高温抗氧化柔性石墨密封材料的制备和性能研究
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膨胀石墨的制备方法及应用研究进展石墨通常产于变质岩中,是煤或碳质岩石( 或沉积物) 受到区域变质作用或岩浆侵入作用形成的碳质元素结晶矿物,化学性质不活泼。
根据结晶形态不同,天然石墨分为三类,即块状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨。
其中鳞片石墨的性能最优越,工业价值最大。
鳞片石墨为天然显晶质石墨,其形似鱼磷状,属六方晶系,呈层状结构,具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能。
膨胀石墨(EG)是由优质天然鳞片石墨经强酸和强氧化剂插层处理、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。
膨胀石墨同时也沿袭了天然鳞片石墨的性能,具有极强的电导率、耐高温、抗腐蚀、抗辐射特性。
与天然鳞片石墨相比,膨胀石墨的结构松散、多孔且弯曲、密度更低、体积和表面积更大、表面能更高,具有极强的抗震性、抗扭曲性、耐压性、吸附性。
膨胀石墨热导率高,可作为导热材料和导电材料。
膨胀石墨耐高温、耐高压、耐腐蚀,可用来制作高级密封材料。
膨胀石墨极易吸附油类、有机分子及疏水性物质,可作为性能优越的吸附材料。
目前,膨胀石墨被广泛应用于化工、建材、环境保护等20多个领域,需求量巨大,是材料领域的研究热点。
鉴于膨胀石墨的独特结构、优越性能以及广泛应用,本文从制备方法及应用领域详细综述了膨胀石墨的研究进展,并对膨胀石墨的制备方法、性能优化及应用拓展作了展望,以期为膨胀石墨的科研工作者提供一定参考。
1 膨胀石墨的结构和性质石墨晶体具有由碳元素组成的六角网平面层状结构,层平面上的碳原子以强共价键结合,层与层间以范德华力结合,层间距较大,因此层间结合力较弱。
在适当的条件下,酸、碱金属、盐类等多种化学物质可插入石墨层间,并与碳原子结合形成新的化学相———石墨插层化合物(GIC)。
这种层间化合物在加热到适当温度时,可瞬间迅速分解,产生大量气体,使石墨沿轴方向膨胀成蠕虫状的新物质,即膨胀石墨(EG)。
因此,膨胀石墨也称石墨蠕虫,可定义为,天然鳞片状石墨经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。
HUNAN UNIVERSITY膨胀石墨制备膨胀石墨制备学生姓名:张成智学生学号:B1513Z0359学院名称:材料科学与工程学院指导老师:陈刚二〇一五年十一月膨胀石墨制备工艺综述摘要:随着近代生产向高速度、高参数发展,尤其是原子能、导电、地热、宇航等新技术的兴起,对材料的要求也越来越高。
例如,旋转发动机顶点部分的滑动密封、石油、化工、冶金、地热工业中的高温密封、核工业上的耐辐射密封等,都需要一种既耐高温、耐腐蚀、耐辐射、又有柔软性、回弹性和长寿命抗氧化的高性能密封材料。
近年来实践证明,膨胀石墨和以它为基体的复合材料能够很好地满足诸方面的要求。
本文通过查阅文献总结了膨胀石墨的制备方法、工艺、应用,以及发展趋势。
关键词:膨胀石墨;机理;复合材料;应用膨胀石墨,研究碳材料的同仁肯定不陌生,但是如何定义“膨胀”二字呢能膨胀到多少倍的石墨才叫膨胀石墨呢可膨胀石墨与膨胀石墨又没有一个明确的定义和区分;可膨胀石墨与石墨层间化合物是不是一种物质可膨胀石墨是指已经插层了层间化合物还是可以膨胀的石墨的一个统称还有鳞片石墨的尺寸在一个什么范围内,石墨才具有膨胀性,为什么这些都需要给一个明确的定义才行。
天然石墨是层状结构如图1(a)所示,石墨是共价键结合的正六边形片状结构单元,层间依靠离域π键和范德华力连接并可相对滑动。
天然石墨层间的范德华力非常微弱,所以可以用物理或化学的方法将其它异类粒子如原子、分子、离子甚至原子团插入到晶体石墨层间,有些可与层内电子发生局部化学反应[1],形成层间化合物[(Graphite Intercalation Compound)简称GIC,图1(b)]。
天然石墨可与硝酸、硫酸、高锰酸钾、双氧水、臭氧等强氧化剂混合形成可膨胀石墨,当可膨胀石墨通过马弗炉或微波加热时,石墨碳层沿C轴方向发生大幅膨胀,形成结构疏松、低密度的蠕虫石墨、内部具有大量独特的网状微孔结构,也即膨胀石墨或石墨蠕虫(Worm-1ike Graphite)[( Expanded Graphite)简称EG,图1(c)][2]。
浅述石墨【石墨】碳元素的常见结晶形态,六方晶系,常呈鳞片状,多为铁黑、银灰、钢灰色,质软,有滑腻感,薄片具挠性,层状结构。
