炉、石墨、金属防氧化涂料耐温可以达到上千度.doc

1、锦生炭素济源市锦生炭素有限公司Lyenetcnje2012-11-6百度搜搜 锦生炭素 炉 、 石 墨 、 金 属 防 氧 化 涂 料 耐 温 可 以 达 到 上 千 度窑 炉 、 石 墨 、 金 属 都 是 工 业 上 必 用 三 种 设 备 或 是 材 料 ， 他 们 使 用 的 好 坏 直 接 关 系 到 工业 生 产 的 安 全 性 和 效 益 性 。 如 果 材 料 出 现 氧 化 腐 蚀 问 题 ， 工 业 生 产 就 不 能 正 常 运 行 ，安 全 隐 患 指 数 大 大 增 加 。 解 决 高 温 材 料 氧 化 腐 蚀 问 题 也 体 现 者 一 个 国 家 的 科 技 水

2、 平 的高 低 ， 国 内 北 京 志 盛 威 华 公 司 的 高 温 封 闭 防 氧 化 涂 料 技 术 含 量 高 ， 科 研 技 术 雄 厚 。窑 炉 正 常 工 作 时 温 度 可 以 达 到 1400 ， 在 这 样 的 高 温 下 ， 窑 炉 内 衬 在 高 温 火 焰 烧 烤 下 ，内 衬 的 保 温 砖 、 保 温 棉 等 保 温 隔 热 材 料 高 温 极 具 氧 化 老 化 ， 材 料 发 酥 脆 化 ， 保 温 隔 热效 果 下 降 ， 窑 炉 安 全 指 数 急 剧 下 降 。 这 样 窑 炉 内 衬 3-5 年 窑 炉 内 衬 就 要 更 换 一 批 ， 及造 成 材

3、 料 的 浪 费 ， 减 少 窑 炉 正 常 工 作 时 间 ， 对 于 企 业 来 说 是 赔 了 夫 人 又 折 兵 ！金 属 在 高 温 环 境 下 氧 化 腐 蚀 比 较 快 ， 金 属 的 高 温 氧 化 是 指 金 属 在 高 温 气 相 环 境 中 和 氧或 含 氧 物 质 如 水 蒸 汽 、 CO2、 SO2 等 发 生 化 学 反 应 ， 转 变 为 金 属 氧 化 物 ， 金 属 氧 化 物已 和 金 属 脱 离 ， 不 能 形 成 一 个 整 体 。 在 石 油 化 工 、 能 源 、 动 力 、 冶 金 、 航 空 航 天 等 领域 普 遍 存 在 高 温 腐 蚀 问

4、题 。 金 属 高 温 腐 蚀 氧 化 这 样 会 造 成 金 属 出 项 脆 化 层 ， 硬 度 、 强度 、 韧 性 等 金 属 指 标 下 降 很 大 ， 很 容 易 产 生 爆 炸 等 重 大 安 全 事 故 。高 温 下 的 石 墨 包 括 石 墨 电 极 、 石 墨 模 具 和 石 墨 坩 埚 三 种 ， 这 三 种 材 料 中 的 石 墨 在 高 温下 ， 石 墨 很 容 易 发 生 氧 化 燃 烧 反 应 ， 造 成 材 料 表 面 胶 碳 层 气 孔 率 增 加 和 结 构 疏 松 ， 影响 使 用 寿 命 。 以 钢 包 常 规 的 烘 烤 为 例 ， 含 碳 (石 墨 )

5、耐 火 材 料 经 烘 烤 后 一 般 表 面 产 生15mm 以 上 的 脱 碳 疏 松 层 ， 脱 碳 层 在 盛 钢 后 很 快 侵 蚀 掉 。 钢 厂 的 石 墨 电 极 损 耗 要 占 到钢 厂 生 产 成 本 的 十 分 之 一 以 上 ， 在 志 盛 威 华 高 温 氧 化 实 验 室 看 到 ， 一 个 3 公 斤 的 石 墨坩 埚 在 高 温 1600 持 续 3 个 小 时 后 ， 重 量 减 轻 了 30%以 上 ， 也 就 是 3 公 斤 的 石 墨 坩 埚一 下 的 就 变 成 了 2 公 斤 ， 氧 化 真 的 很 快 。 石 墨 是 比 较 贵 重 的 材 料 ，

