炭素材料课件 第八章 浸渍与石墨化.ppt

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1、第八章炭素材料浸渍及石墨化工艺8.1浸渍的基本概念浸渍机理：在一定的温度和压力下，迫使液态浸渍剂浸入多孔材料的气孔中，以提高其体积密度和降低其渗透率的机理。浸渍（impregnation）的定义:用非金属物质（如油、石蜡或树脂）填充烧结件的连通开孔孔隙的方法浸渍的原因：炭素制品经焙烧后由于大量气孔的存在必然会对产品的理化性能产生一定的影响。一般说来，石墨化制品的孔度增加，其体积密度下降，电阻率上升，机械强度减少，在一定的温度下的氧化速度加快，耐腐蚀也变坏，气体和液体更容易渗透。浸渍的目的：浸渍是一种减少产品孔度，提高密度，增加抗压强度，降低成品电阻率，改变产品的理化性能

2、的工艺过程。浸渍是提高与改善炭素制品物理和化学性能的重要措施，特别是对需要高强度和高密度、低渗透的炭素制品来说，为了减少孔隙率和提高体积密度、机械强度和降低渗透率都必须经过一次或多次浸渍作业来实现。8.2.炭素制品的孔径分析经压型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙烧后，由于煤沥青在焙烧过程中一部分分解成气体逸出，另一部分焦化为沥青焦。生成沥青焦的体积远远小于煤沥青原来占有的体积，虽然在焙烧过程中稍有收缩但仍在产品内部形成许多不规则的并且孔径大小不等的微小气孔在石墨化制品的总孔度一般达25-32%，炭素制品的总孔度一般为16～25%。炭素制品中包括两种不同的气孔：1）开口

3、气孔：开口气孔是和外界大气相贯通的，其大小差别很大，一般气孔的孔径在0.01～100μm的范围内，其中孔径大于1μm的开口气孔约50%以上，0.1～1.0μm孔径的约10～25%；孔径0.01～0.1μm的约10～20%；小于0.01μm的一般在10%以下。2）闭口气孔：闭口气孔是不和外界大气相贯通的。所以浸渍对闭口气孔是不起作用的。8.3炭素制品的浸渍将焙烧出来的半成品装入铁筐内，随铁筐一起放入预热箱，在260～320℃的温度下预热并保温4h以上。预热后的产品迅速连同铁筐一起装入浸渍罐内（此前浸渍罐应预热到100℃以上）。关闭罐盖开始抽真空，真空度要求86659.3P

4、a以上，抽真空时间不少于45分钟。然后向罐内加入160～180℃的煤沥青，再加压。加压结束后抽出浸渍剂，并加水冷却制品。预热的目的：1）驱除微孔中吸附的气体。2）排除孔隙中吸附的水分。3）制品本身的温度与浸渍剂温度相匹配。8.4关于浸渍介质炭素制品浸渍介质多用煤沥青。浸渍后的沥青返回到沥青贮罐内，一般在一个月之内更换一次。沥青更换的原因：浸渍沥青在浸渍过程中，要经过加热、压缩空气搅拌等，则沥青将发生氧化缩合，轻馏分跑掉，沥青分子增大，沥青软化点增高，游离碳含量增加。这样便会使沥青浸润能力减弱，以至影响浸渍效果。●对浸渍煤沥青的技术要求煤沥青技术指标如下：1）灰分：不大于

5、0.3%。2）水分：不大于0.2%。3）挥发分：60～70%。4）软化点：55～75℃（水银法）。5）游离碳：18～25%。煤沥青软化点不符合要求时，用蒽油调节，葱油的质量指标如下：水分不大于0.5%；苯不溶物不大于0.5%；比重1.1～1.15g/cm3。8.5石墨化8.5.1石墨化的定义及其作用石墨化是把焙烧制品置于石墨化炉内保护介质中加热到高温，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠，且具有石墨结构的高温热处理过程。石墨化的目的：1）提高产品的热、电传导性。2）提高产品的耐热冲击性和化学稳定性。3）提高产品的润滑性、抗磨性。4）排除杂质，

6、提高产品强度。8.5.2石墨化工艺1）石墨化与焙烧的区别石墨化制品与焙烧制品的主要差别在于碳原子和碳原子之间的晶格在排列顺序和程度上存在着差异。焙烧品的碳原子排列属于“乱层结构”，而石墨化品属于“石墨结构”，内部微观结构不同。它们在宏观表现的理化性质也不同。从表上可以看出，焙烧品经石墨化后，电阻率降低到1/3:1/4，真密度提高约10%，导热性提高10倍，膨胀系数约降低1/2，氧化开始温度提高，杂质气化逸出，机械强度有所降低。项目焙烧品石墨化品电阻率，10-6·m40～606～12真密度，g/cm32.00～2.052.20～2.23体积密度，g/cm31.50～1

7、.601.50～1.65抗压强度，Mpa24.50～34.3015.68～29.40孔度，%20～2525～30灰分，%0.50.3热导率，W/(m·k)3.6～6.7(175～675℃)74.5(150～300℃)膨胀系数，10-6k-11.6～4.5(20～500℃)2.6(20～500℃)开始氧化温度，℃450～550600～7002）石墨化工艺过程炭素产品在石墨化过程中，按温度特性大致可分为三个阶段。（1）重复焙烧阶段室温至1300℃为重复焙烧阶段。经1300℃焙烧的产品具有一定的热电性能和耐热冲击性能。此阶段产品仅是预热，产品内