炭素技術抗氧化浸漬炭一石墨材料的研究及性能分析劉重德邵澤欽2，陸玉峻2（1.哈爾濱電碳廠，哈爾濱150030（2.哈爾濱電碳研究所，哈爾濱150030）料在650°C下空氣中氧化質量損失達5%的時間為65h，此時的氧化速率為4.4mg/.匕氧化60h以后，氧化質量損失速率隨時間的延長而迅速增加。

　　朱海哲近幾十年來，國內外科學工作者對炭一石墨材料抗氧化性能進行了很多研究，并己經應用了一些提高炭一石墨材料抗氧化性能的方法，如：溶液浸漬法、各種抗氧化涂層法、自愈合法及炭陶復合方法。

　　石墨材料在空氣中1600C下的抗氧化問題己基本解決。但從炭一石墨材料的綜合性能考慮問題仍然存在，如涂層法的技術價格高、涂層與炭一石墨基體之間的熱膨脹系數差別較大、易剝離脫落、或產生微裂紋，形成氧的擴散通道。而自愈合方法是通過加在炭一石墨材料基體中的陶瓷粒子在表面氧化成陶瓷膜，使石墨材料的表面具有一些陶瓷材料性能，這必然對炭一石墨材料的表面硬度、自潤滑性等一些性能有很大的影響。溶液浸漬法對炭一石墨材料的特性影響較小，但抗氧化效果不如涂層法和炭陶復合法。致使目前高溫（650C以上）富氧條件下高速旋轉的炭一石墨密封材料長期使用的問題還未得到解決。

　　炭一石墨材料的氧化速率依賴于表面活性區域數量及氣體在材料中的擴散能力，炭一石墨材料本身的結構、性能以及存在的雜質等對石墨材料的氧化行為有很大影響。因此要想提高炭一石墨材料的抗氧化能力，首先應從基體材料入手。

　　磷酸鹽無機高分子溶液的浸漬處理是一種比較簡單可行的抗氧化處理方法。磷酸鹽的耐溫、耐腐蝕、附著力都很強，僅耐水性稍差，這可用復合鹽或其他固化劑固化的辦法解決。這種方法的優點是工藝操作簡單不易產生表層脫落及微裂紋現象，基本保持基體（炭一石墨）材料的性質，作為耐磨材料比較合適。

　　1.由可以看出未經磷酸鹽處理的炭一石墨材料經15h氧化質量損失為6%左右。從15h以后，氧化質量損失率急劇加。35h試樣己有嚴重脫落現象。

　　時間/h 650°〔空氣中的氧化質量損失曲線A―磷酸鹽處理后的炭一石墨材料；未處理的炭一石墨材料純炭一石墨材料的氧化反應首先是在材料表面上進行，其氧化速率決定于表面活性點的多少。如繼續向材料內部氧化，則氧化反應速率依賴于氧的擴散速度及內部缺陷、雜質等。

　　炭一石墨材料表面活性點是不可避免的，因為人造的炭一石墨材料的結構并非為理想的點陣結構。即使材料內部的結構比較完善，但由于試樣還是產品都要經過機械加工，這必然要破壞正常的網絡結構，使材料表面存在價鍵相對不飽和的邊緣碳原子。此外，炭一石墨材料中必然存在一些各類型的結構缺陷。處于缺陷周圍的這些特殊位置的碳原子活性要比晶格內的碳原子大得多。它們既是活性之源，又是易被氧化而生成官能團的敏感點。接下來的氧化速率就由氣體通道所控制了。本研究提高炭一石墨材料抗氧化能力的途徑之一就是減少氧的擴散通道。減少缺陷，降低雜質含量，提高碳原子的有序化排列程度。宏觀上即表現為體積密度的加氣孔率的降低。

　　2.經磷酸復合鹽溶液浸漬處理后的氧化行為由可見，材料在全部氧化期間，其氧化行為表現為質量損失，氧化速率隨氧化時間的加而加。盡管曲線A與曲線B的氧化質量損失數據有很大的差別，但它們都具有相同的氧化行為，即兩條曲線都在質量損失率為5%~6%處出現一拐點。在此點之后，曲線斜率加。由此我們可以判斷當炭一石墨材料的氧化質量損失率達到5%以后就不應作為耐磨用機械密封材料使用了，質量損失超過5%后，它的抗氧化能力下降很快，其他的性能也將隨之急劇下降。5%的質量損失率基本上可以作為炭一石墨密封材料的使用臨界值。

　　中曲線A的斜率變化點出現在65h附近，而曲線B的拐點則在13h左右。曲線A的抗氧化時間比曲線B加了5倍。磷酸鹽高分子溶液浸漬處理可明顯提高炭一石墨材料的抗氧化能力。用于制備磷酸鹽高分子浸漬劑的原料是酸性磷酸鹽即磷酸二氫鹽，磷酸氫鹽或其混合物，通式為aMmOnP2O5"bmo.通過加熱處理就形成了聚磷酸鹽網狀固體結構，其固化劑可以是金屬氧化物或其他金屬鹽類。聚磷酸鹽網狀固體的附著力比較強，在炭一石墨材料表面形成一保護膜可以阻礙氧與炭一石墨材料表面的活性點接觸，同時也堵塞住一些氣孔內部的活性點。

　　3.結論
　?、盘恳皇牧涎趸|量損失率為5%以后，質量損失曲線出現轉折點，氧化質量損失速率急劇加。5%的氧化質量損失率可以作為高速運轉密封材料的使用臨界值。
　?、朴酶纳苹w結構及磷酸高分子復合鹽加壓浸漬的內外結合的方法處理的炭一石墨材料，其氧化質量損失為5%的時間達65h.
　?、怯昧姿岣叻肿訌秃消}溶液浸漬法進行炭一石墨材料的抗氧化處理可保持炭一石墨材料的優良性能，適用于高溫富氧條件下的不透性密封材料的長期使用。