炭素材料課件 第八章 浸漬與石墨化.ppt

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1、第八章炭素材料浸漬及石墨化工藝8.1浸漬的基本概念浸漬機理：在一定的溫度和壓力下，迫使液態(tài)浸漬劑浸入多孔材料的氣孔中，以提高其體積密度和降低其滲透率的機理。浸漬（impregnation）的定義:用非金屬物質(zhì)（如油、石蠟或樹脂）填充燒結(jié)件的連通開孔孔隙的方法浸漬的原因：炭素制品經(jīng)焙燒后由于大量氣孔的存在必然會對產(chǎn)品的理化性能產(chǎn)生一定的影響。一般說來，石墨化制品的孔度增加，其體積密度下降，電阻率上升，機械強度減少，在一定的溫度下的氧化速度加快，耐腐蝕也變壞，氣體和液體更容易滲透。浸漬的目的：浸漬是一種減少產(chǎn)品孔度，提高密度，增加抗壓強度，降低成品電阻率，改變產(chǎn)品的理化性能

2、的工藝過程。浸漬是提高與改善炭素制品物理和化學性能的重要措施，特別是對需要高強度和高密度、低滲透的炭素制品來說，為了減少孔隙率和提高體積密度、機械強度和降低滲透率都必須經(jīng)過一次或多次浸漬作業(yè)來實現(xiàn)。8.2.炭素制品的孔徑分析經(jīng)壓型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙燒后，由于煤瀝青在焙燒過程中一部分分解成氣體逸出，另一部分焦化為瀝青焦。生成瀝青焦的體積遠遠小于煤瀝青原來占有的體積，雖然在焙燒過程中稍有收縮但仍在產(chǎn)品內(nèi)部形成許多不規(guī)則的并且孔徑大小不等的微小氣孔在石墨化制品的總孔度一般達25-32%，炭素制品的總孔度一般為16～25%。炭素制品中包括兩種不同的氣孔：1）開口

3、氣孔：開口氣孔是和外界大氣相貫通的，其大小差別很大，一般氣孔的孔徑在0.01～100μm的范圍內(nèi)，其中孔徑大于1μm的開口氣孔約50%以上，0.1～1.0μm孔徑的約10～25%；孔徑0.01～0.1μm的約10～20%；小于0.01μm的一般在10%以下。2）閉口氣孔：閉口氣孔是不和外界大氣相貫通的。所以浸漬對閉口氣孔是不起作用的。8.3炭素制品的浸漬將焙燒出來的半成品裝入鐵筐內(nèi)，隨鐵筐一起放入預(yù)熱箱，在260～320℃的溫度下預(yù)熱并保溫4h以上。預(yù)熱后的產(chǎn)品迅速連同鐵筐一起裝入浸漬罐內(nèi)（此前浸漬罐應(yīng)預(yù)熱到100℃以上）。關(guān)閉罐蓋開始抽真空，真空度要求86659.3P

4、a以上，抽真空時間不少于45分鐘。然后向罐內(nèi)加入160～180℃的煤瀝青，再加壓。加壓結(jié)束后抽出浸漬劑，并加水冷卻制品。預(yù)熱的目的：1）驅(qū)除微孔中吸附的氣體。2）排除孔隙中吸附的水分。3）制品本身的溫度與浸漬劑溫度相匹配。8.4關(guān)于浸漬介質(zhì)炭素制品浸漬介質(zhì)多用煤瀝青。浸漬后的瀝青返回到瀝青貯罐內(nèi)，一般在一個月之內(nèi)更換一次。瀝青更換的原因：浸漬瀝青在浸漬過程中，要經(jīng)過加熱、壓縮空氣攪拌等，則瀝青將發(fā)生氧化縮合，輕餾分跑掉，瀝青分子增大，瀝青軟化點增高，游離碳含量增加。這樣便會使瀝青浸潤能力減弱，以至影響浸漬效果?！駥n煤瀝青的技術(shù)要求煤瀝青技術(shù)指標如下：1）灰分：不大于

5、0.3%。2）水分：不大于0.2%。3）揮發(fā)分：60～70%。4）軟化點：55～75℃（水銀法）。5）游離碳：18～25%。煤瀝青軟化點不符合要求時，用蒽油調(diào)節(jié)，蔥油的質(zhì)量指標如下：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石墨化的定義及其作用石墨化是把焙燒制品置于石墨化爐內(nèi)保護介質(zhì)中加熱到高溫，使六角碳原子平面網(wǎng)格從二維空間的無序重疊轉(zhuǎn)變?yōu)槿S空間的有序重疊，且具有石墨結(jié)構(gòu)的高溫熱處理過程。石墨化的目的：1）提高產(chǎn)品的熱、電傳導(dǎo)性。2）提高產(chǎn)品的耐熱沖擊性和化學穩(wěn)定性。3）提高產(chǎn)品的潤滑性、抗磨性。4）排除雜質(zhì)，

6、提高產(chǎn)品強度。8.5.2石墨化工藝1）石墨化與焙燒的區(qū)別石墨化制品與焙燒制品的主要差別在于碳原子和碳原子之間的晶格在排列順序和程度上存在著差異。焙燒品的碳原子排列屬于“亂層結(jié)構(gòu)”，而石墨化品屬于“石墨結(jié)構(gòu)”，內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)不同。它們在宏觀表現(xiàn)的理化性質(zhì)也不同。從表上可以看出，焙燒品經(jīng)石墨化后，電阻率降低到1/3:1/4，真密度提高約10%，導(dǎo)熱性提高10倍，膨脹系數(shù)約降低1/2，氧化開始溫度提高，雜質(zhì)氣化逸出，機械強度有所降低。項目焙燒品石墨化品電阻率，?10-6?·m40～606～12真密度，g/cm32.00～2.052.20～2.23體積密度，g/cm31.50～1

7、.601.50～1.65抗壓強度，Mpa24.50～34.3015.68～29.40孔度，%20～2525～30灰分，%0.50.3熱導(dǎo)率，W/(m·k)3.6～6.7(175～675℃)74.5(150～300℃)膨脹系數(shù)，10-6k-11.6～4.5(20～500℃)2.6(20～500℃)開始氧化溫度，℃450～550600～7002）石墨化工藝過程炭素產(chǎn)品在石墨化過程中，按溫度特性大致可分為三個階段。（1）重復(fù)焙燒階段室溫至1300℃為重復(fù)焙燒階段。經(jīng)1300℃焙燒的產(chǎn)品具有一定的熱電性能和耐熱沖擊性能。此階段產(chǎn)品僅是預(yù)熱，產(chǎn)品內(nèi)