第八章_浸渍与石墨化-新型碳素材料
浸渍金属碳石墨的性能和应用
浸渍金属碳石墨的性能和应用的报告，600字
浸渍金属碳石墨结构是将金属元素与碳石墨连接起来的一种新型结构，它具有优良的性能和多样的应用领域。
性能上，浸渍金属碳石墨具有优异的耐温、耐化学腐蚀、耐电磁屏蔽、耐湿、低线膨胀等性能，可以满足一般工业用途要求；其弹性模量比碳石墨结构2~3倍的高，可大大提高该结构的强度和稳定性；其表面比非浸渍金属碳石墨具有更高的硬度、坚硬性，提高了结构的耐磨性。
应用方面，浸渍金属碳石墨广泛应用于化工、石油、电力、冶金、汽车、航空航天等诸多领域，有着重要的经济价值。
在化工领域中，浸渍金属碳石墨用于制备高性能滤材、泵壳、设备管道等，可以承受高压、低温、高温、抗老化，可以有效防止化工原料的污染；
在石油领域，浸渍金属碳石墨用于构筑石油和天然气输送管道，其优异的性能使得它可以长时间在恶劣的环境中工作，从而提供安全的输送功能；
在电力领域，浸渍金属碳石墨被广泛用于室温空调、传动部件、耦合器、绝缘子、隔爆器等，具有良好的耐电磁屏蔽和绝缘性能，可以降低冷热损失；
在冶金领域，浸渍金属碳石墨可以用于构筑用于铸铁、合金熔化炉，对熔化化合物具有特殊的快速加热和冷却效果；
在汽车和航空航天领域，浸渍金属碳石墨可用于构筑容器件、轴、叶片、制动盘、弹簧以及汽车零部件等，其优异的耐磨性和耐腐蚀性，可以提高汽车和航空航天设备的性能与使用寿命。
总之，浸渍金属碳石墨具有优异的性能和多样的应用领域，能够满足各行业需求，极大地改善了产品的性能，将成为未来工业发展的重要驱动力。
新炭素材料入门书
新炭素材料入门书摘要：1.新炭素材料的概述2.新炭素材料的分类3.新炭素材料的特性4.新炭素材料的应用领域5.新炭素材料的发展前景正文：新炭素材料是近年来备受关注的一种新型材料，它具有很多优异的性能，被广泛应用于各个领域。
下面我们就来详细了解一下新炭素材料。
首先，我们来了解一下新炭素材料的概述。
新炭素材料是指以碳元素为主体的非晶态材料，它具有高比表面积、良好的孔结构和优异的化学稳定性。
由于这些特性，新炭素材料被广泛应用于催化、吸附、储能等领域。
接下来，我们来看一下新炭素材料的分类。
新炭素材料主要分为两类，一类是活性炭，另一类是碳纳米管。
活性炭具有良好的吸附性能，被广泛应用于水处理、空气净化等领域。
碳纳米管则是一种纳米级的碳材料，它具有很高的机械强度和优异的导电性能，被认为是未来电子器件的重要材料。
再来看一下新炭素材料的特性。
新炭素材料具有高比表面积，可以提供大量的吸附空间。
同时，新炭素材料具有良好的孔结构，可以实现高效的物质传输。
此外，新炭素材料还具有优异的化学稳定性，可以在恶劣环境下保持其性能不变。
然后，我们来看一下新炭素材料的应用领域。
新炭素材料被广泛应用于催化、吸附、储能等领域。
例如，活性炭被广泛应用于水处理、空气净化等领域，碳纳米管则被认为是未来电子器件的重要材料。
最后，我们来看一下新炭素材料的发展前景。
随着科技的发展，新炭素材料的应用领域将会越来越广泛。
同时，随着新炭素材料制备技术的进步，新炭素材料的性能也将得到进一步提升。
因此，新炭素材料的发展前景非常广阔。
炭素工艺学 炭和石墨材料