比重 2.09-2.23,容重1.5-1.8,溶点±3850℃,沸点4250℃。
天然石墨根据结晶状况,可分为晶质鳞片石墨和隐晶质石黑,我国目前主要生产晶质鳞片石墨。
【石墨的特性】具有优异的耐高低温、抗腐蚀、抗辐射、导电、导热、自润滑等性能。
【石墨的应用】冶金、电子、机械、新能源、新材料、核能、航空航天、军事领域。
【石墨的分类】1、晶质石墨(俗称鳞片石墨),另一类是微晶石墨(俗称土状石墨),两种石墨都是由碳构成。
相较而言,晶质石墨在导电、润滑、耐高温等领域都具有特殊性,优越于微晶石墨;用途比较广泛,使用价值更高,尤其在尖端科学方面是不可替代的非金属材料。
【石墨的采选工艺和技术】晶质石墨开采一般是露天开采,方式分为山坡露天开采(内蒙、山西、黑龙江)和挖陷露天开采[山东平原]。
隐晶质石墨开采是井下开采。
鳞片细鳞片石墨浮选工艺过程是:原矿破碎→湿式粗磨→粗选→粗精矿再磨再选→精选→脱水干燥→分级包装等。
浮选工艺流程采用多段磨矿、多段选别、中矿顺序或集中返回的闭路流程。
多段再磨再选有三种形式:精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨。
鳞片石墨的选矿一般采用精矿再磨再选流程。
【石墨按固定碳含量分类】1、高纯石墨[LC];2、高碳石墨[LG];3、中碳石墨[LZ];低碳石墨[LD]。
高纯石墨[LC] C≥99.9%用于生产柔性石墨、密封材料、润滑剂的基料。
高碳石墨[LG]94.0≥C 99.9%用于生产润滑剂、涂料或填充料。
中碳石墨[LZ] 80.0≥C 94.0%用于生产坩埚、铅笔、电池、耐火材料、铸造材料的原料。
低碳石墨[LD] 50.0≥C 80.0%用于铸造涂料等。
【微晶石墨分类】分为两类,有铁类要求者为一类,用WT表示;无铁要求者为一类,用W表示。
如:WT96-45,表示为有铁要求的含碳量96%,最大粒径为45um的产品。
石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要:纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。
它是现代科学技术的重要内容,也是未来技术的主流。
是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。
石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。
由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。
综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。
关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文;一,石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料,其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。
研究表明,石墨烯具有优良的电学性质,力学性能及可加工性。
石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题,如何简单,快速,绿色地制备其复合材料,而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。
通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。
通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。
采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。
研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。
通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。
制备的复合材料具有优良的导电性,同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。
本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点,渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。