6、 腐 蚀 氧 化 造 成 企 业生 产 成 本 加 大 ， 能 源 材 料 浪 费 。综 合 上 述 ， 高 温 下 的 窑 炉 、 石 墨 、 金 属 高 温 氧 化 的 能 产 生 的 危 害 ， 和 防 止 氧 化 下 重 大的 安 全 意 义 和 节 能 效 益 。 要 解 决 高 温 下 窑 炉 、 石 墨 、 金 属 高 温 氧 化 ， 就 要 找 到 一 种 材料 ， 这 种 材 料 要 具 有 耐 高 温 、 致 密 性 好 ， 抗 氧 化 能 力 强 ， 附 着 力 一 级 等 要 素 。 记 着 在多 方 了 解 下 ， 得 到 一 种 能 完 全 达 到 上 述 指 标

7、的 材 料 -ZS-1021 耐 高 温 封 闭 涂 料 ， 这 种涂 料 耐 温 高 ， 采 用 志 盛 威 华 特 制 高 温 溶 液 ， 耐 温 可 以 达 到 1800 ， 可 以 长 时 间 耐 火 烧烤 ， 材 料 采 用 纳 米 鱼 鳞 片 状 结 构 ， 致 密 性 好 ， 硬 度 可 以 达 到 7-8H， 硬 度 高 于 金 属 的 硬度 。 涂 料 能 在 窑 炉 、 石 墨 、 金 属 上 形 成 致 密 涂 层 ， 具 有 极 强 的 防 锈 防 腐 蚀 、 抗 氧 化 、防 变 色 作 用 ， 耐 磨 等 特 性 。 ZS-1021 耐 高 温 封 闭 涂 料 涂

8、刷 在 窑 炉 、 石 墨 、 金 属 等 上 ，防 止 高 温 下 氧 化 率 可 以 达 到 80%以 上 ， 材 料 节 能 利 用 率 可 以 达 到 90%以 上 ， 工 业 高 温生 产 材 料 安 全 事 故 率 可 以 下 降 95 以 上 ， 客 观 的 数 据 。记 着 也 向 生 产 厂 家 北 京 志 盛 威 华 化 工 有 限 公 司 了 解 到 ， 该 涂 料 ZS-1021 耐 高 温 封 闭 涂料 只 是 他 们 涂 料 的 一 个 品 种 ， 也 是 国 内 唯 一 的 研 发 生 产 厂 家 ， 由 于 涂 料 科 技 含 量 高 ，他 们 的 ZS系 列

9、高 温 涂 料 是 国 内 唯 一 生 产 销 售 单 位 。 他 们 公 司 每 年 都 要 投 入 上 千 万 资 金到 涂 料 研 发 中 去 ， 涂 料 大 的 应 用 业 绩 也 非 常 广 ， 在 石 油 石 化 、 电 力 、 冶 金 、 医 药 、 航空 航 天 、 交 通 卫 星 上 都 有 他 们 的 产 品 足 迹 。第 三 节 碳 的 同 素 异 构 体从 破 的 晶 林 结 构 上 分 析 ， 它 有 金 刚 石 和 石 撼 二 大 类 。 除 此之 外 ， 还 育 一 类 是 无 定 形 碳 。 通 过 现 代 X一 射 线 衍 射 的 晶 休 结构 分 析 ， 羌

10、 定 形 碳 也 具 有 石 里 晶 体 结 构 ， 只 不 过 晶 休 甚 嫩 ， 聚集 状 态 不 规 则 。石 墨 是 六 角 形 网 格 层 面 :规 则 堆 积 而 成 的 晶 体 ， 属 六 方 晶系 。 另 也 有 属 于 菱 面 休 晶 系 的 。金 刚 石 是 立 方 晶 系 晶 休 ， 由 于 碳 原 子 排 列 上 的 缘 故 ， 金 刚石 硬 度 很 高 。石 墨 烯 的 低 温 制 备 及 电 化 学 性 质 研 究炭 素 材 料 石 墨 在 晶 体 结 构一 恤 代 炭 素 全 业 制 造 的 人 遣 右 血 “西 于 其 凉 料 来 源 术 商 护 石居 晶 体

