具有导电和氧化稳定性涂层之石墨模制品的制法制造技术

制造具有导电和氧化稳定性涂层的石墨模制体，特别是适用于电熔金属和金属合金时在电熔炉中所用石墨电极涂层的方法，该方法的特征在于综合了各种已知方法的特点，在电极表面获得了完美的涂硅层．（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
由碳和石墨制成的模制品随着化学、工程、和冶金等各个领域的发展，特别是模制品以电极的形式，在电炉钢和碳化物生产，铝电解和碱金属氯化物电解，以及例如，还有在核反应堆的研制等方面的应用，使其重要性显著地提高。众所周知，碳是一种在受热作用时不会熔化，只能烧结的材料。因此，需要以不同的方法使之成型，通过粉末固体材料和粘结剂的混合，以形成碳和粘结剂的可成形混合物，然后，在成形之后，对所得的未加工坯件进行烧制。上述混合物可以通过挤压、模压，通过振动和捣实加工成形，而挤压方法特别适用于电极。通过混合而掺入的粘结剂在还原性和惰性气氛中烧制时被焦化。然后，使烧制得到的很硬的模制品在在电阻炉内，于2700℃，无氧条件下进行石墨化，藉此方法将碳粉转化为石墨。所得模制品的进一步机械加工或机加工，可用普通的金属加工机，例如藉车削而达到所需尺寸，而废屑和粉尘、一般需同时直接吸除掉。但是，根据上述常规方法得到的石墨模制品都散布着大量气孔，气孔的比例量约为成形制品体积的1/4。这些气孔在石墨制品，特别是电极在以后的使用期间是非常不受欢迎的，因为这些气孔会加速成形制品，特别是加速电极的耗损，这是由于整个成形制品被氧化的结果，而所述的氧化又通过气孔而加速进行，因此显著地降低这些成形制品的使用寿命。电极的这种水平方向的耗损，在把石墨电极用于电熔炉时，由于碳和大气中的氧，在500℃或更高温度发生反应而可以观察到，这种耗损可高达电极体积的70%，不仅对金属和金属本身的电熔化，而且尤其对电极使用的经济性有不利的影响，因为实际上只有大约30%的电极体对熔化过程有用。因此，长期以来人们曾试图研制出成功减少气孔量的方法，这不仅可以改善石墨成形制品的密度，强度和导电性，而且尤其可以改善其氧化稳定性，降低电极水平方向的耗损，从而提高电极的使用寿命。已知方法之一是在真空下或在压力下，用石油沥青或煤焦油沥青的沥青浸渍的方法。为了密封气孔，多数情况用合成树脂，这些合成树脂硬化后，一般是抗腐蚀的，但它们在例如石墨电极的情况下是没有用的，因为它们是在高温下使用，而合成树脂在此条件下会迅速燃掉，于是气孔就再次暴露。一种甚至在高温时都能相当令人满意的防氧化作用，可借助于碳化物、硅化物、硼化物和氮化物的表面层而得以实现，该表面层可以藉涂刷涂层，接着进行烧制，或者用喷射枪和等离子喷枪进行喷镀。但是这些表面层的产生，不仅因所用材料而致费用大，而且也因表面层的形成比较复杂而很耗时。此外，保护层也可以用磷酸、磷酸盐或硼酸盐浸渍或涂刷成形的石墨制品而得。然而，所有这些防护层皆不导电，因此不能通过该保护层供电。此外还知道，例如，由德国专利1271007可知，氧化稳定性碳材料的产生可通过先涂以一种铝粉和碳化硅组成的，含粘结剂的颜料，接着用电弧处理之。此外，在44884号中公布的欧洲专利申请80107559.9指出，为了防止电极夹的接触夹板与金属的防护层熔化在一起，而以石墨粉、可固化合成树脂、和水溶性粘结剂的混合物涂覆电极表面。最后，在第134，770号中新近公开的欧洲专利申请84850235.7叙述一种碳制品，一种具有防氧化涂层的碳电极或石墨电极，该防氧化涂层的制法是，先涂一层烧结过的、耐久的，细分陶瓷材料的多孔陶瓷层，然后向此保护层涂以硬质釉状物质的覆盖层，该物质是可塑的，而且在高于750℃左右温度时呈自由流动态。已知的使石墨成形制品气孔密封的方法，特别是对于电炉钢生产用的石墨电极中气孔的密封方法，由于这种应用所碰到的高温，以及同时发生氧化的条件，因此至今未能确保石墨电极有令人满意的工作寿命。尺当用于电炉钢熔化炉时，这些石墨电极有700毫米左右的直径，每个电极长度约为2700毫米。然而，它们也可通过合适的螺纹管接头，连接成长的电极串(electrode strands)。实际应用时，它们须经受非常大的热应力和机械应力。例如，电极头达到3500℃与4000℃之间的温度。电极材料最大的耗损源，可以用前面提出的夹套耗损来表示，它是净耗损的约50%，而且可藉上述的，以铝/硅为基底的表面层降低此耗损，但是由此可以达到的结果仍然不令人满意。这种令人不满意的情况，经过一再的观察，发现乃起因于石墨碳的可湿性不足，以及它有非常不利的表面张力的事实。此外，纯碳的膨胀系数非常低，大约为0，而各种涂层通常都有不同于它的热膨胀系数。因此，成形制品与涂层在受热时，表现出不同的膨胀状况，其实际结果是，在热应力情况下，涂层中会发生龟裂，而且由于氧渗入到层内，结果涂层的大面积剥落便几乎不可避免。