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炭素制品的物理化学性能（下）

炭素制品生产技术系列讲座-2李圣华8.热膨胀系数*定义：热膨胀系数分线膨胀系数和体积膨胀系数两种，一般测定线膨胀系数，即材料受热后某一特定方向膨胀程度的度量，称为材料该方向的线膨胀系数。与许多金属材料相比，炭素制品的热膨胀系数是较低的，石墨制品的热膨胀系数比炭质制品低。热膨胀系数的英文字母缩写为CTE。热膨胀系数测试方法*中国测定石墨电极的热膨胀系数的标准方法(GB3074.4-82)为使用石英示差膨胀仪测定,主要由膨胀计、加热炉和测温系统三部分组成,经过精确加工的中孔试料棒固定在石英试料托及石英支承管之间,一根石英拉杆穿过试料棒的孔,石英拉杆顶部通过浮动托与千分表相接触,再将上述组成的膨胀测试装置放入加热炉内,在指定的温度范围内加热,石墨试料棒的膨胀量可由千分表读得,石墨电极热膨胀系数的中国标准测试温度范围规定为100～600℃。国外有的将温度范围定为30~100℃或30~130℃。热膨胀系数的计算公式*测试结果的计算公式如下:α＝（L2－L1）∕（K×L0）＋0.618（10－6/℃）式中α──试料在温度100～600℃范围的热膨胀系数,10－6/℃L0──试样在室温时的长度,mm;L1──试样在100℃时的膨胀量mm;L2──试样在600℃时的膨胀量mm;K──膨胀计的放大倍数;0.618×10－6/℃──石英在100～600℃温度范围内的平均热膨胀系数。*石英示差膨胀仪示意图

1－千分表；2－千分表架；3－弹簧；4－石英支承管；5－浮动托；6－底座7－石英拉杆；8－石英外套；9－石墨电极试样；10－石英试料托炭素制品的热膨胀系数举例*石墨电极的热膨胀系数(100～600℃)举例━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━产品名称电极热膨胀系数,×10－6/℃直径──────────────mm平行挤压方向垂直挤压方向————————————————————————————石墨电极(用普通石油焦生产)4003.254.15────────────────────────────超高功率石墨电极用石油系针状焦生产5001.54001.7用沥青针状焦生产4001.33.0━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━半石墨质高炉炭块4.0（测定温度为20~900℃）不同测定温度数据的换算*美国和日本的针焦厂和炭素厂测定针焦和石墨电极的热膨胀系数的温度范围有的为30~100℃，有的为30~130℃，炭石墨材料的热膨胀系数随测定温度范围的提高而上升，但有一定规律性，如以20～100℃间测定的热膨胀系数为基础，只要加上一个附加数，即可得出不同温度下的热膨胀系数。影响石墨电极热膨胀系数的因素*与原料有关，01与配方的粒度组成有关，配方采用的大颗粒尺寸较大，相对热膨胀系数下降，02与浸渍及体积密度提高有关，浸渍次数增加，体积密度上升而热膨胀系数提高。03与石墨化温度有关，温度高则成品的热膨胀系数下降。049.抗热震性*A定义：炭素制品在高温下使用时经受剧烈的温度变化而不被破坏的性能。B产生热应力的因素－线膨胀系数，CTE越小，在其他指标相同的条件下抗热震性提高。C缓冲热应力的因素－弹性模量，弹性模量越大，抗热震性能越差。D抵抗热应力的因素－抗拉强度，抗拉强度越低，抗热震性能下降。抗热震性的计算公式*01R＝λS/αE抗热震性用抗热震准值（R）表示：02S＝抗拉强度；式中λ＝材料的热导率；03E＝弹性模量。α＝线膨胀系数；提高炭素制品的抗热震性能必须综合考虑各项物理指标首先是选择CTE较小的原料，增加浸渍次数可以提高机械强度，但同时应提高最后一次