11、的 粱 集 袂 悉 是 木 舰 附 秀 扩 赶 就 苹 是 理 葱 的 章 矗 石 曲 ， 而是 晶 你 素 堆 积 的 岁 矗 石 甩一 方 面 是 晶 体 结 构 很 有 规 律 的 单 晶 石 墨 石 其 性 能 有 明 显 的各 向 异 性 ， 另 方 面 不 向 户 路 释 叔 不 ， 排 列 完 全 不 烧 则 户 这 种聚 集 状 悉 的 石 墨 ， 懊 性 宛 将 履 现 为 杏 向 周 性 乒 显 炭 素 至 亚生 产 的 炭 石 扭 材 料 是 介 乎 两 者 之 间 的 多 晶 石 墨 材 料 材 异 向性 ， 也 有 小 量 同 向 性 。据 p 晶 完 善 侄 度 来

12、 分 典 产 情 有 炭 质 与 右 鑫 分 分 所 谓炭 质 或 炭 素 ， 正 确 理 解 应 谈 卿 晶 体 络 树 术 发 结 矗 程 度 较 徽的 炭 。 所 以 ， 炭 厨 也 稠 护 为 尧 定 形 谈 或 非 屏 炭 ， 二 实 称 上 、 犷 炭 紊与 石 墨 在 晶 体 结 构 上 并 非 有 孵 确 分 卑 线 吕因 此 声 许 并 多 多 的 炭 质 材 种 道 越 步 热 处 理 莞 岁 可 以转 化 为 石 墨 ， 使 不 够 完 替 的 晶 体 绪 橇 完 善 冬 艺上 所 说 的 炭 素 工 业 石 墨 化 过 程 。由 有 机 物 转 移 为 炭 素 材 料

13、这 是 许 多 煤 化 工 、 石 油 化 工 要 解决 的 问 题 ， 对 于 当 今 炭 素 工 业 ， 则 是 由 炭 素 转 化 为 石 墨 的 问 题 。现 在 我 们 完 全 可 以 生 产 人 造 石 墨 材 料 。 应 该 指 出 ， 对 于 晶 体 石墨 的 认 识 应 加 深 一 步 。 有 关 石 墨 化 理 论 不 少 ， 现 仅 列 举 其 中 之一 ， 这 就 是 石 墨 结 构 缺 陷 分 析 或 炭 化 以 后 的 继 续 转 化 问 题 。第 五 节 炭 的 石 墨 化一 、 晶 界 问 题碳 的 石 墨 化 是 使 晶 界 和 其 它 晶 格 缺 陷 因 热

14、 激 发 而 移 动 消 失的 过 程 。 这 一 点 上 ， 其 机 理 同 加 工 金 属 的 再 生 和 再 结 晶 有 许 多的 相 似 之 处 。关 于 晶 界 本 身 的 结 构 ， 过 去 人 们 也 曾 认 为 是 包 络 各 微 晶 的非 晶 质 薄 层 。 后 来 ， 经 过 许 多 实 验 验 证 ， 至 今 巳 确 立 了 过 渡 格子 理 论 。 也 就 是 说 ， 晶 界 是 以 位 错 为 主 体 的 几 埃 (人 )的 过 渡格 子 层 ， 研 究 的 重 点 与 其 说 是 这 种 静 态 结 构 ， 不 如 说 转 到 了 力学 的 适 当 描 述 这 一

15、问 题 上 来 。以 这 些 知 识 为 基 础 ， 用 位 错 理 论 描 述 石 墨 化 机 理 ， 并 且 不斯 用 已 知 的 实 脸 数 据 加 以 对 照 ， 思 考 其 可 能 性 ， 这 就 是 本 节 的主 要 目 的 。二 、 .界 的 形 式多 晶 碳 的 结 构 特 征 ， 是 由 六 角 原 子 环 构 成 的 平 面 状 微 晶 的松 散 堆 积 (所 谓 层 堆 积 结 构 )。 因 此 ， 其 晶 界 的 基 本 形 式 属 于的 八 种 类 型 ， 即 微 晶 边 缘 的 倾 斜 晶 界 、 与 基 面 平 行的 扭 曲 晶 界 等 。 为 简 便 起 见 ，

