炭和石墨制品的焙燒與石墨化
(1)焙燒除瀝青焦及鑄造焦、冶金焦、針狀焦以外,其他炭素原料(石油焦、無煙煤等)都要經過1250~13500℃焙燒,以降低原料的揮發分(<0.5%),提高其密度和強度,減少制品的收縮,提高其導電性能(以粉末比電阻表示),除掉原料中的水分(<0.3%),減少氧、氮、硫雜原子,以利于石墨化。
(2)石墨化焙燒后的炭素制品,碳原子主要是兩維有序排列,沒有達到三維有序排列的程度,仍為所謂亂層結構,要使其變為石墨,應使其晶粒的直徑La長大到0.1μm以上,這只有使碳原子作進一步的規則排列才能達到。因此,通過2200~3000℃的高溫處理,使亂層結構的碳由二維有序排列轉變為三維有序排列,就叫作石墨化。
石墨化的目的和作用在于:
1)提高材料導電性和導熱性。產品經過石墨化后其比電阻顯著降低,依原材料石墨化難易的不同和石墨化溫度的高低,降低幅度在5:1以內;導熱性也有顯著提高。
2)提高材料的熱的和化學的穩定性,如抗氧化性、抗腐蝕性、降低熱膨脹系數等。
3)排除雜質,提高純度。在石墨化溫度(2200~2300℃)下,材料中所含雜質大部分氣化而逸出。一般的石墨化可降低灰分70%,通氯石墨化可將絕大部分灰分驅除,得到高純石墨。
4)提高材料的抗磨性能。亂層結構的碳轉化為石墨后就具有潤滑性,其抗磨性能顯著提高。
5)降低硬度,便于作精密的機械加工。但是,石墨化也帶來某些副作用,主要是材料的機械強度降低,氣孔率增加。
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