《基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计与应用研究》篇一一、引言随着科技的进步和物联网的飞速发展,柔性传感器在各种领域中的应用越来越广泛。
作为一种新型的纳米材料,石墨烯以其独特的物理和化学性质,为柔性力敏传感器的发展提供了广阔的前景。
本文旨在研究基于石墨烯的柔性力敏传感器的结构设计、制备工艺及其应用领域。
二、石墨烯的物理和化学性质石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料,具有优异的导电性、热导性、机械强度和柔韧性。
这些独特的性质使得石墨烯在制备柔性力敏传感器方面具有巨大的潜力。
三、基于石墨烯的柔性力敏传感器结构设计1. 材料选择:选用高质量的石墨烯材料作为主要导电层,同时选择具有良好柔韧性和生物相容性的聚合物作为基底材料。
2. 结构设计:将石墨烯材料通过特殊的工艺与聚合物基底复合,形成一种具有高度敏感和柔性的力敏传感器结构。
该结构包括导电层、绝缘层和保护层,其中导电层由石墨烯材料构成,绝缘层用于隔离相邻的导电层,保护层则用于提高传感器的耐用性和稳定性。
四、制备工艺1. 制备石墨烯材料:采用化学气相沉积法或氧化还原法制备高质量的石墨烯材料。
2. 制备导电层:将石墨烯材料与聚合物基底通过涂布、印刷或喷涂等方式复合,形成导电层。
3. 制备绝缘层和保护层:在导电层上依次制备绝缘层和保护层,以提高传感器的性能和稳定性。
五、应用领域基于石墨烯的柔性力敏传感器具有广泛的应用前景,主要应用于以下几个方面:1. 人体健康监测:用于监测人体的生理信号,如心率、血压、呼吸等,有助于实现人体健康管理。
2. 智能穿戴设备:用于制作智能手表、智能手环等可穿戴设备中的压力、触觉等传感器,提高设备的用户体验。
3. 机器人技术:用于机器人皮肤中的触觉传感器,实现机器人的环境感知和人机交互。
4. 物联网领域:用于物联网设备中的压力、温度、湿度等传感器的制备,提高物联网设备的智能化水平。
六、结论基于石墨烯的柔性力敏传感器具有优异的性能和广泛的应用前景。
石墨垫片是一种常见的密封材料,由高纯度石墨片或石墨粉制成。
它具有优异的耐高温、耐腐蚀和密封性能,因此在各种工业领域中有广泛的应用。
以下是一些石墨垫片的常见用途:
高温密封:石墨垫片可以耐受高温环境,常用于高温设备和管道的密封。
例如,在石油化工、化学工业和能源领域中,石墨垫片被用于密封炉炉盖、燃气轮机、锅炉和石油管道等高温设备。
高压密封:石墨垫片具有优异的密封性能,可以承受高压环境。
它被广泛应用于高压容器、阀门、泵和管道等设备的密封。
腐蚀介质密封:石墨垫片对各种腐蚀性介质具有良好的耐腐蚀性,适用于腐蚀性介质的密封需求。
它被广泛应用于化工、制药、冶金和电力等行业的设备中。
非金属密封:石墨垫片可以在非金属材料(如玻璃、陶瓷)与金属材料之间实现可靠的密封。
它被广泛应用于实验室设备、光学仪器和电子元件等领域。
低摩擦密封:石墨垫片具有良好的自润滑性和低摩擦系数,可用于需要减少摩擦和磨损的密封应用。
它在润滑剂不易使用或不适用的环境中表现出色。
石墨垫片在各种工业和制造领域中用于高温、高压、耐腐蚀和可靠密封的应用。
具体的使用情况取决于应用场景、介质性质和工艺要求等因素。
《磁性氧化石墨烯复合材料的制备及其吸附性能的研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重,水处理技术成为了科研领域的重要研究方向。
磁性氧化石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质,在废水处理领域具有广阔的应用前景。
本文旨在研究磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法,并探讨其吸附性能,以期为环境保护和水处理领域提供新的思路和解决方案。
二、磁性氧化石墨烯复合材料的制备1. 材料选择与预处理本研究所选用的原料包括石墨烯、磁性材料以及氧化剂等。
在制备过程中,首先对石墨烯进行预处理,以提高其反应活性。
预处理方法包括对石墨烯进行表面氧化和功能化处理,使其具有更多的活性位点。
2. 制备过程磁性氧化石墨烯复合材料的制备采用化学法。
首先将磁性材料与氧化剂混合,然后在一定温度下进行反应,使磁性材料表面形成氧化物层。
接着将预处理后的石墨烯与磁性氧化物进行混合,通过高温反应使两者结合形成复合材料。
3. 制备条件优化在制备过程中,我们通过调整反应温度、反应时间、原料配比等条件,优化了磁性氧化石墨烯复合材料的制备工艺。
经过多次试验,我们找到了最佳的制备条件。