曾经试图避免这种不利的情况，特别是在玻璃状涂层的情况时，该涂层是用陶瓷或搪瓷工业中常用的烧制方法涂覆成形石墨制品。试图解决问题的方法是，使用特殊的材料，在涂层的方法中不必如上所述，把要涂层的成形制品加热到500℃以上，但它又不完全是令人满意的火焰和等离子体喷射法，也不是真空等离子体喷射法。为此，本专利技术的目的是提供无上述缺点的，有导电和氧化稳定性涂层的成形石墨制品;以及提供一个适合于它的生产方法，该法的费用和时耗都比迄今已知的方法低。因此，本专利技术涉及制造有导电性和耐氧化涂层的成形石墨制品，特别是用于电熔炉的石墨电极，该制品以高的密度、强度和导电性而扬名，而且在进行涂层以后没有表面气孔。本方法是把有关成形石墨涂层的其它方法范围内各个已知的方法步骤结合成的方法，但这种按照本专利技术要求结合的方法，在具有稳定性涂层的成形石墨制品的情况时，其效果却是熟练的专业人员所予测不到的，而且这种结合导致最佳的协同作用。按照本专利技术，上述目的可通过下面各步骤的结合得以完成。(a)将石墨制品(例如，用于金属和金属合金电熔化的一种电极)车削成所需尺寸，若需要或要求时，加以校验;(b)将车削过的制品进行喷砂;(c)若需要或要求时，用惰性气体将残余的粉尘和/或微粒，从已喷砂的制品上吹开;(d)将已经按照(a)、(b)、以及需要或要求时按照(c)，进行过予处理的电极都放进装有等离子体装置的真空处理室中，并把该室抽真空到最终压力为10-2至10-3毫巴;(e)将粒度大小在0至120微米范围的工业级硅粉，在真空下进行脱气和干燥。硅粉粒度大小在用于石墨电极时是5至90微米，较好是15至75微米，最好是45至60微米;(f)在真空处理室内，在0.5至200毫巴的调压范围的压力中，用真空等离子体设备中至少一个等离子体喷枪的一束尖锐而集中成束的等离子流，将已经按照步骤(e)在该室内或该室外予处理的硅粉，喷镀到制品的表面，使其层厚至少为0.1毫米。当石墨制品是电极时，将经过予处理的硅粉喷镀到已在真空下，于600℃至900℃温度加热过的电极表面;(f)灌注该室，以去除其空，同时也冷却该制品;(h)从该室中取出涂硅的制品，而且在隔绝反应气体的情况下进一步冷却制品。在按照本专利技术的处理当中，特别重要的是，十分细心地使成形石墨制品的表面净化，亦即，使上述所有石墨电极的表面净化，也就是说，为使表面无尘，并使此表面的粗糙度达到精细水平，可通过例如，用精细的电金刚砂细粒或最精细的钢砂进行喷砂，从而把所有松散的粉尘，特别是校验车削电极到所需尺寸时产生的那些废屑，和所有电极的微粉粒都彻底除去。如果在一定情况下要求达到额外的净化时，可用干燥的惰性气体，例如，用氮气或二氧化碳气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造具有导电和氧化稳定性涂层的成形石墨制品的方法，其特征在于它综合了下述各个步骤：（ａ）将石墨制品车削至所需尺寸，可选择性地加以校验，（ｂ）对车削过的制品进行喷吵，（ｃ）将制品放入装有等离子体装置的真空处理室中，并将该室抽真空至 最终压力为１０↑［－２］至１０↑［－３］毫巴，（ｄ）在真空下，将具有粒度范围最高可至１２０微米的工业级硅粉进行脱气和干燥，（ｅ）在该室内，压力调整到０．５至２００毫巴范围时，用真空等离子体设备中的至少一个等离子体喷枪发出的尖锐的集中 成束的等离子流，把在该室内或该室外已脱气和干燥过的硅粉，喷镀到制品的表面，使其涂层厚度至少为０．１毫米，（ｆ）灌注该室以去除真空，同时也冷却该制品，（ｇ）从该室取出涂硅的制品，在隔绝反应气的情况下进一步冷却该制品。

【技术特征摘要】
DE 1986-3-20 P3609359,91.制造具有导电和氧化稳定性涂层的成形石墨制品的方法，其特征在于它综合了下述各个步骤(a)将石墨制品车削至所需尺寸，可选择性地加以校验，(b)对车削过的制品进行喷吵，(c)将制品放入装有等离子体装置的真空处理室中，并将该室抽真空至最终压力为10-2至10-3毫巴，(d)在真空下，将具有粒度范围最高可至120微米的工业级硅粉进行脱气和干燥，(e)在该室内，压力调整到0.5至200毫巴范围时，用真空等离子体设备中的至少一个等离子体喷枪发出的尖锐的集中成束的等离子流，把在该室内或该室外已脱气和干燥过的硅粉，喷镀到制品的表面，使其涂层厚度至少为0.1毫米，(f)灌注该室以去除真空，同时也冷却该制品，(g)从该室取出涂硅的制品，在隔绝反应气的情况下进一步冷却该制品。2.根据权利要求1的方法，其中该石墨制品是一个电极。3.根据权利要求2的方法，其中用惰性气体吹去步骤(b)以后因电极喷砂而产生的残余的粉尘和微粒。4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉克里默，
申请(专利权)人：赖搏尔德斯特里克股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]