專利名稱：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性增強(qiáng)的流體可滲透的柔性石墨件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由在橫向方向流體可滲透且在導(dǎo)電和導(dǎo)熱性方面有增強(qiáng)的各向同性的柔性石墨片形成的石墨件。
背景技術(shù)：
石墨是由碳原子的六邊形陣列或網(wǎng)狀的層狀平面構(gòu)成。這些六邊形布置的碳原子層狀平面基本上是平的，并被取向或排序成大體彼此平行且等距。大體平坦、平行等距的碳原子片或?qū)舆B接或鍵合在一起，這些碳原子層或片通常稱為基面，它們的組以晶粒布置。高度有序的石墨包括很大尺寸的晶粒這些晶粒彼此高度地對(duì)準(zhǔn)或取向，并有排序良好的碳層。換言之，高度有序的石墨具有很高程度的優(yōu)選晶粒取向性。應(yīng)注意到，石墨具有異向性結(jié)構(gòu)，于是，石墨表現(xiàn)出或具有許多指向比如，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性以及流體擴(kuò)散性的特性。簡(jiǎn)言之，石墨的特征是碳的層狀結(jié)構(gòu)，也即該結(jié)構(gòu)包括由弱的范德華力結(jié)合在一起的疊置碳原子層或疊層。在考慮石墨結(jié)構(gòu)時(shí)，通常注意到兩個(gè)軸線或方向，即“c”軸線或方向，以及“a”軸線或方向。為了簡(jiǎn)化目的，可認(rèn)為“c”軸線或方向與碳層垂直。認(rèn)為“a”軸線或方向與碳層平行或者該方向與“c”方向垂直。適合于制造柔性石墨的天然石墨具有非常強(qiáng)的取向性。
如上所述，把碳原子的平行層保持在一起的鍵合力僅是弱的范德華力?？梢约庸ぬ烊皇允汞B置的碳層或疊層之間的間隔合理地張開(kāi)，從而在垂直于層的方向也即在“c”方向上提供顯著的膨脹，于是形成膨脹的或擴(kuò)大的石墨結(jié)構(gòu)，其中基本保持了碳層的成層特點(diǎn)。
可以不使用粘結(jié)劑，將已被大大地?cái)U(kuò)張而且專門擴(kuò)張的、以使其最后厚度或“c”向尺寸至少是原始“c”向尺寸的80倍或更多的天然石墨粉形成粘聚或整體柔性的擴(kuò)張的石墨片，例如網(wǎng)、紙、條帶、帶等。用壓制而不用任何粘結(jié)材料，認(rèn)為能將已被擴(kuò)張成其最后厚度或“c”向尺寸至少是原始“c”向尺寸的80倍的石墨粒形成整體柔性片，因?yàn)槠溆袠O佳的機(jī)械互鎖性，或在體積擴(kuò)張的石墨粒之間達(dá)到的粘結(jié)性。
除了柔性，如上所述，已發(fā)現(xiàn)，與天然石墨投產(chǎn)材料相比，由于非常強(qiáng)的壓制，如滾壓，將擴(kuò)張的石墨粒的取向基本與片狀材料的相對(duì)面平行，片狀材料在導(dǎo)電和導(dǎo)熱性以及流體擴(kuò)散性方面具有強(qiáng)的各向異性。這樣制造的片狀材料具有極佳的柔性，良好的強(qiáng)度以及非常強(qiáng)的取向性。
簡(jiǎn)言之，制造柔性、沒(méi)有粘結(jié)劑各向異性的石墨片材料如網(wǎng)、條帶、帶、箔、柵網(wǎng)等的方法包括，在預(yù)定載荷下不用粘結(jié)劑，將“c”向尺寸至少是原始顆粒的80倍的擴(kuò)張的石墨粒壓制或壓實(shí)，形成基本上平坦、柔性整體的石墨片。通常外觀為螺旋或蠕蟲(chóng)狀的膨脹的石墨粒，一旦被壓制，就會(huì)保持壓縮狀態(tài)并與石墨片的相對(duì)主表面對(duì)準(zhǔn)?？捎每刂茐嚎s的程度來(lái)改變片材料的密度和厚度。片材料的密度可在5磅/每立方英尺至125磅/每立方英尺的范圍內(nèi)。由于石墨粒平行于片材料的主要相對(duì)的、平行表面，柔性石墨片材料具有明顯程度的各向異性，以在片材料滾壓以增加密度時(shí)各向異性增加的程度。在滾壓的各向異性片材料中，厚度，即與相對(duì)的平行片表面垂直的方向，包括“c”方向和沿著長(zhǎng)度和寬度排列的方向，即沿或平行于相對(duì)的主表面，包括“a”方向及對(duì)于“c”和“a”方向來(lái)說(shuō)，片材料的熱學(xué)、電學(xué)和流體擴(kuò)散特性有數(shù)量級(jí)的不同。