同时，炭素材料的弹性模量随温度升高而增大。用石油焦或沥青焦制成 的人造石墨在1800℃下的弹性模量相比于室温下，提高了40%~50%。
石墨的弹性模量与温度的关系 1—沥青焦基；2—石油焦基
炭素材料的蠕变特性：对于弹性体而言，应力—应变在弹性极限内呈线性 关系，对交变应力是可逆的；而炭素材料是非弹性体，其应力—应变呈非线性 关系，即使在很小的应力作用下也会发生塑性变型，并且在2000℃以上存在明 显的蠕变现象。
3—烧结Al2O3；4—烧结BeO；5—人造石墨
由上面两图可知，炭素材料的抗拉强度随温度升高的增加率；在1500℃ 以上，其他材料的强度急剧下降，而人造石墨材料的比强度继续升高，直到 2500℃才开始下降。因此，在不考虑氧化的情况下，炭素材料作为高温才来 有其独特的优越性。
1.1.3.2 炭素材料的弹性模量及蠕变特性
C60分子具有很高的对称性，人们将其描述为平截正20面体形成的32面体， 直径为7.1 Å。C60具有60个顶角，每个顶角为两个正六角环和一个正五角环的 汇聚点，在每个顶角上有一个碳原子，每个碳原子以两个单键、一个双键与 相临的三个碳原子相连接。每个六角环，C与C之间以sp2杂化轨道形成共轭双 键，而在笼的内外表面都被π电子云所覆盖。整个分子是芳香性的。
滑动流动，气体压力减小，气体分子的平均自由程接近孔 径时，呈滑动流动。
自由流动，气体在毛细管内流动，且压力不大时，气体分 子的平均自由程大于孔径，产生分子自由流动。
一般炭素材料的气体渗透率更苦达尔塞定律，按下式计算：
K Q•L P• A
K——气体渗透率，cm2/s； Q——压力-体积流速，MPa•cm3/s； L——试样厚度，cm； A——试样截面积，cm2； △P——在试样厚度两侧的压力差，MPa。
炭素,碳素,电极,焙烧,煅烧,浸渍,石墨化
标题：探讨炭素材料的制备和特性摘要：炭素作为一种重要的材料，在电化学、材料科学和能源领域具有广泛的应用，其制备方法和性质特点备受关注。
本文将从炭素的定义和特性开始，探讨其制备过程中的焙烧、烧结和浸渍等关键步骤，最终展望其在未来科技发展中的潜在应用。
通过全面评估和深度分析，以期为读者提供更加全面、深刻和灵活的理解。
1. 炭素的定义和特性在自然界中，炭素是一种非常常见且重要的元素，其化学性质和物理性质使得其在材料科学中具有重要地位。
炭素可以以多种形态存在，包括金刚石、石墨、纳米碳管等，每种形态都具有不同的特性和应用领域。
2. 石墨化的制备过程石墨是一种典型的炭素形态，其制备过程主要包括焙烧和烧结两个关键步骤。
在高温下对原料进行焙烧，使得原料中的杂质得以氧化或挥发；接着进行烧结，将焙烧后的物质经过高温处理形成石墨结构。
对石墨材料进行浸渍处理可以改善其电化学性能，提高其在电极中的应用性能。
3. 炭素材料的应用展望基于石墨化炭素的制备过程和特性特点，其在电化学储能、光伏发电、导热材料等方面具有广泛的应用前景。
石墨电极作为锂离子电池、超级电容器等电化学储能装置的关键材料，具有很好的循环稳定性和电化学性能；石墨材料在光伏发电和导热材料领域也发挥重要作用，为可再生能源和高性能材料的发展提供重要支撑。
结论炭素材料作为一种重要的材料，在能源、材料和环境领域具有广泛的应用前景。
