一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法與流程

本發明屬于鱗片石墨技術領域。尤其涉及一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。

背景技術：

鱗片石墨為天然顯晶質石墨，其形似魚磷狀，屬六方晶系，呈層狀結構，具有低熱膨脹系數、良好的導熱性和不潤濕的特點，以鱗片石墨為組分的材料具有良好的熱震穩定性、抗渣侵蝕性和導電性，廣泛應用于冶金工業的耐火材料、航空航天的涂層材料以及導電材料等等。

但是，鱗片石墨具有致命的問題就是易氧化，碳被氧化成二氧化碳后，使制品的氣孔率急劇增加，從而導致制品強度降低、抗侵蝕能力降低和熱震穩定性變差。為了防止石墨氧化，通常的改性方法就是對其表面處理，以提高抗氧化性能。

一種采用非均勻成核法制備改性石墨(曹冉，李紅霞．非均勻成核法石墨表面改性的研究[J]．耐火材料，2006，40(3)：161-164)，以ZrOCl₂·8H₂0為前驅物，對鱗片石墨進行表面改性處理，形成了ZrO₂包覆石墨結構；此方法雖改善了石墨的抗氧化性能，但ZrO₂成本較高，溶膠過程控制復雜。

一種采用異相成核法制備改性石墨（王周福，龐業華，孫加林等．表面包覆Al(OH)₃改性石墨的研究[J]．耐火材料，2002，36(5)：266-267，272），通過在鱗片石墨懸浮液中使硫酸鋁水解，在石墨表面包覆一層Al(OH)₃，對石墨進行表面處理；該方法雖改善了石墨的抗氧化性，但制備過程需要不斷調整PH，操作過程復雜。

一種采用熔鹽法制備改性石墨（丁軍，鄧承繼，張曉君等.熔鹽介質中石墨表面碳化鈦包覆的研究[J].2014，3(45):3066-3074），通過在熔鹽介質中將鱗片石墨表面包覆一層碳化鈦，對石墨進行表面處理；該方法雖改善了石墨的抗氧化性，但熱處理后的試樣需要用煮沸的蒸餾水反復沖洗和過濾，直到濾液不含氯離子；再經過超聲波處理除去鈦粉，操作過程復雜。

“鋰離子電池用天然鱗片石墨的改性方法”(CN201210321541.5)專利技術，通過機械方法先對石墨進行低速-高速-低速的破碎處理，再經過酸堿的浸泡，最后通過化學氣相沉積方法包覆納米碳，得到碳包覆的石墨粉體；該方法存在著表面碳在高溫下氧化問題，制備過程復雜。

“鋰離子電池用炭包覆天然鱗片石墨復合材料的制備方法”(CN201210133868.X)專利技術，用磺化瀝青和鱗片石墨混合，經過烘干和熱處理，使其表面包覆上磺化瀝青，形成炭包覆石墨結構；方法同樣存在著表面瀝青高溫下氧化問題，難以在高溫下有效的改善石墨的抗氧化性能。

技術實現要素：

本發明旨在克服現有技術缺陷，任務是提供一種工藝簡單、能耗低、環境友好的抗氧化的鱗片石墨粉體制備方法，用該方法制備的抗氧化的鱗片石墨粉體抗氧化性能優良。

為了完成上述任務，本發明所采用的技術方案是：取2~15wt%的木質纖維素和30~80wt%的蒸餾水，在40~100℃的水浴溫度條件下以100~800r/min的轉速攪拌至濃度為0.1~5 kg/L，得到木質纖維素溶液。

在相同轉速的條件下，向所述木質纖維素溶液中加入3~30wt%的鱗片石墨，繼續攪拌0.5~4h，制成前驅體溶液；再向前驅體溶液中加入3~30wt%的二氧化硅，繼續攪拌2~5h，制成前驅物。