這種特性上的非常大的差異，即取決于方向的各向異性，在一些應(yīng)用中是不利的。例如，在密封墊的應(yīng)用中，其中把把柔性石墨片用作密封墊材料，在使用中被緊緊地夾持在金屬表面之間，比如氣體或液體的流體就更容易地在柔性石墨片的主表面之間和平行于它們發(fā)生擴(kuò)散。在多數(shù)情形下，如果增加對(duì)與石墨片(“a”方向)的主面平行流動(dòng)的阻力，即使是在降低與石墨片(“c”方向)主表面橫切流體擴(kuò)散的阻力的代價(jià)下，也會(huì)提供改善的密封墊性能。相對(duì)于電學(xué)性能來(lái)說(shuō)，各向異性的柔性石墨片的電阻率在和柔性石墨片的主表面(“c”方向)橫切的方向上是大的，而在與柔性石墨片的主面(“a”方向)——平行和其之間的方向上是比較小的。在燃料電池的流體流動(dòng)場(chǎng)板和燃料電池的封接的應(yīng)用中，如果降低與柔性石墨片的主表面(“c”方向)橫切的電阻，即使是在增加與柔性石墨片的主面(“a”方向)平行的方向上的電阻率的代價(jià)下，也是有利的。
相對(duì)于導(dǎo)熱特性來(lái)說(shuō)，柔性石墨片在與柔性石墨片的上下表面平行的方向上的導(dǎo)熱性非常高，而在與上下表面橫切的“c”方向上相對(duì)地低。
本發(fā)明提供了上述情形。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供的石墨件包括一片狀形式的膨脹的石墨粒的壓縮物質(zhì)，其有平行且相對(duì)的第一表面和第二表面。上述片有許多從其平行且相對(duì)的第一表面和第二表面之間穿過(guò)的橫向流體槽，該槽由機(jī)械地沖擊上述片的一個(gè)表面使石墨在片內(nèi)的多個(gè)預(yù)定位置處移動(dòng)而形成，為這些槽設(shè)置有位于第一和第二平行相對(duì)表面上的開(kāi)口。在一優(yōu)選實(shí)施例中，在平行相對(duì)表面之一上的槽開(kāi)口比其在另一相對(duì)表面上相應(yīng)開(kāi)口小，從而與有較小槽開(kāi)口的相對(duì)表面接觸的受壓流體，以比流體離開(kāi)相應(yīng)槽時(shí)的速度大的初始速度，即氣體離開(kāi)速度被降低，進(jìn)入相應(yīng)槽中。本發(fā)明的石墨件用作下述的電化學(xué)燃料電池中的流體可滲透的電極是非常有用的。
還提供了一種用于電化學(xué)燃料電池的膜式電極組件，其包括一對(duì)電極和一定位在電極之間的離子交換膜，至少一個(gè)電極是由一片膨脹的石墨件壓縮物質(zhì)形成，該膨脹的石墨件有許多流體從上述片的第一和第二相對(duì)表面之間穿過(guò)該片的橫向流體槽，其中相對(duì)的表面之一與所述交換膜貼緊靠，所述橫向流體槽是通過(guò)沖擊所述片的一相對(duì)表面以把石墨在片內(nèi)移至預(yù)定位置而形成。


圖1是一根據(jù)本發(fā)明的有橫向槽的柔性石墨橫向可滲透片的平面圖；圖1(A)示出用于在圖1的多孔片中制作槽路的端部平坦凸起元素；圖2是圖1所示片的剖面?zhèn)纫晥D；圖2(A)、(B)、(C)是用于根據(jù)本發(fā)明的橫向槽的各種適合的端部平坦構(gòu)形；圖3，3(A)示出制作圖1的石墨件的機(jī)理；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的柔性石墨片材料的已取向成膨脹的石墨件輪廓的放大的側(cè)視圖；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的柔性石墨片制成的石墨件輪廓的放大的側(cè)視圖；圖5，6，7和7(A)示出一種流體可滲透的電極組件，其包括一根據(jù)本發(fā)明的橫向可滲透的石墨件；以及圖8是與圖5的側(cè)視圖相應(yīng)部分的放大100X(原始放大)的照片。