16、 决 定 在 下 面 论 述 。很 据 过 渡 格 子 理 论 ， 邻 接 徽 晶 间 的 方 位 差 角 不 太 大 的 品 界分 别 用 位 错 群 的 特 征 性 排 列 来 代 表 ， 例 如 :含 有 平 均 体 积 百 分 比 为 14%的 菱 面 体 结 构 特 征 的 石 墨 ， 多位 错 的 原 因 ， 也 可 以 认 为 就 在 于 这 种 界 面 位 错 的 分 解 反 应 。然 而 ， 图 1-2 曲 线 中 的 h 值 可 以 说 是 以 方 位 差 角 8 的 W“ I 数确 定 的 ， 即 位 错 所 组 成 晶 界 而 产 生 微 晶 的 临 界 尺 寸 。 在

17、 此 以 前提 出 的 石 墨 化 应 力 (基 干 微 晶 的 各 向 异 性 热 膨 胀 的 热 应 力 )建立 的 位 错 生 成 机 理 中 ， 微 晶 内 的 包 位 错 推 演 的 临 界 条 件 ， 根 据变 形 程 度 而 定 的 观 点 ， 同 曲 线 的 意 义 是 一 回 事 。 换 言 之 ， 石 墨化 前 (焙 烧 阶 段 )的 晶 界 格 子 只 有 明 显 的 弯 曲 ， 内 聚 力 保 持 不变 。 随 着 处 理 温 度 的 上 升 ， 微 晶 逐 渐 长 大 ， 界 面 上 开 始 出 现 位错 壁 。 接 着 ， 以 其 移 动 复 合 的 形 式 ， 成

18、 长 下 去 。 这 就 :. .位 错 理论 解 释 石 墨 化 机 理 的 基 本 图 式 。四 、 石 .结 构 的 完 成在 2000 以 上 的 所 谓 石 虽 化 的 后 半 阶 段 ;使 微 晶 成 长 的各 项 条 件 显 著 好 转 ， 即 石 毖 化 率 力 上 升 到 与 结 合 强 度 接 近 的 状祝 ， 、 晶 界 附 近 的 格 子 扩 散 也 加 强 了 。 、 结 果 ， 微 晶 的 成 长 速 度 在各 下 方 向 ， 还 通 过 wi有 讨 能 的 渠 道 迅 速 加 强 ， 图 1-3 也 表 明 了所 见 的 明 显 伸 展 二过 去 的 解 释 主

19、要 是 采 用 (I)的 观 点 ， 其 驱 动 力 是 来 自 石基 化 应 力 等 的 直 接 作 用 。 但 作 为 实 际 问 题 ， 很 难 理 解 ， 那 样 特殊 的 理 想 的 应 力 排 列 会 发 生 在 许 多 的 微 晶 周 困 。 这 样 一 来 ， 目前 要 考 虑 的 是 (I)项 的 一 般 性 表 面 张 力 ， 而 作 为 适 应 这 一 情况 的 机 理 ， 可 以 描 绘 如 下 的 形 式 .其 中 ， To 是 位 错 芯 的 外 侧 面 上 起 作 用 的 男 应 力 ， 是 申 芯 的内 侧 非 弹 性 变 形 确 定 的 积 分 常 数 。 前

20、 述 (i)的 机 理 不 外 乎 伴随 位 错 的 逸 出 即 位 错 间 隔 的 增 大 ， 界 面 能 E 减 小 的 过 程 。T。 一 般 为 内 应 力 的 十 分 之 一 左 右 ， 今 可 设 T。 二 102 兆 帕 ， A放 据 研 究 者 估 汗 为 。 .5 左 右 ， 把 这 些 数 值 代 入 上 式 ， 就 得 到 图1-5 的 F-0 曲 线 。 0120 附 近 灼 F kz 大 值 和 石 U 化 应 力 相 当 ，特 别 大 。 转 向 低 角 度 的 P(095t)。 这 两 种 沥 青 的 性 能 。用 高 温 沥 青 生 产 沥 青 焦 不 仅 出

21、焦 率 高 ， 而 且 因 软 化 点 高 有不 少 优 点 。 还 有 ， 它 在 300 以 上 的 温 度 时 还 能 保 持 较 高 的 粘度 ， 而 且 不 容 易 钻 进 炭 化 室 的 砖 缝 及 门 框 空 隙 中 ， 这 有 利 于 保护 炉 体 及 维 持 炉 门 的 灵 活 性 。 高 温 沥 青 加 入 炭 化 室 时 ， 因 其 吸收 热 量 较 少 ， 炭 化 室 砖 墙 降 温 较 少 ， 也 有 利 于 延 长 炉 体 寿 命 。高 温 沥 青 挥 发 分 较 少 ， 装 料 的 气 体 析 出 量 较 低 ， 因 而 操 作 条 件较 好 。 软 化 点 较

