ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация пористой структуры углеродных материалов по удельному объему и размерам пор из "Высокопористые углеродные материалы" Пористую структуру углеграфитовых материалов целесообразно классифицировать, основываясь на механизме перемещения в нх порах газов и паров, ибо основная роль в многообразных процессах взаимодействия этих материалов с различными средами, приводящих к их разрешению, принадлежит реакциям углерода с газами. [c.60] По способу формования зеленой заготовки пористые углеграфитовые материалы целесообразно разделить на следующие классы и подклассы. [c.61] Такое деление носит, конечно, условный характер и не исключает промежуточных форхМ структуры, которые могут быть получены комбинированными способами формования (сочетание прошивного и прессования в пресс-форму, применение вибропрессования и др.). [c.61] В основу классификации пористой структуры углеграфитовых материалов по величине открытой пористости положен удельный объем открытых пор, определяемый, например, ртутной порометрией. В зависимости от этого объема углеграфитовые материалы целесообразно разделить на очень плотные (У 0,05 см /г), плотные V= = 0,05—0,10 см г), пористые (У=0,10—0,15 см /г),среднепористые (1 =0,15—0,20 см /г) и высокопористые (У 0,20 смз/г). [c.61] Классификация всего спектра пор углеграфитовых материалов на группы с определенным интервалом размеров радиусов основана на механизме движения газов в их реальной пористой структуре. [c.61] Учитывая сказанное, весь спектр пор углеграфитовых материалов можно разделить на следующие группы пор фольмеровские (гэкв до 2,5—3,5 нм), кнудсеновские (от 2,5—3,5 до 35) переходные (от 35 нм до 3,5 мкм) и пуазейлевские (Гэкв 3,5 мкм). Общая классификационная диаграмма представлена на рис. 4 [22]. [c.62] Фольмеровские поры представляют собой совокупность пор молекулярных размеров и микропор (по М. М. Дубинину), их объемом определяется сорбционная активность углеродных материалов. [c.63] Кроме того, для определения объема этих пор и его распределения по размерам используют адсорбцию паров и газов при малых значениях р/р , когда для интерпретации данных адсорбции применим адсорбционноструктурный метод А. В. Киселева, а также метод малоуглового рассеяния рентгеновских лучей или электронная микроскопия. Достаточно информативным методом определения характера структуры таких пор может служить низкотемпературная адсорбция газов, предложенная в работе [48, с. 141]. [c.63] Поры с Гэкв от 2,5—3,5 до 35 нм названы кнудсенов-скими, так как для них выполняется условие Я/(2г) 1, когда режим течения молекулярный, т, е. число соударений молекул газа со стенками пор преобладает над числом соударений между движущимися молекулами (закон Кнудсена). Кнудсеновские и фольмеровские поры составляют 80—95% от всей поверхности высокопористых углеродных материалов, и в зависимости от объема этих пор и характера его распределения по размерам углеродные материалы будут обладать определенной сорбционной емкостью. [c.63] Кнудсеновские поры играют заметную роль при использовании углеграфитовых материалов как конструкционных (футеровка атомных реакторов) или выполняющих технологические функции (электроды топливных элементов, сталеплавильных печей, хнманоды ) и особенно в качестве адсорбентов, теплоизоляции. Эти поры имеют большое значение для проницаемости материалов, а их объем должен учитываться при проведении процессов уплотнения из газовой фазы. [c.64] Формирование кнудсеновских (и частично фольмеровских) пор в углеграфитовых материалах, полученных по электродной технологии, обусловлено, по-видимому, изменениями кокса из связующего при термической обработке зеленых заготовок (выше 500—600 °С). [c.64] Известно, что концентрирование связующего при обработке массы и ее прессовании происходит в местах контакта частиц наполнителя и в их микротрещинах в результате действия капиллярных сил. Следовательно, наиболее тонкие поры в частицах наполнителя и между ними в подавляющем большинстве случаев должны быть заполнены (заблокированы) жидким связующим. При термической