具體實(shí)施例方式
石墨是一種碳結(jié)晶形式，其包括用平面之間的弱的鍵合力被共價(jià)地鍵合在平坦的成層平面內(nèi)的原子。用如硫酸和硝酸溶液的插層處理石墨顆粒，如天然石墨屑，使石墨晶狀結(jié)構(gòu)反應(yīng)形成石墨和插層的化合物。該處理的石墨顆粒下文稱為“夾插石墨顆?！?。在將夾插石墨顆粒暴露于高溫下后，其尺寸以Z字形沿“c”向，即沿與石墨結(jié)晶平面垂直的方向，比其原始體積膨脹大80倍或更多。脫落的石墨顆粒外觀上是蠕蟲(chóng)狀，因此一般稱為蠕蟲(chóng)?？砂讶湎x(chóng)壓縮在一起成為柔性片，它們，不像原始石墨屑，可被形成和切割成各種形狀，并用變形機(jī)械沖擊法設(shè)置有小的橫向開(kāi)口。
Shane等人的美國(guó)專利3,404,061描述了一種常見(jiàn)的制造石墨片的方法，如用柔性石墨制成箔片，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。在Shane等人的方法典型實(shí)踐中，通過(guò)把屑體分散在含氧化劑的溶液中，如硝酸和硫酸的混合物中，夾插天然石墨屑。插層溶液含有公知的氧化和其它夾插劑。例子包括那些含氧化劑和氧化混合物的例子，比如含硝酸、氯酸鉀、鉻酸、高錳酸鉀、鉻酸鉀、重鉻酸鉀、高氯酸等或其混合物的溶液，諸如濃縮的硝酸和氯酸鹽、鉻酸和磷酸、硫酸和硝酸、或者強(qiáng)有機(jī)酸的混合物，如三氟乙酸，以及可溶于有機(jī)酸的強(qiáng)氧化劑。
在優(yōu)選實(shí)施例中，夾插劑一種為硫酸或硫酸和磷酸和氧化劑混合物溶液，其中氧化劑為硝酸、高氯酸、鉻酸、高錳酸鉀、過(guò)氧化氫、碘酸或高碘酸等。盡管不是最優(yōu)選的，夾插溶液可含有金屬鹵化物，如氯化鐵，以及與硫酸混合的氯化鐵，或者鹵素，如作為溴和硫酸溶液的溴或者有機(jī)溶劑中的溴。
在把屑體夾插后，把屑體中的過(guò)量溶液放掉，再用水洗屑體。在泄放后保持在屑體上的夾插溶液的量按石墨屑(pph)的每100分重量計(jì)為20至150分的溶液，一般為50至120pph?？蛇x地，可把夾插溶液的量限制在按重量計(jì)(pph)為石墨百分的10至50分，這使得洗滌步驟可被免去，如在結(jié)合于此作為參考的美國(guó)專利4,895,713中所述的。如此處理的石墨顆粒有時(shí)也稱為“夾插石墨顆粒”。在將夾插石墨顆粒暴露于高溫下后，如700℃至1000℃，或更高，其尺寸以Z字形沿“c”向，即沿與組成石墨顆粒的結(jié)晶平面垂直的方向，比其原始體積膨脹大80倍至1000倍或更多。膨脹的石墨顆粒，即脫落的石墨顆粒在外觀上為蠕蟲(chóng)狀，因此一般稱為蠕蟲(chóng)。把蠕蟲(chóng)壓縮成與原始石墨屑不同的柔性片，然后再被形成和切割成各種形狀，并用下述變形機(jī)械沖擊法設(shè)置小的橫向開(kāi)口。
柔性石墨片和箔片粘在一起，具有好的處理強(qiáng)度，適合于用滾壓方法壓縮成其厚度為0.003-0.15英寸，密度為0.1-1.5克/cm3。可把重量百分比為1.5％-30％的陶瓷添加劑與夾插石墨屑混合，如美國(guó)專利5,902,762(其結(jié)合于此作為參考)所述，以提供在最終柔性石墨產(chǎn)品中增強(qiáng)的樹(shù)脂注入性。添加劑包括長(zhǎng)度為0.15毫米至1.5毫米的陶瓷纖維顆粒。纖維的寬度適合地為0.04-0.004毫米。陶瓷纖維顆粒不和石墨反應(yīng)也不相粘，并在高至2000°F的溫度下，最好是2500°F是穩(wěn)定的。合適的陶瓷纖維顆粒由浸軟的石英玻璃纖維、碳和石墨纖維、氧化鋯、氮化硼、碳化硅和鎂纖維、自然產(chǎn)生的礦物纖維，如偏硅酸鈣纖維、硅酸鋁 纖維、氧化鋁纖維等形成。
