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                      成都新德南光機械設備公司 >> 機械百科>> 石墨的特性及其在真空爐內的應用

                      石墨的特性及其在真空爐內的應用

                      來源:頂立科技 | 發布時間:2014-07-27

                      一、石墨的分類

                      1、按碳含量分類

                      分類

                      碳含量

                      高純石墨

                      ≥99.9%

                      高碳石墨

                      ≥94%

                      中碳石墨

                      ≥80%

                      低碳石墨

                      ≥50%

                      2、按成型方式分類

                      分類

                      備注

                      等靜壓石墨


                      模壓石墨


                      擠壓石墨


                      振實成型石墨


                      3、電極石墨按顆粒度分類

                      分類

                      粒度

                      細結構石墨

                      <0.8mm

                      中粗石墨

                      0.8mm

                      電極石墨

                      2~4mm


                      二、石墨的生產工藝


                      三、石墨的特性

                      1、真空爐常用石墨的物理、力學性能

                      主要性能

                      等靜壓石墨

                      模壓石墨

                      振實石墨

                      檢驗依據

                      電阻率

                      9~15μΩm

                      7~13μΩm

                      5~9μΩm

                      YB/T 120-1997 炭素材料電阻率測定方法

                      體積密度

                      ≥1.8g/cm3,各向同性,均勻性好,邊緣與中心密度差約為0.5%

                      ≥1.7g/cm3,與壓制方向和位置有關,均勻性差,邊緣與中心密度差約為10%

                      ≥1.5g/cm3

                      YB/T 119-1997 炭素材料體積密度測定方法

                      抗壓強度

                      ≥70MPa

                      ≥70MPa

                      ≥35MPa

                      GB/T1431-2009 炭素材料耐壓強度測定方法

                      抗折強度

                      ≥35MPa

                      ≥35MPa

                      ≥17MPa

                      GB/T 3074.1-2008 石墨電極抗折強度測定方法

                      肖氏硬度

                      45~55

                      45~55

                      45~55


                      灰分

                      ≤700ppm

                      ≤700ppm

                      ≤1000ppm


                      平均粒度

                      18~25μm

                      18~25μm

                      ≤800μm


                      熱膨脹系數

                      ≤5×10-6/℃

                      ≤5×10-6/℃

                      ≤5×10-6/℃

                      GB/T 3074.4-2003 石墨電極測定方法石墨電極熱膨脹系數(CET)測定方法

                      彈性模量

                      10~12GPa

                      10~12GPa

                      10~12GPa

                      GB/T 3074.2-2008 石墨電極彈性模量測定方法

                      2、石墨的電阻率

                      2.1、石墨的電阻率范圍

                      種類

                      電阻率(μΩ.m

                      等靜壓石墨

                      9~15

                      模壓三高石墨

                      7~13

                      振實成型細顆粒石墨

                      5~9

                      2.2、電阻率與粒度、密度、石墨化度、灰分的關系

                      影響因素

                      電阻率

                      粒度

                      反比

                      密度

                      反比

                      石墨化度

                      反比

                      灰分

                      另外,通過增加不同的成分,可以很大程度調節石墨的電阻率

                      2.3、電阻率與溫度的關系

                      一般,根據熱平衡法計算設備的功率都是設備在最高溫度時的功率;

                      如用戶對升溫的速率要求比較快,則需要計算最快升溫速率時的功率輸出;

                      所以我們需要了解的是在工作中的發熱體真實電阻。但由于很多廠家都沒有高溫時測量發熱體真實電阻的能力,所以,一般進行檢驗時檢測的為低溫時的電阻,再根據電阻溫度系數去推斷。


                      1:國產石墨電阻溫度關系曲線

                      2:進口石墨電阻溫度關系曲線

                      3、石墨的表面負荷

                      3.1、石墨的表面負荷由溫度決定。建議當溫度在1000℃左右連續運行時,加熱區表面積的電負荷不超過35W/cm2;在短期運行時,加熱元件的電負荷可在50W/cm2或以上;當溫度超過1000℃時,電負荷應降低。