其制备过程中的焙烧、烧结和浸渍等关键步骤对其性能具有重要影响，因此对这些步骤的深入了解和优化将有助于提高炭素材料的性能和应用价值。
未来，随着科技的不断进步，炭素材料必将在更多领域展现出其巨大的潜力。
个人观点作为一种重要的功能材料，炭素材料的研究和应用一直备受关注。
石墨化炭素作为其重要形态之一，在能源、材料和电化学等领域具有广泛的应用前景。
对石墨化炭素制备过程和特性的深入理解和研究，将有助于推动其在各个领域的应用和发展。
我对炭素材料的未来发展充满期待，相信其一定会发挥出更多的潜力。
真空浸渍制备膨胀石墨基C-C复合材料及其甲醛吸附性能
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
真空浸渍制备膨胀石墨基C/C 复合材料及其甲醛吸附性
能
以蔗糖为炭源，磷酸为活化剂，采用真空浸渍法经炭化、活化制得膨
胀石墨基C/C 复合材料。
采用SEM、氮气吸脱附法、TG 和TEM 等测试手段，研究了磷酸/蔗糖质量比(Xp)、蔗糖浓度对复合材料孔结构和比表面积的影响，利用FT
随着经济条件的提高，越来越多的室内装饰装潢材料得到应用，而这些
材料常常带有甲醛等挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)。
现在人们大约80%的时间是在室内度过的。
因此室内环境的治理越来越受到人们的
重视。
目前，国内外治理室内污染主要采用吸附法、光催化氧化法、生物降解
法等。
而吸附法由于设备简单、操作方便、适用范围广、处理效果好等优点，
有着非常广泛的应用前景。
其中活性炭是吸附剂的典型代表，应用最广泛，但
是传统的活性炭多为粉状或粒状，其孔结构中含有大量的盲孔和封闭孔，并存
在矿物灰分，严重影响了其吸附容量；另外在循环使用中其摩擦损耗较高。
近年来，一种新型的吸附材料膨胀石墨基C/C 复合材料开始受到广泛关注，这类材料以膨胀石墨为骨架，有机树脂为炭源，采用物理活化法制备，存
在比表面积低(通常不超过1000m2/g)、活化不均匀等问题。
本研究以磷酸为活化剂，将炭源真空浸渍涂覆到膨胀石墨基体的网络孔
隙中，可以缩短浸渍时间并实现炭源充分、均匀引入，制备出膨胀石墨基C/C
复合材料。
该复合材料是在膨胀石墨的外表面和内部二级孔的孔壁上涂覆一层
活性炭膜，并保留膨胀石墨的微米级网络状连通孔结构，实现了微米级大孔、。
碳素工艺——精选推荐
碳素⼯艺碳素⼯艺第⼀章绪论炭素材料有良好的导电、导热性能，⾼温下机械强度良好、耐腐蚀性、价格低廉，来源⼴泛。
⼀、炭素⼯艺发展概论最古⽼的炭素材料是⽤天然⽯墨、粘⼟混合起来煅烧成⽯墨坩埚，在我国有的历史，但作为导电材料是近代，1806年⾸次⽤⽯墨制成实验室电池。
炭素电极加热到2500℃后变成⽯墨电极。
灰分（杂质，主要是⼀些⾦属的氧化物）⾦属氧化物参与电化学反应，消耗阳极，反应后的⾦属以不同形态进⼊铝液中，降低铝的品质。
热膨胀系数要求⼩，减少应⼒的产⽣，防⽌炭块裂纹的⽣成。