參照附圖1和2，用標(biāo)號(hào)10示出柔性石墨片形式的膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)。柔性石墨片10設(shè)置有槽路20，它們最好側(cè)面是光滑的，如在圖5和8中67所示。其從柔性石墨片10的平行相對(duì)表面30、40之間穿過(guò)。槽路20最好在其表面30上的開(kāi)口60比其另一表面40中的開(kāi)口60大。槽路20具有不同的構(gòu)形，如在圖2(A)、2(B)和2(C)中20′-20″″所示，它們是用圖1(A)、2(A)、2(B)、2(C)中75，175，275，375所示的、不同形狀的端部平坦凸起元素形成，合適地由金屬如鋼形成，并與圖3所示的從沖擊裝置的壓輥70延伸并成為一體。輥?zhàn)?0的、用77、177、277、377所示的凸起元素的光滑平坦端和光滑支撐表面73，以及輥?zhàn)?2(或可選地為平坦金屬板79)的光滑支撐表面78，確保石墨在柔性石墨片內(nèi)的變形和完全位移，即不會(huì)由于形成槽路的沖擊產(chǎn)生粗糙邊緣。優(yōu)選的凸起元素在離開(kāi)壓輥70的方向上減小了剖面，在起初被沖擊的片的側(cè)面上提供了較大的槽路開(kāi)口。環(huán)繞槽路開(kāi)口60的光滑的沒(méi)有阻礙的表面63的擴(kuò)展，使流體自由地流入和流過(guò)光滑側(cè)面(67處)槽路20。在優(yōu)選實(shí)施例中，相對(duì)表面之一的開(kāi)口大于另一相對(duì)表面中的槽路開(kāi)口，如在面積上大至1——200倍，這是由于使用有覆蓋側(cè)面的凸起元素引起的，如在76、276、376所示的。用圖3所示的包括一對(duì)鋼輥70、72的機(jī)構(gòu)，機(jī)械沖擊片10中的預(yù)定位置，把槽路20在多個(gè)預(yù)定位置形成于柔性石墨片10中，其中輥?zhàn)又坏慕仡^即平坦端部棱鏡形狀凸起75，沖擊柔性石墨片10的表面移動(dòng)石墨，穿透片10以形成開(kāi)口槽路20。實(shí)際上，兩輥?zhàn)?0、72都設(shè)置有不對(duì)準(zhǔn)的凸起，79所示的平坦金屬板可用來(lái)代替表面光滑輥?zhàn)?2。圖4是柔性石墨片110的放大的視圖，其示出受壓縮的、大體與相對(duì)表面130、140平行的膨脹石墨顆粒80的典型的現(xiàn)有技術(shù)取向。膨脹的石墨顆粒80的該種取向?qū)е氯嵝允母飨虍愋蕴匦?，即片沿與相對(duì)表面130、140橫切的方向(“c”向)上的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性，比與相對(duì)表面130、140平行的方向(“a“向)上的小。在把柔性石墨片10沖擊形成槽路20時(shí)，如圖3所示，平坦端部(77處)凸起75使石墨在柔性石墨片10內(nèi)位移，以使石墨在行進(jìn)時(shí)移至一側(cè)，并抵在輥?zhàn)?0的光滑表面73上，如在圖5的800處所示，把膨脹石墨顆粒80的平行取向中斷和變形。與槽路20相鄰的800區(qū)域示出平行取向中斷成傾斜、不平行的取向，這是用100X或更大的倍數(shù)光學(xué)地觀察到的。實(shí)際上，位移的石墨是由輥?zhàn)?0的相鄰?fù)蛊?5和光滑表面73的側(cè)面76“模壓”而成，如圖5所示。這降低了柔性石墨片10的各向異性，增加了沿與相對(duì)表面30、40橫切的方向上的片10的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性。用截頭錐體和平行側(cè)面釘狀平坦端部凸起275和175能得到類似效果?？砂褕D1的多孔透氣柔性石墨片10用作圖6、7和7(A)所示的電化學(xué)燃料電池500的電極。