將所述前驅物在80~200℃條件下干燥，破碎；然后在1100~1700℃條件下于惰性氣氛中煅燒1-5h，制得抗氧化的鱗片石墨粉體。

所述木質纖維素為分析純、或為化學純、或為工業純。

所述鱗片石墨的C含量>90wt%，粒度≤300μm。

所述二氧化硅的SiO₂含量>90wt%，粒度≤300μm。

所述惰性氣氛為氮氣-一氧化碳混合氣氛、或為氬氣氣氛、或為氮氣氣氛。

由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下積極效果：

本發明將鱗片石墨和二氧化硅先后于木質纖維素溶液中混合，得到一種二氧化硅包覆于石墨表面結構的前驅物，然后經過干燥、破碎和在1100℃~1700℃煅燒，制得具有碳化硅包覆結構的抗氧化的鱗片石墨粉體。本發明制備過程中通過C與SiO₂發生固－固反應生成SiC晶須包覆于石墨表面，進而提高了石墨的抗氧化能力。這種制備方法相對于其他的石墨改性方法而言，具有以下優點：整個過程只經過混合、干燥和煅燒三個步驟，故工藝流程簡單；在制備抗氧化的鱗片石墨粉體過程中無有害氣體生成，對環境友好。

本發明制備的抗氧化的鱗片石墨粉體主要物相為碳化硅，同時也伴有石墨相和少量的二氧化硅相存在；制備的抗氧化的鱗片石墨粉體較改性前鱗片石墨熱損失率由原來的97.29%降到17.47%，抗氧化性能明顯提高；制備的抗氧化的鱗片石墨粉體的碳化硅晶須包覆于鱗片石墨表面，包覆致密，起到了保護石墨粉體的作用，提高了抗氧化性。

因此，本發明具有工藝簡單、環境友好和能耗低的特點；所制備的抗氧化的鱗片石墨粉體抗氧化性能優良。

附圖說明

圖1為本發明所制備的一種抗氧化的鱗片石墨粉體的X射線衍射圖譜；

圖2為圖1所示抗氧化的鱗片石墨粉體與改性前鱗片石墨粉體的熱重分析圖；

圖3為圖1所示抗氧化的鱗片石墨粉體的掃描電子顯微鏡照片；

圖4為圖3所示的掃描電子顯微鏡照片中標記位置的能譜。

具體實施方式

以下實施實例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定，本發明可以按發明內容所述的任一方式實施。

在本具體實施方式中：所述鱗片石墨的C含量>90wt%，粒度≤300μm；所述二氧化硅的SiO₂含量>90wt%，粒度≤300μm。以下各實施例中不再贅述：

實施例1

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。取2~7wt%的木質纖維素和63~80wt%的蒸餾水，在80~100℃的水浴溫度條件下以100~800r/min的轉速攪拌至濃度為0.1~1.6 kg/L，得到木質纖維素溶液。

在相同轉速的條件下，向所述木質纖維素溶液中加入3~15wt%的鱗片石墨，繼續攪拌0.5~1.7h，制成前驅體溶液；再向前驅體溶液中加入3~15wt%的二氧化硅，繼續攪拌4~5h，制成前驅物。

將所述前驅物在80~200℃條件下干燥，破碎；然后在1100~1300℃條件下于惰性氣氛中煅燒1-5h，制得抗氧化的鱗片石墨粉體。

本實施例中：所述木質纖維素為分析純；所述惰性氣氛為氮氣-一氧化碳混合氣氛。

實施例2

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。

本實施例中：所述木質纖維素為化學純；所述惰性氣氛為氬氣氣氛。其余與實施例1相同。

實施例3

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。本實施例中：所述木質纖維素為工業純；所述惰性氣氛為氮氣氣氛。其余與實施例1相同。

實施例4

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。取6~11wt%的木質纖維素和46~63wt%的蒸餾水，在60~80℃的水浴溫度條件下以100~800r/min的轉速攪拌至濃度為1.6~3.3 kg/L，得到木質纖維素溶液。