三、磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能研究1. 吸附性能测试为了研究磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能,我们进行了多组吸附实验。
实验中,我们将不同浓度的污染物溶液与磁性氧化石墨烯复合材料混合,然后测定溶液中污染物的浓度变化。
实验结果表明,磁性氧化石墨烯复合材料对多种污染物具有良好的吸附性能。
2. 影响因素分析我们进一步分析了影响磁性氧化石墨烯复合材料吸附性能的因素。
实验结果表明,吸附性能受溶液pH值、温度、污染物种类及浓度等因素的影响。
在一定的pH值范围内,磁性氧化石墨烯复合材料对污染物的吸附能力较强;而在高温条件下,吸附能力有所提高;不同种类的污染物对吸附性能的影响也不同。
四、结论本研究成功制备了磁性氧化石墨烯复合材料,并对其吸附性能进行了研究。
实验结果表明,该复合材料具有良好的吸附性能,能够有效地去除多种污染物。
膨胀石墨目录编辑本段肿胀石墨简介碳是自然界最普遍的元素之一,碳化合物的成键方式和结构形式极其丰富,膨胀石墨便是其中一种新型碳素材料。
早在19世纪60年代初,Brodie 将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热,发现了膨胀石墨,然而其应用则在百年之后才开始。
从此,众多国家就相继展开了膨胀石墨的研究和开发,取得了重大的科研突破。
石墨晶体是两向大分子层状结构,每一平面内的C原子都以C一C共价键相结合,层与层之间以较弱的范德华力相结合。
石墨的层状结构十分典型,每一层片是一个碳原子层,层内碳原子之间以sPZ杂化轨道成很强的共价键,即1个25电子和2个2p电子杂化等价的杂化轨道,位于同一平面上,互相形成a键,而二个未参加杂化的2P电子则垂直于平面,形成二键[lJ。
石墨的这种层状结构使得层间存在一定的空隙。
因此在一定条件下,某些反应物(如酸、碱、卤素)的原子(或单个分子)即可进入层间空隙,并与碳网平面形成层间化合物。
这种插有层间化合物的石墨即为可膨胀石墨。
碳原子层间以很弱的范德华力相联系,这种结构允许插层物质能过顺利地进入碳原层间而不破坏碳原子层内的六角网状结构,因此天然石墨是制备石墨插层化合物最好的母体材料。
可膨胀石墨是一种利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间,与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。
它不仅保持石墨优异的理化性质,而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能。
插有层间化合物的石墨在遇到高温时,层间化合物将分解,产生一种沿石墨层间C轴方向的推力,这个推力远大于石墨粒子的层间结合力,在这个推力的作用下石墨层间被推开,从而使石墨粒子沿C轴方向高倍地膨胀,形成蠕虫状的膨胀石墨l2]。
石墨层与层之间可“嵌”入化学物质而具有可膨胀性。
如可采用硫酸处理石墨,干燥后石墨在高温下膨胀,这是由于硫酸分子“嵌”入石墨层所致。
膨胀石墨有如下特性:①极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性;②极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性;③极强的抗震特性;④极强的电导率;⑤极强的抗老化、抗扭曲的特性;⑥可以抵制各种金属的熔化及渗透;⑦无毒、不含任何致癌物,对环境没有危害;可膨胀性石墨薄片的膨胀特性不同于其他膨胀剂,受热达到一定温度时,由于吸留在层间点阵中化合物分解,可膨胀石墨便开始膨胀,称为起始膨胀温度,在1000℃时膨胀完全,达到最大体积。
碳石墨密封件
碳石墨密封件是一种由碳石墨材料制成的密封件,具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能。
碳石墨密封件广泛应用于各种领域,如航空航天、石油化工、汽车制造等。
碳石墨密封件的作用是防止气体或液体从两个接触面间泄漏,同时也防止外界杂质进入两个接触面。
其工作原理是利用碳石墨材料本身的物理性质,如热膨胀系数、弹性模量等,来实现密封效果。
碳石墨密封件的制作工艺比较复杂,需要经过多道工序才能完成。
其生产过程中需要注意许多细节,如碳石墨材料的混合比例、烧成温度和时间等,这些都会影响到最终产品的性能。
碳石墨密封件的使用寿命与其所处的工作环境密切相关。
在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下,碳石墨密封件的性能会受到严重影响,容易出现老化、磨损等问题。