                      3.2、石墨的表面負荷與溫度的關系

                      3:石墨表面負荷與溫度關系曲線

                      4、石墨的強度

                      4.1、石墨強度分析

                      石墨的強度越好,使用壽命越長,但成本越高,應根據石墨在不同爐型、不同部位的使用特點,合理的選擇,以求達到最經濟合理的設計。

                      4.2、加熱元件在2600℃以下,隨著溫度的升高,其機械強度會進一步增強,然而,當溫度超過2600℃時,其機械強度便會逐漸下降。

                      4.3、溫度對石墨強度的影響

                      4:石墨的強度溫度曲線

                      4.4、強度對發熱體結構設計的影響

                      A、從石墨的力學性能指標可以看出,石墨的抗壓強度遠好于石墨的抗折強度,所以,在布置石墨發熱體時,盡量采用豎直向上的布置,可以改善石墨的受力環境,延長石墨壽命;

                      B、由于石墨有一定的熱膨脹量和較大的彈性模量,而本身強度不是太好,所以,一定要充分考慮石墨的熱膨脹;

                      C、懸掛件比承重件好;

                      D、一端自由延伸比兩端同時約束好;

                      E、兩端同時約束時一定要考慮至少一端有膨脹間隙;

                      5、化學性能

                      5.1、石墨抗氧化性能與現象

                      石墨在大氣中450℃開始劇烈氧化,氧化后在發熱體表面出現白色粉末;

                      氧化的部位往往出現在爐內充氣口和排氣口。

                      5.2、石墨的氧化性與爐內真空度的關系

                      A、真空度越高,越不容易氧化;

                      B、真空度較高時仍然氧化,則可能出現“過堂風”,應檢測設備的壓升率;

                      C、中低溫設備的氧化程度比高溫設備氧化更嚴重;

                      5.3、石墨與其它氣體的反應溫度

                      氣體種類

                      明顯反應溫度

                      氮氣(干燥純凈)

                      3000

                      氫氣

                      1100

                      氯氣

                      2800

                      6、石墨的沸點與升華

                      6.1、石墨的溶點3652,沸點4827

                      6.2、石墨在不同溫度下的蒸氣壓

                      5:石墨在不同溫度下的蒸汽壓

                      6.3、如何抑制石墨的升華

                      加熱元件可達到的溫度取決于其真空度。由于在2200℃以上石墨會發生升華,因此不建議真空下(<10-3Pa)在超過2200℃的的溫度使用,但可以在3000的非氧化性,還原性、或保護性惰性氣氛中使用。

                      7、石墨的膨脹

                      7.1、石墨的膨脹系數

                      石墨的膨脹系數較小,一般為2×10-6Pa~6×10-6Pa之間,密度越大,膨脹系數越大,密度越小,膨脹系數越??;粒度越大,膨脹系數越小,粒度越小,膨脹系數越大。

                      7.2、石墨的膨脹系數與溫度的關系

                      6:石墨在不同溫度下的膨脹系數

                      8、石墨的比熱容

                      8.1、石墨的比熱容

                      常態下,石墨的比熱容為710 J/(kg·K),其比熱容隨著溫度的升高增大。

                      8.2、石墨的比熱容與溫度的關系

                      7:石墨在不同溫度下的比熱容

                      9、石墨的導熱系數

                      9.1、石墨的導熱系數

                      常態下,石墨的熱導率為129 W/(m·K),隨著溫度的升高降低。

                      如使用棒料結構,當外部溫度較高,而內部溫度較低時,石墨棒料容易裂開,所以多選用管狀發熱體,一方面內外溫度均勻,另一方面有利于散熱。

                      9.2、石墨的導熱系數與溫度的關系

                      8:石墨在不同溫度下的導熱系數

                      10、切削加工性能

                      10.1、材料的切削加工性能與材料的物理、力學性能的關系

                      材料力學性能

                      切削加工性能

                      強度

                      強度越高,切削性越差

                      硬度

                      硬度越高,切削性越差

                      塑形

                      塑形越好,越不容易斷屑,塑形太好導致切削不良

                      脆性

                      脆性越好,越容易出現表面缺陷,脆性太好導致切削不良

                      導熱性能

                      導熱性越好,越利于散熱,能防止工件氧化,有利于切削

                      10.2、石墨的切削加工性能

                      石墨強度和硬度都較低,導熱性良好,有利于加工;

                      但塑形過小,脆性過大,容易出現表面缺陷,不利于加工;

                      另外,石墨容易產生石墨粉塵,影響機床,切削加工必須做好抽風除塵措施。

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