碳及石墨材料讲述.pptx

碳及石墨材料 无机1403班李新海 2 01439110331 人造石墨材料 人造石墨的介绍： 人造石墨顾名思义就是人工制造的石墨 石墨在工业上运用极广，几乎每个行业都会用到。工业上多用的是人造石墨。人造石墨本身具有导热好，导电好，纯度高，易加工，耐腐蚀，高温下强度高，自润滑性好等优异的特点，目前被广泛的应用在半导体，太阳能，粉末冶金，真空热处理，电气电工等领域，主要用作加热元器件，承载盘，炉内组件等。 制造人造石墨的方法有很多种，常见的是，以主要原料是粉状的优质煅烧石油焦，在其中加沥青作为粘结剂，再加入少量其他辅料。各种原材料配合好以后，将其压制成形，然后在2500～3000℃、非氧化性气氛中处理，使之石墨化 人造石墨制备方法 用途 人造石墨主要用途：人造石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯；广泛用于冶金工业的高级耐火材料与涂料、军事工业火工材料安定剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。 人造石墨的工作原理 人造石墨是典型的层状结构，碳原子成层排列，每个碳与相邻的碳之间等距相连，每一层中的碳按六方环状排列，上下相邻层的碳六方环通过平行网面方向相互位移后再叠置形成层状结构，位移的方位和距离不同就导致不同的多型结构。上下两层的碳原子之间距离比同一层内的碳之间的距离大得多（层内C-C间距=0.142nm，层间C-C间距=0.340nm）。 人造石墨的形态：?单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。集合体通常为鳞片状，块状和土状 人造石墨的成因和产状：人造石墨是在高温下形成。分布最广是石墨的变质矿床，系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成 多孔炭材料简介 概念 所谓多孔炭材料是指具有不同孔结构的碳素材料, 其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔。 优点 低密度、低的热膨胀系数、高的热导率、耐腐蚀、高强度、抗氧化、易加工。 20世纪90年代以前的炭泡沫基本上是以树脂为前驱体。而到 90年代出现了新一代炭泡沫，其研究方向主要集中于用沥青 和煤作为前驱体替代树脂制备炭泡沫。 炭泡沫的结构和性能 具有很大的开孔和棱柱，棱柱相互交联构成五边形的十二面体，其炭形态为难石墨化的玻璃态炭，因此具有低的密度，较低的机械强度和优异的绝热性能。 树脂基炭泡沫 选自陈峰，张红波，熊翔，闰志巧.炭泡沫的制备、性能及应用，材料导报，2008,3(22) 结构：存在大量分布均匀的球形开孔和少量的球形闭孔，孔径为200--40微米，气壁上有一定数量的微裂纹(M)和与其它气孔相交联而形成的二次孔(P2)，气孔之间由石墨韧带(L)相连。石墨韧带中的石墨微晶顺着气孔壁的平行方向，沿韧带的轴向呈线性排列。 中间相沥青炭泡沫 性能：对于单个组元，由于韧带中石墨微晶呈线性排 列而表现为各向异性；而对于炭泡沫整体，由于整体的均匀性而表现为各向同性。因此中间相沥青基炭泡沫的热学、电学、力学性能都呈现出微观上各向异性，宏观上各向同性的特点。经过增强处理的中间相沥青基炭泡沫的抗压强度可达30～35MPa，用作结构材料。此外，中间相沥青基炭泡沫还具有优异的耐火性、热稳定性、吸能吸波性等。 加热条件对炭泡沫结构和性能的影响 炭泡沫由中间相沥青自发泡法制得，在N2环境下加压至 2.0 MPa、4.0 MPa、6.0 MPa，当加热至软化温度后再 以恒定的速度加热至最终石墨化温度。 两组试样：A — 在石墨化温度保温15min B — 在软化温度和石墨化温度分别保温1h 选自WANG Yong-gang, MIN Zhen-hua, CAO Min, XU De-ping，Effect of heating conditions on pore structure and per-formance of carbon foams，New Carbon Materials, 2009, 24(4):321–326. 试样的SEM显微结构图 孔径大小和分布 (a) (b) (a)图表明：同样的温度条件下，随着压力增大，平均孔隙直径减小，且B组试样的孔径较A大。随着压力增大，A、B之间的差异减小，因为在高压下压力是影响孔径的主导因素。 (b)图表明：随着压力增大，A组试样孔径变化不明显，B组孔径减小。且B组孔径分布范围广。 孔隙度和体积密度 (c) (d) 同样的温度条件下，压力升高孔隙率降低；同样的压力条件下，B的孔隙率高于A，而体积密度低于A。 热导率和比热导率 随着压力增加，热导率、比导热率均下降，B组下降更明显。在同样的压力条件下，B组比导热率较高，最高可达210W/m·