炭素材料是⼀种⽆机的⾮⾦属材料⼆、冶⾦炭素⼯业⽣产⼯艺流程原料预处理⽯油焦、沥青预碎、煅烧⽆烟煤、冶⾦焦原料粒度分级⽯墨碎破碎、筛分各种粒度原料计量 1—6种粒度连续称量或⽤磅（称）称量预热120℃—180℃（全部固体原料）阴极糊混捏150℃——210℃沥青、⽣碎（成型后的废品）电极糊连续混捏或⽤混捏锅混捏捣缝糊成型110℃——150℃挤压成型、模压成型、振动成型半⽯墨化1800℃——2300℃焙烧800℃——1300℃⽯墨化2500℃——2800℃机械加⼯或组装预备阳极炭块阴极炭块⾼炉炭块半⽯墨化的阴极炭块⽯墨化的阴极炭块第⼆章炭和⽯墨材料⼀、⾃然界中的碳碳在地球上的含量0.027%，占地球化学元素含量中13位，以单质碳和化合物的形式存在。
单质碳：⾦刚⽯、⽯墨、⽆定形碳。
1、⾃然界中的单质碳⾦刚⽯：坦然形成⽯墨：天然⽯墨、⼈造⽯墨⽆定形碳：⽊炭、煤炭、焦炭2、碳原⼦的结合⽅式1）电⼦的运动状态：原⼦是带正电荷的原⼦核和带负电荷的电⼦组成，是整个原⼦的中⼼。
A）电⼦层：K、L、M、N、O、P、QK层电⼦能量最低，最外层电⼦能量最⾼B）电⼦亚层和电⼦云形状：同⼀层中电⼦能量不同形成电⼦亚层。
S＜P＜D＜F等表⽰，S层的电⼦云的形状是球形，P层是倒“8”字形。
C）电⼦云在空间的伸展⽅向：P层电⼦沿着xyz轴⽅向延伸。
D）电⼦的字璇：⼀个原⼦中不可能出现运动状态完全相同的两个电⼦，每层的电⼦数2n2。
碳素思考题
《新型炭材料》思考题第一章1.碳原子有哪些价键形式？各有什么特点？其代表性物质是什么？答：sp3，sp2，sp。
sp3碳原子具有4个σ电子，在三维空间形成共价键结合，代表物质有金刚石。
以六角网面组成大体要素的sp2碳原子具有在同一平面内的3个σ电子和与平面垂直的一个π电子，网面间以范德华力较弱地的结合，代表物质为石墨。
Sp碳原子具有在一条直线上向相反方向伸展的2个σ电子和与其垂直的2个π电子，代表物质有卡宾炭。
2.石墨有哪些结构特点？这些特点与石墨的耐热性、导电导热性和自润滑性有什么联系？结构特点：以sp²杂化轨道组成，具六方晶格，原子呈层状排列。
石墨的4个L层电子中的3个在同一平面与临近的σ电子以共价键结合，形成六角网平面，剩下的一个电子与平面成垂直方向取向形成π轨道。
（同层晶面上碳原子间距），彼此之间是共价键结合；层与层之间的距离为，原子间呈分子键结合，层与层之间作使劲很小。
与各性质的联系：a.耐热性：由于其片层结构，使得石墨在高温下不起相转变，故在高温下，碳原子间结合力很强，极难破坏。
b.导电导热性：同一层的碳原子属原子晶体，在同一平面的碳原子还各剩下一个p 轨道，由于p轨道彼此重叠，故p轨道上的电子比较自由，相当于金属中的自由电子？在有外界电场或外界温度剃度时，电子运动的取向近似一致，从而导电、导热。
c.自润滑性：石墨的原子呈层状排列，层与层之间的作使劲很小，故很容易在层间发生相对滑动。
3.造成炭材料结构多样性的因素有哪些，它们是如何影响炭材料结构的？（1）碳原子的结合形式（碳原子有sp1,sp2,sp3三种杂化轨道）（2）六角面网的大小及其积层形式（随热处置温度的升高，微晶生长，组成微晶的六角面网的积层形式逐渐向具有规则取向的石墨结构转变）（3）微晶的取向性（微晶的取向形式和取向程度与块状碳材料的物性有很大关系，取向形式也常与炭材料的形成有很大关系）（4）集合组织（将以上所示的各类组织集合，进一步影响到从微米级到毫米级集合组织的多样性）另外，炭材料的气孔率也是一个重要因素。
碳素物质对含碳耐火材料的浸渍
