一种浸渍催化CVD热解石墨涂层的方法

本发明属于碳材料制备领域，具体涉及一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法。

背景技术：

1、热解石墨，是一种高温化学稳定性，高温耐蚀性能好，结构致密气密性好的新型碳材料。

2、现在市场上的热解石墨涂层内部结构的结晶取向度不高，性能参数上不如单晶石墨，随着设备器件的不断发展，对热解石墨的性能需求越来越高，热解石墨的应用需求向着类似于单晶石墨的高定向热解石墨发展，然而现有技术中，高定向热解石墨需要在3200～3600℃且成加压( 10 mpa) 的条件下制备，生产周期较长、生产成本较高，因而其应用受到了极大限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，采用本发明的方法可以制得具有高定向、高石墨化度的热解石墨涂层，同时采用发明的方法，可以在较低的温度下即获得高定向的热解石墨涂层。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，干燥获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化，然后再进行化学气相沉积热解石墨获得热解石墨涂层；

4、所述难熔金属盐溶液选自钨酸钠溶液、钼酸铵溶液、氯氧化锆溶液中的至少一种。

5、本发明的方法，通过将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化后，微量的难熔金属盐碳化物附着在石墨基体表面，在后续化学气相沉热解石墨时，热解石墨的结晶生长，以难熔金属碳化物为模板进行外延生长，促进热解石墨涂层的结晶，从而获得高定向的热解石墨涂层。

6、在本发明中，难熔金属盐的选择是至关重要的，只有采用本发明的难熔金属盐才能达到本发明的效果，在实际探索过程中，发明人还尝试了其他的金属盐类，如fe,co,ni等金属盐，均没有明显的催化效果。

7、优选的方案，所述石墨基体先进行打磨。通过对石墨基体进行打磨，可以提高其表面粗糙度，增加表面微孔，提高涂层与基体的结合力。

8、优选的方案，所述难熔金属盐溶液为钨酸钠溶液和/或氯氧化锆溶液。发明人发现，钨酸钠溶液与氯氧化锆溶液的浸渍催化效果更优，尤其是当采用钨酸钠溶液时，最终所得热解石墨涂层具有极高的定向度。

9、进一步优选，所述难熔金属盐溶液为钨酸钠溶液。

10、优选的方案，所述难熔金属盐溶液中，难熔金属盐的质量分数为5-15%。

11、发明人发现，难熔金属盐的浓度需要有效控制，控制在上述范围内，可以引入少量的难熔金属源，后续碳化转化为金属碳化物，以达到对化学气相沉积催化的作用，若是浓度过低，则引入的金属源不足催化效果不明显，若是浓度过高，形成的碳化物过多，其热膨胀系数与石墨基体以及热解石墨涂层都相差较大，容易导致涂层的膨胀开裂，而在本发明范围内仅形成微量的碳化物并以颗粒物的形式附着在石墨基体表面，而不是以完整的涂层覆盖在石墨基体表面，从而有效的避免了膨胀开裂。总体而言，在本发明的方案中，能够达到催化效果，需要引用的金属碳化物非常少，因此不会对石墨的本身的性能造成影响。

12、优选的方案，所述浸泡的时间为12-24h。通过将浸泡的时间控制在上述范围内，最终能够引入起到优异催化效果，且不影响石墨基体性能的金属碳化物的量。在实际操作过程中，由于采用浸泡即可，因此，对于难熔金属盐溶液的量只需能够浸没石墨基体即可。

13、优选的方案，所述热处理在保护气氛下进行，所述热处理的温度为1800-2400℃，优选为2050-2250℃，热处理的时间为0.5-1h。

14、优选的方案，所述化学气相沉积的温度为1800-2400℃，优选为1950-2150℃，化学气相沉积的时间为1-3h，压力为3-7托。发明人发现，在本发明的金属碳化物的催化下，在较低的温度下，即能够直接沉积出高定向、高石墨化度的热解石墨涂层。

15、优选的方案，所述化学气相沉积热解石墨时，以丙烷为碳源气体，氩气为载气，碳源气体与载气的体积比为1：1-4。

16、在本发明中，在经金属碳化物的催化下，化学气相沉积过程中，以丙烷为碳源气体，氩气为载气时，不仅碳收率高，而且可以获得取向性更高的热解石墨。

17、在实际操作过程中，热处理与化学气相沉积可以采用不同的设备来完成，也可以采用同一设备，先后完成。

18、优选的方案，将预处理石墨于2050-2250℃进行热处理0.5-1h，然后降温50-100℃，随后通入碳源气体，进行化学气相沉积热解石墨。

19、在本发明中，用石墨化度，用来描述热解石墨多晶体内晶粒（002）面沿沉积面排列分布的情况，石墨化度是表示多晶石墨中微晶沿c轴取向性（择优取向）程度的指标，石墨化度越高，定向度越高，则多晶体越接近单晶。

20、优选的方案，所述热解石墨涂层的厚度为30-70μm。通过化学气相沉积将热解石墨涂层的厚度控制在上述范围内，性能最优，若是涂层过薄性能较差，涂层过厚容易起皮脱落。

21、原理与优势

22、本发明的方法，通过将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化后，微量的难熔金属盐碳化物附着在石墨基体表面，在后续化学气相沉热解石墨时，热解石墨的结晶生长，以难熔金属碳化物为模板进行外延生长，促进热解石墨涂层的结晶，从而获得高定向的热解石墨涂层。

23、本发明的工艺简单，成本低，适合进行工业化生产。

技术特征：

1.一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，干燥获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化，然后再进行化学气相沉积热解石墨获得热解石墨涂层；

2.根据权利要求1所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述难熔金属盐溶液为钨酸钠溶液和/或氯氧化锆溶液。

3.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述石墨基体先进行打磨。

4.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述难熔金属盐溶液中，难熔金属盐的质量分数为5-15%。

5.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述浸泡的时间为12-24h。

6.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述热处理在保护气氛下进行，所述热处理的温度为1800-2400℃，热处理的时间为0.5-1h。

7.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述化学气相沉积的温度为1800-2400℃，化学气相沉积的时间为1-3h，压力为3-7托。

8.根据权利要求7所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述化学气相沉积热解石墨时，以丙烷为碳源气体，氩气为载气，碳源气体与载气的体积比为1：1-4。

9.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：将预处理石墨于2050-2250℃进行热处理0.5-1h，然后降温50-100℃，随后通入碳源气体，进行化学气相沉积热解石墨。

10.根据权利要求1或2所述的一种浸渍催化cvd热解石墨涂层的方法，其特征在于：所述热解石墨涂层的厚度为30-70μm。

技术总结本发明公开了一种浸渍催化CVD热解石墨涂层的方法，将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，干燥获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化，然后再进行化学气相沉积热解石墨获得热解石墨涂层；所述难熔金属盐溶液选自钨酸钠溶液、钼酸铵溶液、氯氧化锆溶液中的至少一种，本发明的方法，通过将石墨基体置于难熔金属盐溶液中进行浸泡，获得预处理石墨，将预处理石墨进行热处理使得难熔金属盐碳化后，微量的难熔金属盐碳化物附着在石墨基体表面，在后续化学气相沉热解石墨时，热解石墨的结晶生长，以难熔金属碳化物为模板进行外延生长，促进热解石墨涂层的结晶，从而获得高定向的热解石墨涂层。技术研发人员：孙威,陶贤成,熊翔受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29