在相同轉速的條件下，向所述木質纖維素溶液中加入12~25wt%的鱗片石墨，繼續攪拌1.6~2.8h，制成前驅體溶液；再向前驅體溶液中加入12~25wt%的二氧化硅，繼續攪拌3~4h，制成前驅物。

將所述前驅物在80~200℃條件下干燥，破碎；然后在1300~1500℃條件下于惰性氣氛中煅燒2-4h，制得抗氧化的鱗片石墨粉體。

本實施例中：所述木質纖維素為工業純；所述惰性氣氛為氬氣氣氛。

實施例5

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。本實施例中：所述木質纖維素為分析純；所述惰性氣氛為氮氣氣氛。其余與實施例4相同。

實施例6

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。本實施例中：所述木質纖維素為化學純；所述惰性氣氛為氮氣-一氧化碳混合氣氛。其余與實施例4相同。

實施例7

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。取10~15wt%的木質纖維素和30~46wt%的蒸餾水，在40~60℃的水浴溫度條件下以100~800r/min的轉速攪拌至濃度為3.3~5kg/L，得到木質纖維素溶液。

在相同轉速的條件下，向所述木質纖維素溶液中加入20~30wt%的鱗片石墨，繼續攪拌2.8~4h，制成前驅體溶液；再向前驅體溶液中加入20~30wt%的二氧化硅，繼續攪拌2~3h，制成前驅物。

將所述前驅物在80~200℃條件下干燥，破碎；然后在1500~1700℃條件下于惰性氣氛中煅燒1-3h，制得抗氧化的鱗片石墨粉體。

本實施例中：所述木質纖維素為化學純；所述惰性氣氛氮氣氣氛。

實施例8

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。本實施例中：所述木質纖維素為工業純；所述惰性氣氛為氮氣-一氧化碳混合氣氛。其余與實施例1相同。

實施例9

一種抗氧化的鱗片石墨粉體及其制備方法。

本實施例中：所述木質纖維素為分析純；所述惰性氣氛為氬氣氣氛。其余與實施例7相同。

本具體實施方式與現有技術相比具有如下積極效果：

本具體實施方式將鱗片石墨、二氧化硅先后于木質纖維素溶液中混合，得到一種二氧化硅包覆于石墨表面結構的前驅物，然后經過干燥、破碎和在1100℃~1700℃煅燒，制得具有碳化硅包覆結構的抗氧化的鱗片石墨粉體。本具體實施方式制備過程中通過C與SiO₂發生固－固反應生成SiC晶須包覆于石墨表面，進而提高了石墨的抗氧化能力。這種制備方法相對于其他的石墨改性方法而言，具有以下優點：整個過程只經過混合、干燥和煅燒三個步驟，故工藝流程簡單；在制備抗氧化的鱗片石墨粉體過程中無有害氣體生成，對環境友好。

本具體實施方式制備的抗氧化的鱗片石墨粉體經過XRD測試，如附圖1所示，圖1為實施例8所制備的一種抗氧化的鱗片石墨粉體的X射線衍射圖譜，從圖1可以看出，其制品物相純度高，主要物相組成為碳化硅，同時也伴有石墨相和少量的二氧化硅相存在。圖2為圖1所示抗氧化的鱗片石墨粉體與改性前鱗片石墨粉體的熱重分析圖，從附圖2可以看出，本具體實施方式制備的抗氧化的鱗片石墨粉體較改性前鱗片石墨熱損失率由原來的97.29%降到17.47%，抗氧化性能明顯提高。圖3為圖1所示抗氧化的鱗片石墨粉體的掃描電子顯微鏡照片；圖4為圖3所示的掃描電子顯微鏡照片中標記位置的能譜。從圖3和圖4可以看出，在鱗片石墨表面包覆了一層碳化硅晶須，且包覆致密，起到了保護石墨粉體的作用，進而提高了鱗片石墨的抗氧化性。

因此，本具體實施方式具有工藝簡單、環境友好和能耗低的特點；所制備的抗氧化的鱗片石墨粉體抗氧化性能優良。