圖6、圖7和圖7(A)示意地示出電化學(xué)燃料電池的基本元件，結(jié)合于此作為參考的美國(guó)專利4,988,583和5,300,370以及PCT WO95/16287(1995年6月15日)公開(kāi)了它們的細(xì)節(jié)。
參照附圖6、7和7(A)，一般以500標(biāo)示的燃料電池包括塑料形式的電解液，如涂覆在涂有鉑600的表面601、603上的固體聚合物離子交換膜550催化劑，如圖7(A)所示；根據(jù)本發(fā)明的多孔柔性石墨片電極10；以及分別貼靠電極10的流動(dòng)場(chǎng)板1000、1100。加壓燃料循環(huán)經(jīng)過(guò)燃料流動(dòng)場(chǎng)板1100的凹槽1400，加壓氧化劑循環(huán)過(guò)凹槽1200。在操作中，燃料流動(dòng)場(chǎng)板1100變成陽(yáng)極，氧化劑流動(dòng)場(chǎng)板1000變成陰極，結(jié)果在燃料流動(dòng)場(chǎng)板1000和氧化劑流動(dòng)場(chǎng)板1100之間產(chǎn)生電勢(shì)，即電壓。上述電化學(xué)燃料電池與燃料電池疊堆中的其它電池結(jié)合可以提供所需的的電功率水平，如在美國(guó)專利5,300,370中所述。
燃料電池500的操作需要電極10可以透過(guò)燃料和氧化劑流體，如氫和氧，以使這些組分從凹槽1400、1200穿過(guò)電極10，和催化劑600接觸，如圖7(A)所示，并使從.氫衍生出的質(zhì)子遷移過(guò)離子交換膜550。在本發(fā)明的電極10中，把槽路20定位成相鄰地覆蓋流動(dòng)場(chǎng)板的凹槽1400、1200，以使凹槽的加壓氣體穿過(guò)槽路20的較小開(kāi)口60，離開(kāi)槽路20的較大開(kāi)口50。氣體在較小開(kāi)口60的起始速度比在較大開(kāi)口50處的氣體流動(dòng)的大，使得氣體接觸催化劑600時(shí)減慢，氣體-催化劑接觸駐留時(shí)間增加，氣體在膜550處的暴露面積最大化。這個(gè)特點(diǎn)以及與本發(fā)明的增加的柔性石墨電極的導(dǎo)電性使燃料電池工作更有效。
圖8是與圖5的部分輪廓相應(yīng)的柔性石墨體的圖片(原始放大倍數(shù)100X)。
與和圖4的現(xiàn)有技術(shù)材料的表面130、140橫切的方向上的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性相比，圖1和5的石墨件和圖8中圖片(100X)的材料，在與相對(duì)平行平面的表面30、40平行的方向上，具有增加的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，在該材料中，不可光學(xué)地檢測(cè)到?jīng)]有與相對(duì)平面表面對(duì)準(zhǔn)的膨脹的天然石墨顆粒。
如圖4所示，用與圖3類似的裝置，機(jī)械地沖擊成密度為0.3克/立方厘米、厚度為0.01英寸的柔性石墨片樣品，以在柔性石墨片中提供不同尺寸的槽路。已測(cè)量了片材料的橫向(“c”向)電阻，其結(jié)果示于下表。
根據(jù)本發(fā)明，用透氣測(cè)量裝置Gurley Model 4118，也測(cè)量了帶槽柔性石墨片樣片的橫向透氣性。
把根據(jù)本發(fā)明的帶槽柔性石墨片的樣品放置在豎向缸體(剖面直徑為3英寸)的底部開(kāi)口(直徑為3/8英寸)中。缸體中充填有300立方厘米空氣，將加重活塞(5盎司)設(shè)定在缸體的頂部適當(dāng)位置。流過(guò)帶槽樣品的氣體速率作為活塞下降時(shí)間的函數(shù)來(lái)測(cè)量，結(jié)果示于下表。
柔性石墨片(厚度為0.01英寸；密度為0.3克/立方厘米)

