ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы производства углеродных материалов из "Теоретические основы технологии горючих ископаемых" УМ в зависимости от конечной температуры их получения и способности упорядочивать свою структуру могут быть карбонизирован ными или графитированными. [c.214] Графитированные материалы (искусственный графит) получают при термической обработке до температуры выше начала образования кристаллической структуры, т.е. путем графитации пирографит, графитированный кокс, графитированная углеродкерамика. Свойство углеродного материала приобретать структуру графита называется графитируемостью, а степень приближения структуры данного материала к идеальной структуре графита, выражаемая в относительных единицах, - степенью графитации. [c.214] Коксом, как уже указывалось выше, называется высокоуглеродистый твердый остаток термических превращений органических веществ. Здесь под коксом подразумевается более широкий класс продуктов, чем это имеет место при получении металлургического кокса. [c.214] Искусственные УМ, получаемые путем смешения наполнителя со связующим, по аналогии с керамической технологией предложено называть углеродкерамическими материалами, соответственно карбонизированными и графитированными. [c.214] Стеклоуглерод получают из фенолформальдегидных и фурановых смол поликонденсацией и термической обработкой до 1300, 2000 и 2500 С. Стеклоуглерод не графитируется, так как при 2400°С расстояние /оо2 составляет 0,344 против 0,336—0,337 нм длн графита. В отличие от графита стеклоуглерод может работать на воздухе при температурах, соответствующих температурам получения. Особенностью его структуры являются конгломеративные глобулярные образования с диаметром 20-40 нм. [c.214] Если при пиролизе углеводородов получают материал, состоящий из сферических частиц углерода размером в десятки нанометров с изотропной структурой, то его называют углеситаллом. Он характеризуется турбостратной структурой углерода, обладает высокими физико-механическими свойствами, стойкостью к окислению. [c.215] Углеродные волокна получают из полнакрилонитрильных и гидрат-целлюлозных материалов путем окисления, карбонизации в защитной атмосфере и термической обработки вплоть до графитации. [c.215] Важнейшим свойством УМ является прочность. Для графитов как углеродных, так и искусственных характерна анизотропия свойств, обусловленная слоистой структурой кристаллической решетки. Высокая прочность в базисной плоскости предопределяется сильными ковалентными связями между атомами. Связь между плоскостями, осуществляемая ван-дер-ваальсовыми силами, очень слаба, поэтому монокристалл графита имеет неодинаковые значения модуля упругости и других характеристик в разных направлениях. На прочностные свойства поли кристаллического графита влияют также макро- и микродефекты структуры, т.е. прочность материала зависит от степени совершенства кристаллической структуры. [c.215] Характерной особенностью свойств УМ является высокая прочность во всем диапазоне температур работы изделия, хотя предел прочности при сжатии с ростом температур уменьшается. Порядок величин модуля упругости Е для различных УМ составляет, ГПа искусственный графит 5-10 пирографит 26,5 стеклоуглерод 26,5-34,0 углеродные волокна 245-340. [c.215] Одним из факторов, определяющих прочностные свойства графита, является общая пористость или плотность, при этом большую роль играет не только общая пористость, но и распределение пор по разме рам. Пористая структура УМ обусловливает их проницаемость по отношению к газам и жидкостям. Многие технологические и эксплуатационные характеристики зависят именно от газопроницаемости. Пористость УМ зависит от многих факторов гранулометрического состава и пористости наполнителя, количества связующего, способа и параметров прессования, механизма карбонизации и структурных изменений при термической обработке. С уменьшением размера зерна наполнителя несколько возрастает межчастичная пористость, но эффективный размер пор уменьшается. [c.215] Значения удельной теплоемкости УМ при графитации мало различаются и достигают 0,75 кДж/ (кг К). [c.217] Теплопроводность УМ может изменяться более чем на четыре порядка, т.е. от изоляторов до хороших проводников тепла, в зависимости от вида сырья, крупности зерен наполнителя, уплотненных пропиток и особенно температуры обработки исходного материала. Существует прямая пропорциональная зависимость между и температуропроводностью. [c.217] Важными являются химические свойства УМ, в частности взаимодействия с газами, С кислородом графит не взаимодействует до 400°С. Скорость реакции с кислородом и диоксидом углерода (IV) повышается с ростом температуры. Однако при 2600-2700°С имеется явно выраженный минимум реакционной способности по диоксиду углерода, что связано с изменением кристаллической структуры. На реакционную способность графитов существенно влияют примеси некото-рь1х металлов, например железа, меди, ванадия, натрия, которые могут служить катализаторами. ДЛя повышения стойкости графита против окисления применяют покрытия металлами, карбидами, боридами, нитридами и т.д. Ингибиторами окисления графита являются хлор и фосфорсодержащие соединения. Графит взаимодействует с расплавленными металлами, образуя карбиды. Растворимость углерода в металлах связана с дефектностью электронной полосы. [c.217] Для получения искусственных графитированных материалов используются в качестве исходного сырья нефтяной и пековый коксы, термоантрацит и другие виды УМ, отличающиеся малым содержанием минеральных примесей, так назы-ваемых наполнителей. [c.217] Конечная температура обработки УМ оказывает основное влияние на кристаллическую структуру. Обычно параметры кристаллической решетки, в частности межслоевое расстояние углеродистого материала, достигают величин, характерных для графита при температура обработки 3000°С. Однако не.которые углеродистые вещества не подвергаются графитации даже при ЗООО С, в то время как другие превращаются в графит уже при 2300°С, поэтому первые из них назвали негра-фитирующимися, а вторые — графитирующимися. [c.218] Графитирующиеся материалы получают из углеродных веществ, богатых водородом, которые а начальной стадии карбонизации претерпевают стадию пластического состояния. На процесс фафитации коксов, применяемых в качестве сырья для производства углеграфитовых материалов, заметно вл.ияет содержание серы. Большое содержание серы в исходных углях приводит к уменьшению размера кристаллита L и, наоборот, к увеличению размера кристаллита .д. Меньшее межслоевое расстояние и соответственно лучшая степень графитации имеют место в сернистых коксах. Это объясняется ростом сеток углерода за счет удаления атомов серы, расположенных по периферии кристаллитов кокса, и таким образом будет обеспечивать их рост вдоль оси а. [c.218] Неграфитируемый углерод искусственных УМ состоит из плоских ароматических слоев, которые уложены небольшими пакетами, причем слои не имеют взаимной или азимутальной упорядоченности. Межплоскостное расстояние равно 0,344 нм, а диаметр слоев 2 нм. Предварительное окисление УМ унижает их графитируемость. Графитацин под давлением смещает этот процесс в область более низких температур. При получении рекристаллизованных фафитов одновременно применяют температуру и высокие давления. Термическая обработка в среде хлора также ускоряет графитацию и тем значительнее, чем меньше упорядочена структура УМ. Объемные изменения в заготовках определяются термическим расширением и усадкой вследствие перестройки структуры и усадки материала. [c.218] Для получения у леродных материалов с заданными свойствами применяют при горячем прессовании карбидообразующие элементы - Т1, 2г, 3 , Мо, В или их соединения (2г- 31,Т -В) путем добавки в шихту. [c.219] Вернуться к основной статье