Vol.16 No.3 戴星等：浸渗一表面合金化技术在石墨电极表面的应用 .241· 本文提出采用浸渗一表面合金化的方法，可于高温熔融体系中使石墨电极表面生成具有 导电性的复合保护层，用以阻止氧化性气织与石墨电极表面碳元素的接融反应，可望取得较 好的实用效果，该方法已申请中国发明专利1， 1 基本工艺过程 空 浸渗~表面合金化方法的工艺流程示于图 1.该方法的工艺过程由以下3个主要步骤构成. 1.1预处理 石墨电极在热交换室(2)中升温至400℃ 左右，干燥若干小时以除去表面及微孔中吸附的 水份，然后进入清理室(3)中，在700℃左右短时 灼烧，使表面有机物挥发，同时表面石壘碳略 图1工艺流程示意图 为氧化；采用压缩空气吹扫表面，除去表层的 1-吊轨，2-热交换整，3-清理富， 松散颗粒及灰尘，露出未氧化的电极表面，有 4-熔体浴炉，5-盐浴炉，6-水洗意 利于化学反应和熔体的渗入· Fig.1 Diagrammatic sketch of process flow 1.2浸渗-表面合金化处理 配制一定组成的熔融体系，其溶剂为SO2、A1,O,、BO3、NaO等氧化物的混合物，溶质 为CrO,、VO,、TO,等含有易形成金属碳化物的金属元素的氧化物.在熔体炉(4)中高温 熔融混匀并加人适量的还原剂，使得溶质氧化物被还原生成活性金属原子，将经预处理的石 墨电极浸人该熔体中，在一定温度下反应一定的时间，此时体系中同时存在着两个过程和反 应：(1)电极迅速升温，微孔内的气体不断膨张逸出，高温熔体在静压力和毛细压力的推 动下浸入电极的孔隙中，并不断向电极内部渗人，形成熔体浸渗层，(2)熔体中被预还原的 金属原子与电极表面被高温活化的石墨碳原子反应，生成该金属的碳化物合金层· 1.3表面粘渣清理 电极从高温熔体取出后，表面上粘有一定厚度的熔体膜，可在盐浴(5)中清洗除去· 熔盐能溶解电极表面的熔体膜，并且熔盐也很少粘附在电极表面，熔盐温度比熔体处理温度 低300~500℃，电极本身在被清洗表面的同时也降至较低温度，在低温下盐浴对徽孔中 的熔体影响不大·从盐浴中取出的电极经少量水冲洗后进入热交换室(2)，冷却后送入成品 库· 2 基本原理 2.1浸渗层形成机理与动力学 石墨电极为多孔状固体，高温熔体进人其孔隙中时将受到下面几项力的作用（见图 2):熔体的静压力P,孔内气体压力P2,毛细压力P,和粘滞阻力P4·它们之问平衡关系为： P-P2+P3-P4=0 (1)V bl . 16 N 0 . 3 戴星等 : 漫渗一 表 面合金化技术在石墨电极表 面的应用 本文提 出采 用浸 渗 一 表 面 合金 化的方 法 , 可 于高温 熔融 体系 中使石墨 电极表 面生成 具 有 导电性 的复合保护 层 , 用 以阻止 氧化性 气氛与石墨 电极表 面碳 元素的接融 反应 , 可望 取得较 好的实 用效果 . 该 方法 已 申请中国发 明专利 [ ’ 】 . 1 基本工艺过程 浸 渗 一 表 面 合金 化方法 的工 艺流 程示于 图 1 . 该方 法 的工艺过 程 由以下 3 个主要步骤构成 . 1 . 1 预 处理 石墨 电极在热 交换 室 ( 2) 中升温至 4 0 ℃ 左右 , 干燥若干小 时以 除去表 面及微 孔中吸附的 水 份 , 然后 进人 清理 室 ( 3) 中 , 在 70 ℃ 左右短 时 灼 烧 , 使表 面有机 物挥 发 , 同 时表面 石墨碳 略 为氧化 ; 采用压缩 空气吹 扫表面 , 除去 表层 的 松散颗 粒及灰尘 . 露 出未 氧化的电极表 面 , 有 利于化学 反应 和熔体的 渗人 . 比缩 空气 . 口升心 …2 口 . … 圈 1 工艺流程 示愈 圈 1一 吊轨 , 2 一 热交换 宜 , 3 一 清理宣 , 4 一 熔体浴炉 , 5 一 盐 浴炉 , 6 一 水洗宜 f奄 . 1 侧a g r a m m a it e s k e te h o f P r oc es if o w 1 . 2 浸渗 一 表面合金化处 理 配制 一定 组成 的熔融 体系 , 其溶 剂为 5 10 2 、 iA 户 3 、 B户 3 、 aN ZO 等 氧化 物 的混合物 , 溶 质 为 C Orz 3 、 v ZO S 、 iT 0 2 等含有 易形成 金属 碳化物 的金属元 素的氧 化 物 . 在 熔体炉 (4 ) 中高温 熔融混 匀并 加人 适量 的还 原剂 , 使得 溶质氧 化物被 还原 生成活 性金 属原子 . 将 经预处 理的石 墨 电极 浸人 该熔 体中 , 在 一定温 度下 反应一 定 的时间 . 此时体系 中同 时存在着 两个过 程和反 应 : ( l) 电极迅 速升 温 , 微 孔 内的气 体不 断膨胀 逸 出 , 高 温 熔 体在 静 压 力 和毛 细 压 力 的推 动 下浸人 电极 的孔 隙 中 , 并 不 断 向电极 内部渗人 , 形成 熔体浸 渗层 . ( 2) 熔 体 中被 预 还原 的 金 属原子 与电极表 面被 高温 活化 的石 墨碳原 子反应 , 生成 该金 属 的碳化物 合金层 . 1 . 3 表面粘渣清理 电极从高温熔 体取 出后 , 表 面上 粘 有 一 定厚 度 的熔 体膜 , 可 在 盐 浴 ( 5) 中清洗 除 去 . 熔 盐能溶解 电极表 面 的熔体 膜 , 并且 熔盐也 很少粘 附在 电极表 面 . 熔盐温 度 比熔 体处理 温度 低 3 0 一 50 ℃ , 电极本 身在 被 清洗 表 面 的 同 时也 降至 较低 温 度 , 在 低 温 下 盐 浴 对微 孔 中 的熔体影 响不大 . 从盐 浴 中取 出的 电极经少 量水冲 洗后 进入热 交换 室 ( 2) , 冷 却后送 人成品 库 . 2 基本原 理 2 . 1 漫渗层形成机理 与动力学 石 墨 电 极 为多 孔 状 固体 , 高温 熔 体 进 人 其孔 隙 中 时将 受 到 下 面 几 项 力 的作 用 ( 见 图 2) : 熔 体 的静 压力 尸 1 , 孔 内气体 压力 尸2 , 毛细压力 尸: 和粘滞阻力 几 . 它 们之 问平衡 关系 为 : 尸 , 一 尸2 + 尸3一 4P 二 O ( l)