因此,在使用过程中需要定期检查和维护,及时更换损坏的密封件,以保证设备的正常运行。
总之,碳石墨密封件作为一种高性能的密封材料,具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,碳石墨密封件的性能和品质也将得到不断提升,为各行业的发展做出更大的贡献。
1。
石墨烯的制备、特征、性能及应用一、石墨烯的特点及应用领域(一)石墨烯的特点石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来的,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元,具有很多奇异的电子及机械性能。
因而吸引了物理、化学、材料、电子、能源、生物和信息技术等领域科学家的高度关注。
其主要特点有:1.硬度高(人类已知的硬度最高物质)、柔性大;2.电导率高(室温下最好的导电材料)石墨烯优良的导电性使其在锂电池中可以显著提升正负极的导电性;3.导热性高(优质散热材料);4.透光性高;5.比表面积大(吸附和过滤能力强)。
(二)石墨烯的应用领域石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高出百倍。
同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。
美国一位工程师杰弗雷用形象地比喻了石墨烯的强度:将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上,如想用一支铅笔戳穿它,需要一头大象站在铅笔上。
石墨烯材料在储能器件、防腐涂料、功能纺织品、橡胶制品、显示器件、智能保健品等产品中的应用日益显露出广阔市场空间。
石墨烯主要应用于以下几个方面:1.制造下一代超级计算机。
石墨烯是目前已知导电性能最好的材料,这种特性尤其适合于高频电路,石墨烯将是硅的替代品,可用来生产未来的超级计算机,使电脑运行速度更快、能耗降低。
2.制造“太空电梯”的缆线。
美国研究人员称,“太空电梯”的最大障碍之一,就是如何制造出一根从地面连向太空卫星、长达23000英里并且足够强韧的缆线,科学家幻想将来太空卫星要用缆线与地面联接起来,那时卫星就成了有线的风筝,科学家现在终于找到了可以制造这种太空缆线的特殊材料,这就是石墨烯。
人类通过“太空电梯”进入太空,所花的成本将比通过火箭升入太空便宜很多。
3.可作为液晶显示材料。
石墨烯是一种“透明”的导体,可以用来替代现在的液晶显示材料,用于生产下一代电脑、电视、手机的显示屏。
压缩机填料密封原理填料密封是通过在密封面上填入填料,将填料压实形成密封沟槽,使介质无法泄漏出去。
填料的选择根据介质的性质和温度来确定,常见的填料有纤维填料、波纹管填料、柔性石墨填料等。
下面以柔性石墨填料为例,详细介绍压缩机填料密封的原理。
柔性石墨填料是由纯天然的石墨加工而成,具有优异的密封性能和化学稳定性。
它具有非常小的泄漏量和低摩擦系数,适用于高温高压环境下的密封要求。
在压缩机填料密封中,柔性石墨填料的应用可以有效地防止气体或液体介质的泄漏,保护设备的正常工作。
填料密封的原理主要包括填料包装和填料紧固两个环节。
首先,将柔性石墨填料剪成合适的长度,然后将填料沿着活塞杆放置到壳体上的密封沟槽中。
填料的长度要适当,确保填料良好地填充到沟槽中,且不会造成过度缠绕,以免影响密封效果。
填充完毕后,需要使用特殊的工具将填料进行紧固。
常见的填料紧固方法有压盖法和机械密封法。
压盖法是将填料盖上一层金属盖板,运用压力将填料紧固在壳体上。
机械密封法则是在填料上覆盖一层金属瓣片,通过螺纹装配将填料固定。
这些方法都可以使填料牢固地固定在密封沟槽中。
填料密封的原理在于,活塞杆在工作时与填料之间会形成一个密封空间。
当活塞杆向前运动时,填料与活塞杆密封面产生压紧作用,阻止介质逆向渗入。
而当活塞杆向后运动时,由于活塞杆上的密封沟槽带动填料沿着活塞杆后退,填料与活塞杆之间产生摩擦力,进一步增强了密封效果。
填料密封的优点是易于更换和维护,适用于高压、高温或含有固体颗粒的介质。
填料材料的选择与工作环境密切相关,一般需要根据温度、压力、介质的化学性质和工作环境的要求进行选择。
然而,填料密封也存在一些缺点。
填料材料的选择不当可能会出现泄漏问题,而且填料的使用寿命有限,需要定期维护和更换。
此外,填料也会造成一定的摩擦力和热损耗,从而降低设备的效率。
综上所述,填料密封是一种简单而有效的密封方式。
通过选择合适的填料和合理的填料紧固方式,可以在高温高压环境下实现较好的密封效果。