在本發(fā)明中，對(duì)于厚度為0.003英寸至0.15英寸、與槽路相鄰、密度為0.5至1.5克/立方厘米的柔性石墨片，優(yōu)選的槽路的密度為1000至3000槽每平方英寸，優(yōu)選的槽路的尺寸為大的槽路開(kāi)口面積與較小的比值為50∶1至150∶1的槽路。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，有時(shí)可用樹(shù)脂有利地處理柔性石墨片，在硬化后，該吸收的樹(shù)脂增加了抗潮性和處理強(qiáng)度，即柔性石墨片的剛度。合適的樹(shù)脂含量為20-30％的重量比，合適地大至60％的重量比。
本發(fā)明的石墨件可被用作計(jì)算機(jī)應(yīng)用中集成電路的電和熱耦合元件，如作為電接觸墊以及除冰設(shè)備中的電激柵極。
上述說(shuō)明意在使普通技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明。并沒(méi)有詳細(xì)舉出普通技術(shù)人員在閱讀說(shuō)明書后顯而易見(jiàn)的各種可能的變型和改型。但是，認(rèn)為所有此種改型和變型都包括在由后附權(quán)利要求限定的發(fā)明范圍內(nèi)。權(quán)利要求是用于覆蓋所指明的元件以及有效地滿足本發(fā)明的目的的布置或序列中的步驟，除非本文特別地指出與此相反。
權(quán)利要求
1.一種流體可滲透的石墨件，其包括一第一、第二表面平行相對(duì)的片式膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)，所述片有許多在所述第一、第二平行相對(duì)表面之間穿過(guò)所述片的橫向流體槽，通過(guò)在多個(gè)位置機(jī)械地沖擊至少所述片的第一、第二表面之一而形成所述槽路，以在所述位置上使石墨在所述片內(nèi)位移，從而在所述兩第一、第二平行相對(duì)的表面上提供有開(kāi)口的槽。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中所述膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)的特點(diǎn)是，與所述槽路相鄰的膨脹石墨顆粒相對(duì)于所述平行相對(duì)表面斜向地延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中在所述片的所述第二表面上的槽路開(kāi)口被一光滑石墨表面環(huán)繞。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口大。
5.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口在面積上比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口的大50至150倍。
6.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中在所述片中每平方英寸有1000至3000個(gè)槽路。
7.如權(quán)利要求1所述的石墨件，其中所述石墨片與所述槽路相鄰處的厚度為0.003英寸至0.015英寸，密度為0.5至1.5克/立方厘米。
8.一種流體可滲透的石墨電極，其包括一第一、第二表面平行相對(duì)的片式膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)，所述片有許多在所述第一、第二平行相對(duì)表面之間穿過(guò)所述片的橫向流體槽路，通過(guò)在多個(gè)位置機(jī)械地沖擊至少所述片的第一、第二表面之一而形成所述槽路，以在所述位置上使石墨在所述片內(nèi)位移，從而在所述兩第一、第二平行相對(duì)的表面上提供有開(kāi)口的槽路。
9.如權(quán)利要求8所述的電極，其中所述膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)的特點(diǎn)是，與所述槽路相鄰的膨脹石墨顆粒相對(duì)于所述平行相對(duì)表面斜向地延伸。