22、高 的 高 温 沥 青 是 将 中 温 沥 青 用 空 气 法 氧 化 而成 。 中 温 沥 青 的 氧 化 工 艺 流 程 。本 文 致 力 于 研 究 一 种 易 于 操 作 、 简 便 易 行 的 石 墨 烯 制 备 方 法 ,发 明 了 低 温 制 备 石 墨 烯 材料 的 新 方 法 并 发 现 通 过 这 种 方 法 制 备 的 石 墨 烯 材 料 具 有 很 高 的 电 化 学 容 量 。 利 用Hummer 法 制 备 氧 化 石 墨 ,考 察 了 两 种 不 同 结 构 的 石 墨 以 及 不 同 氧 化 时 间 对 最 后 得 到 氧化 石 墨 的 影 响 。 结 论 表

23、明 ,制 备 高 氧 化 度 的 氧 化 石 墨 ,氧 化 时 间 是 影 响 因 素 之 一 ,石 墨 原料 的 选 择 也 相 当 关 键 。在 200-400 下 实 现 了 氧 化 石 墨 片 层 的 剥 离 。 通 过 XPS、 SEM、 TEM、 AFM、 N2 吸附 和 电 化 学 工 作 站 等 手 段 对 制 备 的 石 墨 烯 进 行 表 征 ,制 备 的 石 墨 烯 材 料 单 片 层 在 80%以上 ,比 表 面 积 达 到 370 m2/g,具 有 良 好 的 电 化 学 性 质 电 化 学 容 量 可 以 达 到 220 F/g,且循 环 性 能 良 好 。 同 时

24、 系 统 考 察 了 氧 化 石 墨 制 备 工 艺 中 不 同 氧 化 时 间 、 石 墨 烯 制 备 工 艺中 负 压 状 态 下 的 不 同 温 度 及 常 压 高 温 等 条 件 对 制 备 的 石 墨 烯 材 料 的 性 质 和 性 能 的 影 响 。结 果 表 明 ,通 过 低 温 法 制 备 的 石 墨 烯 材 料 的 电 化 学 性 能 要 优 于 常 压 高 温 法 制 备 的 石 墨 烯材 料 。同 时 也 进 行 了 石 墨 烯 的 掺 杂 和 基 于 石 墨 烯 材 料 的 纳 米 结 构 构 筑 。 成 功 制 备 了 B 和 N 掺杂 的 石 墨 烯 ;利 用 气

25、液 界 面 成 膜 法 成 功 制 备 了 高 度 有 序 结 构 的 氧 化 石 墨 烯 薄 膜 ,通 过 控 制成 膜 时 间 可 以 调 控 薄 膜 的 厚 度 。石 墨 烯 作 为 一 种 二 维 蜂 窝 状 炭 质 新 材 料 ,具 有 力 学 性 能 突 出 (1060 GPa)、 比 表 面 积 巨 大(2600 m2/g)、 导 电 性 能 出 色 等 特 点 ,已 成 功 应 用 于 纳 电 子 器 件 、 光 子 传 感 器 和 基 因 测 序等 领 域 。 石 墨 烯 优 异 的 储 能 特 性 是 当 前 重 要 的 研 究 方 向 ,与 商 品 化 的 石 墨 电 极

26、 相 比 ,石 墨烯 拥 有 近 三 倍 的 理 论 储 能 容 量 ,为 应 对 日 益 增 长 的 能 源 需 求 提 供 了 新 的 思 路 。然 而 ,石 墨 烯 也 存 在 明 显 的 结 构 缺 陷 ,作 为 储 能 器 件 易 结 晶 成 石 墨 ,不 可 逆 容 量 高 ,循 环 性能 差 。 近 年 来 ,纳 米 量 子 点 以 其 优 异 的 光 电 性 能 受 到 广 泛 关 注 ,将 其 掺 杂 到 石 墨 烯 层 间 ,有望 从 根 本 上 解 决 石 墨 烯 的 结 晶 问 题 。 因 此 ,开 展 石 墨 烯 复 合 材 料 的 制 备 及 其 储 能 应 用 具