性 能 ，诸 如 高 耐 火 度 、高 抗 热 震 性 和抗 侵 蚀 性 ，
以及较 高 的热导 率 。 在 本研 究 工 作 中探 讨 了 如何 采 用 碳 素 物 质 来
浸 渍 多孔 耐 火 材料 的问 题 。为 了对 滑动 水 口滑 板 及 镁 砖等 进 行 浸渍 ，广 泛 采 用煤 焦 油 沥 青 。采 用 煤 焦油沥 青进 行浸 渍有 一些 优点 ：
浸渍 物 质来取 代通 常用 的煤 焦油 沥青 。
２ 实 验
２１ 材 料 与 设 备 ．
水悬 浮 液 。实 施 浸 渍 后 ，陶瓷 结 合 的 耐火 材 料 的 开 口气 孔率 大约 下 降至 ５ ％．而碳 素结 合 的耐 火材 料 的开 口气孑 率 则大 约下 降至 ３ Ｌ ％。
从 表 面浸 渍 至 内部 数 毫 米 处 。 由于 耐 火 材 料 呈 黑 色 ，因此 很 难 用 肉 眼观 察 浸 渍 物 质 向多 孑 基 质 中 Ｌ 浸 渍 的 状 况 。 对 于测 定 试 样 的 质量 损 失 来 说 ，根 据 推 测 的 高 温 下 的完 全 氧 化状 况 可 以判 定 试 样 气 孑 中存 在 的 浸渍 物 质 的数 量 。 如果 材 料 中不 含 金 Ｌ 属抗 氧化 剂 ，则 该 测 定 值 是 准 确 的 。另 外 该 值 还 可 与经焙 烘 处理 的制 品表 面 的清 理 程度 有关 。
（ ）价格适 宜 。 ３
内处 于真 空状 态 ，其 持续 时 间取 决 于试样 的性 能 。 在这 一 阶段 可使 试 样 干 燥 ．以及 从 气 孔 中排 除气
体。
煤 焦 油 沥青 中 苯并 吡含 量 高 （ １ ０ ￣ ０ ） ＞ ００ ０ １ ４
是个 问 题 ，因为 苯并 吡是 致 癌 物 。欧 洲一 些 国家
《煤化工工艺学》——煤的炭素制品
大的比热和体积密度,所以具有很好的抗热震性,能在
高温下经受温度的剧烈变化而不遭破坏。例如石墨的
抗热震系数为2399，而陶瓷只有20.11。
-4-
2019年12月25日星期三
炭素材料的优异的热性质使它在火箭的喷嘴、燃
烧室以及鼻锥上发挥独特的作用。
⑵ 良好的导热和导电性
石墨的导热性是各种非金属中最好的,介于铝和软钢之
-23- 2019年12月25日星期三
8.3 活性炭
1.活性炭 2.活性炭的结构 3.活性碳的分类 4.活性碳的用途
-24- 2019年12月25日星期三
活性炭是由无定形炭构成的黑色多孔性固体，具
有极高的比表面积。活性炭不论用作吸附剂还是催化
剂载体，最基本的要求是具有良好的吸附性能和较高
的机械强度。
量来确定。为了提高产品的力学性能，预氧化时原丝
采用引力牵伸。为了防止过度牵伸造成裂纹和空隙，
常用多段牵伸法。
-21- 2019年12月25日星期三
炭化需在高纯度惰性气氛下进行，温度为1000-
1800℃左右，生成含碳量95％的炭纤维。在700℃以
前的低温区，未反应的PAN进一步环化，分子脱水脱
氢交联；在大于700℃的高温区，分子链间的交联和
-8-
2019年12月25日星期三
8.2 生产原理和工艺过程
以有机物为原料制成各种炭素材料必须经过炭化
过程。高温加热时,有机物的氢、氧、氮等元素被分
解,碳原子不断环化、芳构化。随温度升高,碳进一步
