论文摘要
石墨电极主要用于电炉炼钢、矿炉制磷、电熔镁砂、电熔制备耐火材料、电解铝以及工业制磷、硅、电石等大型工业。石墨电极分天然石墨电极和人造石墨电极两类。天然石墨电极与人造石墨电极相比,由于不需要石墨化工序,天然石墨电极的生产周期大为减少,能耗和污染也大为降低,成本明显降低,具有明显的价格优势和经济效益,这是发展天然石墨电极的主要原因之一。另外天然石墨电极是高附加值天然石墨深加工产品,具有重大的开发与应用价值,但是天然石墨电极的成型性能、抗氧化性能和机械性能目前都不如人造石墨电极,这是其发展的主要障碍。因而,克服这些障碍是发展天然石墨电极应用的关键。本文采用天然鳞片石墨无粘结剂冷压成型为天然鳞片石墨样品,分别研究了成型压力、保压时间的变化对样品密度、孔隙度和抗折强度的影响。定性的分析了天然鳞片石墨样品的微观结构和抗折强度之间的关系。选用硼酸—尿素和硅酸四乙酯—丙酮—盐酸两种体系,分别研究和探讨了天然石墨粉体和天然石墨电极样品在抗氧化处理前后的抗氧化性能和机理。主要研究内容和结果如下:研究了天然鳞片石墨的成型性能,成型条件对微观结构和性能的影响。结果表明,对天然鳞片石墨样品的成型压力越大,样品的密度和抗折强度越大,而样品的孔隙率越小;保压时间对样品的密度影响不大,在5分钟以上样品的成型性较好;抗折强度表现出明显的各向异性,在不同方向的平均抗折强度分别为5.95MPa、9.68MPa、12.70MPa。抗折强度的各向异性与石墨的微观结构密切相关。研究了溶液法和溶胶法制备硼氮体系和硅溶胶包覆天然鳞片石墨粉体前后的抗氧化性。结果表明,随着浸渍次数越多,硅溶胶和硼氮体系在石墨粉体表面包覆的量越多,抗氧性越好;天然鳞片石墨的氧化起始温度在883K,在923K时的氧化失重率为407.6mg/g/h;分别采用硼酸-尿素体系和硅酸乙酯-乙醇-盐酸体系9次浸渍,在1273K,N2气氛下热处理1小时后,天然鳞片石墨氧化失重率在923K分别为47.9 mg/g/h和206.1mg/g/h;分别在1973K和1723K N2气氛下热处理1小时后,天然鳞片石墨氧化失重率在923K分别为3.0 mg/g/h和42.0mg/g/h;2种体系都能降低天然鳞片石墨的氧化失重率,但硼酸-尿素体系的抗氧化效果优于硅酸乙酯-乙醇-盐酸体系。研究了溶液法和溶胶法制备硼氮体系和硅溶胶包覆天然鳞片石墨块体前后的抗氧化性。结果表明,硅溶胶包覆天然石墨块体随着浸渍次数的增多,抗氧性越差;硼氮体系包覆天然石墨块体随着浸渍次数的增多,抗氧性越好;天然石墨块体在923K和1273K时的氧化失重率分别为122.432mg/g/h和191.214mg/g/h;分别采用硼酸-尿素体系和硅酸乙酯-乙醇-盐酸体系9次浸渍,在1273K,N2气氛下热处理1小时后,天然石墨块体的氧化失重率在923K分别为20.477mg/g/h和28.753mg/g/h;在1273K分别为37.064mg/g/h和54.398mg/g/h;分别在1973K和1723K处理后,天然石墨块体氧化失重率在923K分别为8.182 mg/g/h和31.347mg/g/h;在1273K分别为126.729mg/g/h和169.978mg/g/h;2种体系都能大大降低天然石墨块体的氧化失重率,同样,硼酸-尿素体系的抗氧化效果优于硅酸乙酯-乙醇-盐酸体系。