27、有 重 要 的 现 实 意 义 。采 用 Hummers 法 氧 化 剥 离 天 然 石 墨 形 成 单 层 状 氧 化 石 墨 烯 纳 米 片 ,再 将 氧 化 石 墨 烯 和硝 酸 锌 (硝 酸 镉 )在 二 甲 亚 砜 溶 剂 中 于 180 下 加 热 回 流 12 h 原 位 制 得 石 墨 烯 /ZnS(CdS)量 子 点 复 合 材 料 ,对 制 备 条 件 进 行 优 化 。 结 果 表 明 :进 口 石 墨 的 晶 粒 尺 寸 较 小 ,多 为 不 规 则片 状 颗 粒 ,在 浓 酸 腐 蚀 和 强 氧 化 剂 的 剥 离 条 件 下 可 获 得 具 有 更 高 比 表 面

28、积 的 石 墨 烯 。此 外 ,相 较 于 G-4% QdS,G-1% QdS 复 合 材 料 中 的 量 子 点 均 匀 分 布 在 石 墨 烯 的 片 层 间 ,尺寸 约 50 nm,颗 粒 大 小 均 匀 ,结 构 稳 定 性 相 对 更 好 。 采 用 扫 描 电 镜 、 透 射 电 镜 、 原 子 力 显微 镜 观 察 复 合 材 料 的 微 观 形 貌 ,AFM 证 实 原 位 合 成 法 可 成 功 制 备 出 单 层 的 石 墨 烯 片 。通 过 红 外 光 谱 、 XRD、 拉 曼 光 谱 对 复 合 材 料 的 结 构 进 行 表 征 ,证 实 产 物 为 石 墨 烯/Zn

29、S(CdS)量 子 点 复 合 材 料 。考 察 复 合 材 料 在 锂 离 子 电 池 中 的 电 化 学 性 能 ,交 流 阻 抗 研 究 揭 示 复 合 材 料 上 形 成 了 稳 定的 固 体 电 解 质 相 界 面 膜 (SEI),锂 离 子 能 可 逆 地 嵌 入 /脱 嵌 。 与 石 墨 烯 相 比 ,它 们 的 首 次 放电 比 容 量 均 为 1200 mAh/g 左 右 ,经 过 30 个 循 环 之 后 ,复 合 材 料 的 充 放 电 比 容 量 稳 定 在900 mAh/g,远 高 于 石 墨 烯 的 228.9 mAh/g,证 实 量 子 点 的 掺 杂 是 有 效

30、 的 。 同 时 ,G-ZnS 系 的循 环 性 能 优 于 G-CdS,在 200 mA/g 的 质 量 密 度 下 ,G-1% ZnS 的 可 逆 容 量 是 G-1% CdS 的近 两 倍 ,时 间 分 辨 荧 光 提 示 ,电 子 从 ZnS 量 子 点 的 激 发 态 到 石 墨 烯 层 的 转 移 时 间 仅 需 4 ps,显 示 出 更 好 的 层 间 传 导 行 为 。 考 察 复 合 材 料 在 超 级 电 容 器 中 的 电 化 学 性 能 ,其 恒 流 充 放电 曲 线 呈 现 对 称 的 三 角 波 状 ,表 明 石 墨 烯 /量 子 点 复 合 材 料 具 有 良 好 的 电 容 特 性 。当 电 流 密 度 为 0.5 A/g 时 ,G-1% ZnS 和 G-1% CdS 的 比 电 容 分 别 高 达 93 F/g 和 90 F/g,高于 G 的 87 F/g。 可 见 ,在 石 墨 烯 片 层 间 原 位 修 饰 ZnS(CdS)半 导 体 纳 米 粒 子 ,有 效 阻 止 了石 墨 烯 的 结 晶 ,改 善 石 墨 烯 层 间 的 电 子 传 导 能 力 ,其 储 能 容 量 和 循 环 性 能 都 明 显 优 于 石 墨烯 和 天 然 石 墨 ,可 广 泛 应 用 于 锂 离 子 电 池 和 超 级 电 容 器 的 电 极 材 料 。