炭素技术抗氧化浸渍炭一石墨材料的研究及性能分析刘重德邵泽钦2，陆玉峻2（1.哈尔滨电碳厂，哈尔滨150030（2.哈尔滨电碳研究所，哈尔滨150030）料在650°C下空气中氧化质量损失达5%的时间为65h，此时的氧化速率为4.4mg/.匕氧化60h以后，氧化质量损失速率随时间的延长而迅速增加。

　　朱海哲近几十年来，国内外科学工作者对炭一石墨材料抗氧化性能进行了很多研究，并己经应用了一些提高炭一石墨材料抗氧化性能的方法，如：溶液浸渍法、各种抗氧化涂层法、自愈合法及炭陶复合方法。

　　石墨材料在空气中1600C下的抗氧化问题己基本解决。但从炭一石墨材料的综合性能考虑问题仍然存在，如涂层法的技术价格高、涂层与炭一石墨基体之间的热膨胀系数差别较大、易剥离脱落、或产生微裂纹，形成氧的扩散通道。而自愈合方法是通过加在炭一石墨材料基体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，这必然对炭一石墨材料的表面硬度、自润滑性等一些性能有很大的影响。溶液浸渍法对炭一石墨材料的特性影响较小，但抗氧化效果不如涂层法和炭陶复合法。致使目前高温（650C以上）富氧条件下高速旋转的炭一石墨密封材料长期使用的问题还未得到解决。

　　炭一石墨材料的氧化速率依赖于表面活性区域数量及气体在材料中的扩散能力，炭一石墨材料本身的结构、性能以及存在的杂质等对石墨材料的氧化行为有很大影响。因此要想提高炭一石墨材料的抗氧化能力，首先应从基体材料入手。

　　磷酸盐无机高分子溶液的浸渍处理是一种比较简单可行的抗氧化处理方法。磷酸盐的耐温、耐腐蚀、附着力都很强，仅耐水性稍差，这可用复合盐或其他固化剂固化的办法解决。这种方法的优点是工艺操作简单不易产生表层脱落及微裂纹现象，基本保持基体（炭一石墨）材料的性质，作为耐磨材料比较合适。

　　1.由可以看出未经磷酸盐处理的炭一石墨材料经15h氧化质量损失为6%左右。从15h以后，氧化质量损失率急剧加。35h试样己有严重脱落现象。

　　时间/h 650°〔空气中的氧化质量损失曲线A―磷酸盐处理后的炭一石墨材料；未处理的炭一石墨材料纯炭一石墨材料的氧化反应首先是在材料表面上进行，其氧化速率决定于表面活性点的多少。如继续向材料内部氧化，则氧化反应速率依赖于氧的扩散速度及内部缺陷、杂质等。

　　炭一石墨材料表面活性点是不可避免的，因为人造的炭一石墨材料的结构并非为理想的点阵结构。即使材料内部的结构比较完善，但由于试样还是产品都要经过机械加工，这必然要破坏正常的网络结构，使材料表面存在价键相对不饱和的边缘碳原子。此外，炭一石墨材料中必然存在一些各类型的结构缺陷。处于缺陷周围的这些特殊位置的碳原子活性要比晶格内的碳原子大得多。它们既是活性之源，又是易被氧化而生成官能团的敏感点。接下来的氧化速率就由气体通道所控制了。本研究提高炭一石墨材料抗氧化能力的途径之一就是减少氧的扩散通道。减少缺陷，降低杂质含量，提高碳原子的有序化排列程度。宏观上即表现为体积密度的加气孔率的降低。

　　2.经磷酸复合盐溶液浸渍处理后的氧化行为由可见，材料在全部氧化期间，其氧化行为表现为质量损失，氧化速率随氧化时间的加而加。尽管曲线A与曲线B的氧化质量损失数据有很大的差别，但它们都具有相同的氧化行为，即两条曲线都在质量损失率为5%~6%处出现一拐点。在此点之后，曲线斜率加。由此我们可以判断当炭一石墨材料的氧化质量损失率达到5%以后就不应作为耐磨用机械密封材料使用了，质量损失超过5%后，它的抗氧化能力下降很快，其他的性能也将随之急剧下降。5%的质量损失率基本上可以作为炭一石墨密封材料的使用临界值。

　　中曲线A的斜率变化点出现在65h附近，而曲线B的拐点则在13h左右。曲线A的抗氧化时间比曲线B加了5倍。磷酸盐高分子溶液浸渍处理可明显提高炭一石墨材料的抗氧化能力。用于制备磷酸盐高分子浸渍剂的原料是酸性磷酸盐即磷酸二氢盐，磷酸氢盐或其混合物，通式为aMmOnP2O5"bmo.通过加热处理就形成了聚磷酸盐网状固体结构，其固化剂可以是金属氧化物或其他金属盐类。聚磷酸盐网状固体的附着力比较强，在炭一石墨材料表面形成一保护膜可以阻碍氧与炭一石墨材料表面的活性点接触，同时也堵塞住一些气孔内部的活性点。

　　3.结论
　　⑴炭一石墨材料氧化质量损失率为5%以后，质量损失曲线出现转折点，氧化质量损失速率急剧加。5%的氧化质量损失率可以作为高速运转密封材料的使用临界值。
　　⑵用改善基体结构及磷酸高分子复合盐加压浸渍的内外结合的方法处理的炭一石墨材料，其氧化质量损失为5%的时间达65h.
　　⑶用磷酸高分子复合盐溶液浸渍法进行炭一石墨材料的抗氧化处理可保持炭一石墨材料的优良性能，适用于高温富氧条件下的不透性密封材料的长期使用。