обработке некоторая их часть вновь раскрывается, но основная их доля формируется при переходе связующего в полукокс, а затем и в кокс. Кроме того, на формирование этих пор влияют также различия в коэффициентах теплового расширения и усадки мостиков кокса из связующего и наполнителя [21]. [c.64] Формирование указанных пор в адсорбентах на основе полимерных смол [48, с. 12], древесных углей [11,28, 44], лигнина [85], антрацитов [48, с. 86], каменных или бурых углей и коксов [29, 86] происходит как на стадии карбонизации сырья, так и (в значительной степени) при прогрессирующей активации с использованием газов и паров (СОг, водяной пар, Ог, продукты сгорания) или при пропитке неорганическими веществами ( пСЬ, Н3РО4, К2504 идр.) [10, И]. [c.64] Наиболее широкая часть спектра пор углеграфитовых материалов по данной классификации приходится на переходные поры (Лэкв от 35 нм до 3,5 мкм), для которых выполняется условие 0,01 Я/(2г) 1 (перенос газа осуществляется по промежуточному режиму течения). [c.65] При определении объема переходных пор и характера его распределения надежные результаты дает ртутная порометрия. [c.65] Эти поры четко регистрируются просвечивающим или растровым электронным микроскопом, их можно изучать методом рентгеновской стереографии при пропитке образцов висмутом, серебром или ртутью [66, с. 250]. Кроме того, некоторая их часть видима в световом микроскопе и фиксируется на фотографиях микроструктуры [51]. [c.65] Переходные поры в значительной мере обусловливают проницаемость углеграфитовых материалов и многие Их эксплуатационные свойства, так как в большинстве случаев на их долю приходится до 50% открытой пористости. Их объем и характер распределения необходимо учитывать при улучшении свойств конструкционных графитов пропиткой или уплотнением [19—23]. Формирование этих пор в графитах происходит как за счет пористой структуры карбонизующегося связующего [21, 80] и различий в усадке наполнителя и кокса из связующего, так и за счет межчастичной пористости и наличия пор таких размеров в исходных частицах наполнителя (внутричастичная пористость). При этом, как показывают исследования процесса карбонизации и влияния его параметров на формирование структуры и свойств углеродных материалов [80], начиная с 500°С, в материале образуются поры размером менее 0,2 мкм, объем которых составляет 5%. В общем случае для указанных материалов наличие пор таких размеров и больше нежелательно. В производстве фильтров, диффузоров и электродов топливных элементов из углеграфитовых материалов предусматриваются специальные способы получения заданной пористой структуры с переходными порами. При производстве углеродных сорбентов переходные поры образуются либо в процессе активации (обгары 75%, коэффициенты пропитки ), либо при гранулировании и последующей сушке, как это показано для буроугольной пыли [87]. [c.65] Эти поры четко различимы в обычном световом микроскопе и на фотографиях микроструктуры даже при относительно небольших увеличениях часть их видима визуально. Информацию о таких порах и характере их поверхности можно получить также с помощью растрового электронного микроскопа. Наиболее распространенным методом их исследования является ртутная порометрия. Кроме того, применимы методы взаимного вытеснения жидкостей и максимального давления газовых пузырьков, а также данные о проницаемости материалов по отношению к жидкостям и газам с использованием для их анализа уравнения Пуазейля [88]. [c.66] Образование пуазейлевских пор в углеграфитовых материалах обусловлено межчастичной пористостью, деструкцией связующего и развитием крупных усадочных трещин в ходе термической обработки [16, 21, 80] часть их имеется в крупных частицах наполнителя. В большинстве сырьевых материалов (нефтяные и пековые коксы и полукоксы) эти поры составляют значительную часть общей пористости. Но при дроблении кусков перед прокаливанием и измельчении перед составлением рецептуры сухой шихты большая часть таких пор исчезает из-за разрушения кусков и частиц по усадочным трещинам и тонким межпоровым стенкам. [c.66] Вернуться к основной статье