膨胀石墨制备及其应用前景院(系):专业: 室内设计学号:学生姓名:2014年11月10日3114004715张怡泽纳米陶瓷制备及其应用前景目录摘要 (3)关键词 (3)前言 (3)性质 (3)石墨具有优异性能 (4)膨胀石墨的制备............. 错误!未定义书签。
反应的基本原理 (5)应用 (5)密封材料......................... 错误!未定义书签。
环保领域 (6)医学领域 (7)高能电池材料 (7)阻燃防火 (8)军工材料 (8)结论 (8)参考文献 (8)纳米陶瓷制备及其应用前景 3114004715张怡泽摘要利用4KMnO 与3HNO 氧化天然石墨的边缘,方便插层剂24H SO 进入石墨层间,形成层间的化合物,高温微波加热化合物分解使石墨膨胀形成的一种新型石墨材料。
关键词石墨;膨胀;应用;前言膨胀石墨是由天然石墨制备的可膨胀石墨膨胀后得到的的一种多功能多用途的新型材料。
膨胀石墨不仅具备了天然石墨耐高温,耐腐蚀等特性,更由于其具有发达的空隙结构,具有较大的比表面积,使其大量地运用于吸附材料。
此外,膨胀石墨比天然石墨更耐磨,易3114004715张怡泽纳米陶瓷制备及其应用前景导热,可用作密封材料,电池电极等。
膨胀石墨运用于密封材料的技术目前较为成熟,而运用于吸附材料在近年来逐渐成为热点。
本文将研究膨胀石墨的制备及其应用的前景等特征。
石墨具有优异性能1.熔点高。
在很高温度下石墨状态不会变化;2.导电、导热好。
导电性能不亚于金属并超过铝和钢;3.化学稳定性好。
能耐强酸、强碱和有机溶剂的侵蚀;4.自润滑性好,且在高温下仍保持其良好的润滑性;5.涂敷性和可塑性较强,加工成任意形状,能牢固粘贴在固体表面上不脱落等优点。
膨胀石墨的制备原料:天然鳞片石墨;过氧化氢(AR,30%),硝酸(AR,60%-65%),硫酸(AR,98%),盐酸(AR,37%),高锰酸钾为分析纯。
高温高压静态密封性研究及其应用在工业生产中,高温高压环境下的静态密封性对于设备的安全运行至关重要。
高温高压环境由于其特殊性,会导致许多静态密封材料的性能受到影响,所以研究如何有效的提高高温高压环境下的静态密封性是非常紧迫和重要的。
一、高温高压环境下的静态密封性研究(一)高温高压环境下常见的密封材料高温高压环境下通常采用的密封材料主要有橡胶密封、垫片密封、螺纹连接密封和焊接密封等。
不同的密封方式对应的密封材料和适用范围均有所不同。
(二)橡胶密封在高温高压环境下的性能影响橡胶是常见的密封材料之一,但在高温高压环境下,通常会出现硬化、老化等现象,因此在选择橡胶材料时需要考虑其高温高压下的使用性能。
(三)垫片密封的优点和缺点垫片密封的优点是适用范围广,具有良好的耐压性和耐温性;其缺点是需要高精度的加工,不易适用于高压和冲击载荷较大的场合,所以需要综合考虑其优缺点进行使用。
(四)螺纹连接密封的适用范围螺纹连接密封通常适用于连接两个均为金属材料的零件上,其密封性能主要取决于螺纹的精度和材料的选择。
(五)焊接密封的优点和适用范围焊接密封可以通过加压使得低熔点金属材料融合并填充密封隙缝,具有密封性好和耐压性强等优点,但是适用范围有限,仅适用于金属零件之间的连接。
(六)典型高温高压环境下的静态密封问题在工业领域中,液氨管道、烟气脱硝设备、石化装置以及核电站等场合中,均存在着高温高压下的静态密封问题,而如何解决这些问题,使得设备在高温高压环境下稳定运行是当前急需解决的难题。
二、高温高压环境下的静态密封性应用在高温高压的工业生产过程中,如何提高环境下的静态密封性,从而保证设备的安全运行,成为了技术人员需要突破的难点。
一些创新型尝试,如采用高强度材料制作密封件,提高密封面的加工精度等,不断推动高温高压下的静态密封技术的发展。
在实践中,工程师们在设备密封结构设计、材料选择、加工技术及膜法密封等方面作出了积极的探索和创新,为设备的静态密封性提供了有力保障。
12FLUID MACHINERY Vol. 45,No.2,2017文章编号:1005 -0329(2017)02-0012-05高温抗氧化柔性石墨密封材料的制备和性能研究谢苏江,朱宗亮(华东理工大学,上海200237)摘要:柔性石墨作为密封材料广泛应用于石油、汽车、化工、核电等密封领域,但其高温抗氧化性能差大大限制了它 的使用范围和应用寿命。
本文采用浸渍法制备了高温抗氧化柔性石墨密封材料,系统研究了制备工艺等对其密度、抗拉 强度、热失重、压缩回弹性能及密封性能的影响,结果表明所制备的高温抗氧化柔性石墨密封材料具有较好的高温抗氧 化性能,同时具有较好的压缩回弹性能和优异的密封性能,可以广泛应用于高温氧化场合。
