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1、18材料开发与应用2008年4月文章编号:10031545(2008)02001804无粘结剂天然鳞片石墨电极的结构与力学性能蔡世军,高荣杰,王菁(中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东青岛266100)摘要:以天然鳞片石墨为原料采用无粘结剂冷压成型方式制备得到了天然鳞片石墨块状样品,研究了经预压块状样品在等静压后的结构特征以及鳞片石墨取向对力学性能的影响。结果表明,预压块状样品等静压后,在不同方向收缩率发生了变化,在Z轴约为10%~11%,在X、Y轴约为7%~8%。等静压后与等静压前
2、相比,样品变得更加密实,抗折强度提高。天然鳞片石墨在块状样品中的取向是随着径向位置而变化的,块状样品的抗折强度与成型时鳞片石墨的取向有关。文章中还对天然鳞片石墨块状样品的微观结构和抗折强度之间的关系。进行了定性分析。关键词:天然鳞片石墨;等静压;抗折强度;取向中图分类号:TM201.4文献标识码:A石墨材料具有耐高温,抗热震性好,导热和导电等优良性能,已被广泛用作高温材料与功能材1试验方法料。而在实际应用中,石墨材料由于脆性差、易断裂等缺陷限制了它的使用。在含有天然鳞片状石试验用天然鳞片石墨(青岛石墨股份有限公司,南墅石墨矿F2天然鳞片石墨,
3、固定炭含量大墨的石墨材料中,鳞片状石墨的含量大大地影响[1~2]于98%,粒度6m,水分不大于0.50%,灰分不了其力学性能。因而,研究天然鳞片石墨材大于1.4%)为原料,采用天津科器高新技术公司料,了解它的力学性能与破坏机理以及两者之间769YP24B手动粉末压片机在室温下将样品在的内在联系,对提高石墨材料的质量有重要的指16MPa下进行钢模压制成40mm10mm的小导意义。块状样品;用天津市锻压、机床厂生产的YT132众所周知,石墨电极的性质随其在电极中的630压力实验机在200MPa压力下预压成型为径向位置而变化,即沿着与挤压方向垂直的方向
4、200mm60mm大块状样品,其厚度由装料量和[3]变化。因此,石墨电极中颗粒的取向也随着径压制压力决定,再用LDJ1001320-300冷等静压向位置而变化。目前,有关石墨材料中晶粒取向机在压力为220MPa下保压3min压制成大样与力学性能关系的研究,已有许多文献报道,基本品。为研究结构和性能随径向位置的变化关系,[4~8]上都是采用X射线衍射和图像仪的方法。在大块状样品上沿不同的取向分别平行选取3个[9]与前两种方法相比,刘明非等人利用SEM研小样品进行力学性能的测定。究了以针状焦为原料生产的石墨电极。而本文将抗折强度在CCS44100型力学万
5、能试验机上利用SEM研究以天然鳞片石墨为原料生产的石采用3点弯曲法对样品进行测试。为了保证测定墨电极的微观结构以及天然鳞片石墨取向对力学结果的准确性,测定条件中压头的运行速率取1性能的影响。mm/min(相对较慢的运行速率)。用XL30型扫描电镜观察破碎后样品的表面形貌和断面形貌。收稿日期:20071112基金项目:青岛市科技计划项目(031GX1)资助。第一作者简介:蔡世军,男,1980年生,硕士研究生,主要从事天然石墨电极制备技术研究与开发。通信作者:高荣杰,男,1968年生,博士,副教授。Email:dmh206@126.com第23卷
6、第2期蔡世军等:无粘结剂天然鳞片石墨电极的结构与力学性能19宽比,形状不规则,因此这些不同向的颗粒在受到2结果与讨论压力作用时,作为骨料的鳞片石墨趋于以它们的[10]2.1天然鳞片石墨块状样品的结构特征长轴平行于压力方向排列。在等静压之后,当压力方向沿Z轴垂直于XY平面时,块状块状样品变得更加密实,内部的鳞片颗粒容易引样品取向如图1所示。鳞片石墨在大块状样品中起变形和开裂,取向性变得不明显,如图2b)所示。的取向是随着径向而变化的,样品表面鳞片石墨的取向无规则性,而越接近样品中央部分鳞片石墨的取向越趋于与压制的方向平行,如图
7、2所示。在预压制成型过程中,由于鳞片石墨外侧被钢模包围,径向流动受到约束,产生了垂直于压制方向的侧压力。侧压力的出现,使外层鳞片石墨与模壁之间产生摩擦力,因此在压制方向存在明显的压力降。从而靠近冲头部分压力大,使鳞片石墨容易发生变形或破碎,呈现出无规则性。同样,鳞片石墨在压制的过程中,可以在一定的程度上看作是自由移动的固体颗粒,这些颗粒在压制时会图1块状样品取向图发生重排。由于鳞片石墨一般呈现不等的颗粒长图2大样品断面的取向图而在大块状样品的任意角上,鳞片石墨的取小,异向度越大,样品的内外结构越趋于一致,在向趋于与压制的方向成45!角,如图3所示
8、。这是等静压之后,样品的结构与等静压前趋于一致,但由于在预压成型时,靠近模内壁的
