xlOmm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行氧乙炔燒蝕試驗，氧氣與乙炔的體積比為1:1.5，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表3所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了16002200°C。表3氧乙炔燒蝕試驗質(zhì)量損失率石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料現(xiàn)有石墨材料160(TC燒蝕60s-1.12%3.32%180(TC燒蝕60s-0.20%7.82%2000。C燒蝕60s1.06%20.82%2200。C燒蝕60s3.50%60.82%本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成4mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行爐內(nèi)靜態(tài)氧化試驗，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表4所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了16002200°C。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>具體實施方式十六本實施方式石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取27.51%的氧化鋯粉末和7;.49%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為200(TC、壓力為40MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)60min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為lpm;步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為20pm，厚度為lpm。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，采用阿基米德法測量致密度為92.3%;將材料切割成16mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行力學(xué)性能測試和微觀結(jié)構(gòu)分析，石墨-碳化鋯復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為122MPa，高于現(xiàn)有石墨材料，顯微組織觀察中，可以看出白色細(xì)小的碳化鋯顆粒分布在石墨基體中，且沒有明顯大的孔洞存在。本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成①30xlOmm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行氧乙炔燒蝕試驗，氧氣與乙炔的體積比為1:1.5，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表5所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了16002200°C。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，切割成4mmx4mmx4mm，并對表面進(jìn)行拋光處理后，進(jìn)行爐內(nèi)靜態(tài)氧化試驗，對比采用相同式樣尺寸的現(xiàn)有石墨材料在相同條件下進(jìn)行，結(jié)果如表6所示，本實施方式中所得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，可見石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的耐高溫性能好，高溫下不易氧化，其使用溫度顯著地提高到了16002200°C。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1、一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，其特征在于石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由10％～30％的氧化鋯粉末和70％～90％的石墨粉末制成；其中氧化鋯粉末的體積純度大于98％，粒徑為1μm；石墨粉末的體積純度大于98％，直徑為10～20μm，厚度為1～2μm。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，其特征在于石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由15%25%的氧化鋯粉末和75%85%的石墨粉末制成。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料，其特征在于石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料按體積比由20%的氧化鋯粉末和80%的石墨粉末制成。4、制備如權(quán)利要求1所述石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的方法，其特征在于石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行一、按體積比稱取10%30%的氧化鋯粉末和70%90%的石墨粉末，球磨濕混后得漿料；二、漿料在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上蒸發(fā)烘干，然后研磨，得混合粉料；三、將混合粉料置于溫度為19002100°C、壓力為2040MPa的真空條件下保溫?zé)Y(jié)3090min，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料；其中步驟一中氧化鋯粉末的體積純度大于98%，粒徑為lpm;步驟一中石墨粉末的體積純度大于98%，直徑為1020|im，厚度為12pm。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟一中按體積比稱取10%的氧化鋯粉末和90%的石墨粉末。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟一中按體積比稱取30%的氧化鋯粉末和70%的石墨粉末。7、根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟一中球磨濕混采用行星式球磨機(jī)，分散劑為無水乙醇，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200400r/min，磨球氧化鋯磨球，球料比為4:1。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟二中蒸發(fā)烘干的溫度為65°C。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟二中研磨采用瑪瑙研缽反復(fù)研磨。10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的制備方法，其特征在于步驟三中真空的真空度為5Pa。全文摘要一種石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料及其制備方法，它涉及一種石墨材料及其制備方法。它解決了現(xiàn)有石墨材料高溫下易氧化以及經(jīng)過浸漬和噴涂處理后的石墨材料致密低的問題。石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料由氧化鋯粉末和石墨粉末制成。方法一、稱取原料，球磨濕混后得漿料；二、漿料烘干后研磨，得混合粉料；三、混合粉料在真空條件下熱壓燒結(jié)，隨爐冷卻后取出，即得石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料。本發(fā)明中石墨-碳化鋯抗氧化燒蝕型材料的質(zhì)量損失率小于現(xiàn)有石墨材料，耐高溫性能好，高溫下不易氧化，突破了現(xiàn)有石墨材料在450℃以下使用的溫度限制，其使用溫度顯著地提高到了1200～2200℃，致密度大于90％，且力學(xué)性能也提高了。文檔編號C04B35/622GK101550004SQ20091007194公開日2009年10月7日申請日期2009年5月4日優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日發(fā)明者張幸紅,洪長青,智王,平胡,韓文波申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)