关键词:柔性石墨;抗氧化;密封性能中图分类号:TH136 ;TB302 文献标志码: A d〇i:10. 3969/j. issn. 1005 -0329. 2017. 02. 003The Preparation and Performance Research of High Temperature Oxidation Resistance of GraphiteXIE Su-jiang,ZHU Zong-liang(East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)Abstract:Flexible graphite is widely used in petrochemical,automotive,nuclear power and other fields. As a sealing material, the easy oxidation of flexible graphite under the condition of high temperature and oxygen enrichment of weightlessness disadvantages limits the scope of its use. This paper adopts the impregnation method for the high temperature oxidation resistant flexible graphite ; at the same time, the change rules of density, tensile strength, compression resilience and sealing performance of high temperature oxidation resistant flexible graphite were studied by experiments. High temperature oxidation resistant flexible graphite prepared by the whole impregnation process can be used as a substitute for domestic and foreign products.Key words :flexible graphite ; oxidation resistant ; sealing performancei前言柔性石墨(Flexible Graphite,简称F G)通常由 天然鳞片石墨制备成的石墨层间化合物经高温膨 化而成,与金刚石、碳60、多孔碳、碳纳米管、石墨 烯等互为同素异形体[1]。
柔性石墨不仅保持了 天然石墨优异的物理化学特性,同时又具有其特 有的高压缩变形和回弹能力、低应力松弛性能和 较好的柔软性及密封性,是石油、化工、汽车、核电 等领域高温、极低温、强辐射等极端工况下的首选 密封材料[2’3]。
但是柔性石墨和其他碳材料一样都存在着高 温富氧条件下易氧化腐蚀的缺点,而且由于其比 表面积大、孔隙率高等特点,其高温抗氧化性能比 一般碳材料更差。
研究表明,在空气中当温度超收稿日期:2016 -07 -22过450°C时,柔性石墨就会发生较严重的氧化失 重,且随着温度的升高和时效时间的增加,氧化失 重越明显[4]。
氧化失重使柔性石墨的结构受到 严重的破坏,性能受到影响,这大大限制了柔性石 墨的使用范围和应用寿命。
因此,解决柔性石墨 高温抗氧化性能差的问题就显得尤为重要。
近年来,碳石墨材料的抗氧化研究和应用取 得了不断发展,不同领域及学科的科技工作者研 究开发了多种碳石墨材料的抗氧化方法,具体的 技术途径主要有:溶液浸渍法、基体改性法和表面 涂覆抗氧化涂层法[4~7],但对柔性石墨密封材料 的抗氧化研究相对较少。
本文主要通过溶液浸渍法制备了一种高温抗 氧化柔性石墨密封材料,并对其相关性能进行了 较系统的研究。
2017年第45卷第2期流体机械13〇1 :——w500700 900温度(°c )图3柔性石墨在不同氧化温度下的氧化失重率由图3可见,经表面浸渍和整体浸渍处理的 柔性石墨的氧化失重率明显低于未经处理的柔性 石墨的氧化失重率,即经过浸渍处理后,柔性石墨 的高温抗氧化性明显提高。
且在同一温度下,整 体浸渍工艺制备的抗氧化柔性石墨的氧化失重率 略低于表面浸渍工艺制备的抗氧化柔性石墨,即 整体浸渍工艺优于表面浸渍工艺。
3.2氧化时间对抗氧化柔性石墨氧化失重率的影响实际应用中,材料抗氧化性能的好坏与其时图2梯度升温曲线3高温抗氧化柔性石墨密封材料的性能研究以一^定温度和一^定时间时效后柔性石墨的氧化失重为评定指标,对所制备的高温抗氧化柔性 石墨的相关性能进行了一系列研究,并与相关材 料进行对比分析。