10.如權(quán)利要求8所述的電極，其中在所述片的所述第二表面上的槽路開(kāi)口被一光滑石墨表面環(huán)繞。
11.如權(quán)利要求8所述的電極，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口大。
12.如權(quán)利要求8所述的電極，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口在面積上比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口的大50至150倍。
13.如權(quán)利要求8所述的電極，其中在所述片中每平方英寸有1000至3000個(gè)槽路。
14.如權(quán)利要求8所述的電極，其中所述石墨片與所述槽路相鄰處的厚度為0.003英寸至0.015英寸，密度為0.5至1.5克/立方厘米。
15.一種制造流體可滲透的石墨件的方法，其包括的步驟有(1)提供一第一、第二表面平行相對(duì)的片式膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)；以及(2)在多個(gè)預(yù)定位置上，用從穿入所述片并與直接位于其下的光滑支撐表面接觸的擠壓部件上向外延伸的平坦端部凸起，機(jī)械地沖擊所述片的至少所述第一表面和第二表面之一，以便通過(guò)在所述片內(nèi)位移石墨并在所述第一表面和第二表面上形成槽路開(kāi)口而形成許多從所述第一表面至所述第二表面穿過(guò)所述片的槽路。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述平坦端部凸起隨著它們從擠壓部件向外延伸，其橫剖面減小，以在所述第一表面上提供大的槽路開(kāi)口。
17.一種膜式電極組件，其包括一對(duì)電極和一定位在所述電極之間的離子交換膜，至少所述電極之一由膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)片形成，所述片有許多在所述片的第一和第二平行相對(duì)表面之間穿過(guò)所述片的橫向流體槽，所述相對(duì)表面之一與所述離子交換膜貼靠。
18.如權(quán)利要求17所述的組件，其中機(jī)械地沖擊所述片的一相對(duì)表面以在多個(gè)預(yù)定位置上在所述片內(nèi)位移所述石墨來(lái)形成所述橫向流體槽。
19.如權(quán)利要求17所述的組件，其中所述膨脹石墨顆粒的受壓物質(zhì)的特點(diǎn)是，與所述槽路相鄰的膨脹石墨顆粒相對(duì)于所述平行相對(duì)表面斜向地延伸。
20.如權(quán)利要求17所述的組件，其中在所述片的所述第二表面上的槽路開(kāi)口被一光滑石墨表面環(huán)繞。
21.如權(quán)利要求20所述的組件，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口大。
22.如權(quán)利要求21所述的組件，其中在所述第一表面上的槽路開(kāi)口在面積上比在所述第二表面上的槽路開(kāi)口的大50至150倍。
23.如權(quán)利要求17所述的組件，其中所述片中每平方英寸有1000至3000個(gè)槽路。
24.如權(quán)利要求17所述的組件，其中所述石墨片與所述槽路相鄰處的厚度為0.003英寸至0.015英寸，密度為0.5至1.5克/立方厘米。
全文摘要
多孔柔性石墨片形式的流體可滲透的石墨件，具有與片表面橫切的方向上的增強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。
文檔編號(hào)C04B35/536GK1418384SQ01806563
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月24日
發(fā)明者R·A·梅庫(kù)里, T·W·韋伯, M·L·瓦德里普 申請(qǐng)人:格拉弗技術(shù)公司