3.1氧化温度对抗氧化柔性石墨氧化失重率的影响将不同的柔性石墨放入马弗炉中进行高温灼烧,测定在不同氧化温度下的氧化失重率0图3 示出了不同柔性石墨分别在500,600,700,800, 900 °C 下氧化时效1 h 的氧化失重率。
2高温抗氧化柔性石墨密封材料的制备2.1 试验原料试验原料如表1所示。
表1主要试验原料名称主要性能与规格生产厂家柔性石墨含碳量参98% 密度 0• 91 (g/cm 3 )上海骏焱化工材料有限公司无水乙醇入11,纯度>99.9%上海凌峰化学试剂有限公司磷酸AR ,纯度彡85%上海凌峰化学试剂有限公司四硼酸钠AR ,纯度 >99%无锡展望化工试剂有限公司磷酸二氢钾A R ,纯度彡99.5%天津鼎盛鑫化工有限公司2.2 制备工艺采用整体浸渍和表面浸渍2种制备工艺制备 高温抗氧化柔性石墨密封材料,具体工艺如图1 所示。
1预处理I— 1 ! :\ \表|柔性石墨板材|!|浸渍剂配置|1|柔性石墨粉末|丨整面、与:体、与=>I 浸渍处理M 浸渍处理剂浸渍处_ ^淸处\ \\1 !处理1烘干1 !! |烘干成型| !理_____________」:_____________」I 梯度升温处理I I 高温抗氧化柔性石墨I图1高温抗氧化柔性石墨密封材料的制备工艺2.3 浸渍剂的配制浸渍法制备高温抗氧化柔性石墨密封材料的 关键在于浸渍剂的配置,本文采用四硼酸钠、磷酸 和磷酸二氢钾为主要原料按一定比例均勻混合配 置成抗氧化浸渍剂,并通过正交试验法优化了浸 渍剂的配方^l f l ]s2.4 浸渍与后处理工艺将配置好的浸渍剂按图1的程序分别对柔性 石墨板材和粉末进行表面和整体浸渍处理,浸渍 时间约3 h ,然后按图2进行梯度升温处理,从而 获得处理好的抗氧化柔性石墨制品。
o59 4(%)#«识与事14FLUID MACHINERY Vol. 45,No. 2,2017(a )氧化1 h (b )氧化lOh图5不同抗氧化柔性石墨的氧化失重率3.4抗氧化柔性石墨制备工艺对材料密度的影响图6示出了浸渍剂浓度对抗氧化柔性石墨密 封材料的密度影响(浸渍时间为3 h )。
由图可 见,相同条件下高温抗氧化柔性石墨的密度随着 浸渍液浓度的增大星逐渐减小的趋势6原因可能 与浸渍剂所形成的多聚磷酸盐和多聚硼酸盐的玻 璃体结构有关,这些玻璃体具有较高的强度,填充 于柔性石墨的微孔中,导致柔性石墨材料很难被 压实,从而使高温抗氧化柔性石墨材料的密度 下降Q图6浸渍液浓度对高温抗氧化柔性石墨密度的影响效时间也是密切相关的,图4示出了不同柔性石 墨在700 °C 的静态空气中灼烧不同时间时的氧化失重率。
图4柔性石墨在不同氧化时间下的氧化失重率(700°C)由图可见,制备的抗氧化柔性石墨在长时间 高温作用下的氧化失重率远低于未经处理的柔性 石墨的氧化失重率。
在氧化时间低于4 h 时,表 面浸渍工艺和整体浸渍工艺制备的抗氧化柔性石 墨在相同氧化时间内的氧化失重率基本相同并随时间增加而增大,但随着氧化时间的进一步增力D , 表面浸渍工艺制备的高温抗氧化柔性石墨的氧化 失重率开始明显大于整体浸渍工艺制备的抗氧化 柔性石墨的,且两者氧化失重率的差值随着氧化 时间的增加逐渐增大。
即短时间内,柔性石墨表 面的抗氧化浸渍涂层能有效阻止氧气和柔性石墨 接触,故短时间内两种浸渍工艺制备的抗氧化柔 性石墨均具有很好的抗氧化性;但随氧化时间增 长,表面抗氧化涂层开始减薄、失效,氧气进入柔 性石墨内部的通道被打开,柔性石墨开始发生较 明显的氧化失重,而整体浸渍工艺处理的柔性石 墨其表面和内部都存在抗氧化涂层,故当表层抗氧 化性作用减弱后其内部抗氧化作用仍能维持,从而表现出优于表面浸渍处理工艺的抗氧化能力。
3.3 不同高温抗氧化柔性石墨产品的对比研究图5比较了所制备抗氧化柔性石墨与国内外 相关产品的抗氧化能力&由图可见所制备的抗氧 化柔性石墨在高温及长时间氧化作用下均具有较 好的抗氧化性,可以代替国内外产品使用eoo84(%)讲_识与事样品品试样样备内外制国国oo84(%)—«识智專2017年第45卷第2期流体机械15国产抗进n 抗研制抗纯柔性氧化柔氧化柔氧化柔石墨 性石墨性石墨性石墨10 -^'— -------------------------2550浸渍液浓度(% )图10浸渍液浓度对抗氧化柔性石墨压缩回弹性能的影响由图可见,经浸渍处理后,柔性石墨的压缩率 比未处理的柔性石墨压缩率要大,且压缩率随着 浸渍时间和浸渍剂浓度的增加而逐渐增大,而回 弹率则呈逐渐减小的趋势。
这表明抗氧化浸渍涂 层缺乏一定的回弹能力,适度浸渍是保证其压缩 回弹性能的关键。
图11比较了几种抗氧化柔性石墨密封材料 的压缩回弹性能,由图可见抗氧化柔性石墨材料 的压缩率均高于纯柔性石墨材料,而回弹率略低 于纯柔性石墨。