缩聚成稠环芳烃和碳网平面并相互叠合。最终经过
石墨化过程生成石墨结晶。整个变化过程如图6-4-
05所示。
碳素材料的制备及其应用
碳素材料的制备及其应用碳素材料是一种以碳为主要元素制成的材料，因其高耐热、高强度、高导电性、高反应性等特性而被广泛应用于多种领域。
本文将简要介绍碳素材料的制备方法以及具体的应用场景。
一、碳纤维碳纤维主要是由高分子聚丙烯腈（PAN）或天然纤维煤矸石制成。
制备过程主要分为氧化、碳化和图形化三步。
PAN 纤维经预处理后，在气氛下进行氧化，得到预氧化的聚合体纤维。
接着，预氧化聚丙烯腈纤维在高温下经过碳化反应制得炭化纤维，再通过热解形成高强度的碳纤维。
碳纤维的应用范围非常广泛。
在宇航、民用和工业领域都有广泛应用。
在航空航天领域，碳纤维被用作制造反应堆和空间探测器等。
在民用领域，碳纤维被用作行李和运动器材，如自行车、滑板车、高尔夫球杆和网球拍等。
在工业领域，碳纤维被用作制造计算机和汽车零部件等。
二、碳纳米管碳纳米管是由单层或多层石墨烯卷曲而成的，可以被视为一个管状结构。
制备碳纳米管的方法主要分为电弧放电方法、热蒸发法和化学气相沉积法。
其中，电弧放电方法是最常用的方法制备碳纳米管，这种方法在无氧环境下进行。
碳纳米管有许多应用，比如电子器件、热学和光学器件等。
在电子器件方面，碳纳米管被用作场发射管、场效应晶体管和单电子晶体管等。
在热学和光学器件方面，碳纳米管可用来制备温度传感器、光电传感器和气敏分子探测器等。
三、活性炭活性炭是由大量孔隙和中空空间组成的一种多孔材料。
它的制备方法包括物理碳化、化学碳化和物理化学碳化。
其中，物理碳化法是将可燃物质（如木材、椰子壳、甲醛等）在高温下处理，去除其有机组分制造而成。
活性炭有多种用途，包括水处理、气体处理、电解质和化学品在制药、化妆品、烟草和食品工业上的应用等。
在水处理方面，活性炭被用来去除水中的杂质、异味和色度等。
在气体处理方面，活性炭被用来去除空气中的杂质、异味和有毒气体等。
在化学品生产方面，活性炭可用于提取、纯化和干燥化学品。
小结碳素材料因其特殊性质而被广泛应用于多个领域。
交流炭素新材料
交流炭素新材料炭素新材料是指由纯炭素元素构成的一类材料。
它具有多种独特的物理和化学特性，广泛应用于各个领域。
炭素新材料包括石墨烯、金刚石、碳纤维等。
下面，我们来探讨一下炭素新材料的特性和应用。
首先，石墨烯是炭素新材料中最具代表性的成员之一。
它由一个碳原子层构成，具有很高的导热和导电性，使其成为电子器件和导体的理想材料。
石墨烯还具有出色的机械强度和柔韧性，能够承受高强度的拉力。
此外，石墨烯具有极高的比表面积，具有良好的吸附能力，可用于分离和储存气体和液体。
其次，金刚石是一种非常坚硬的炭素新材料。
它是由纯碳元素构成的晶体结构，具有很高的硬度和热导率，使其成为切削工具、磨料和高温材料的理想选择。
金刚石还具有良好的光学性质，可以应用于透镜、激光器和光电子器件。
碳纤维是一种由纤维状碳元素构成的炭素新材料。
它具有轻质、高强度和高模量的特性。
碳纤维可以在航空航天、汽车和体育器材等领域中替代传统材料，以降低重量而提高性能。
此外，碳纤维还具有良好的耐蚀性和电导性，使其在化学工业和电子器件中具有广泛的应用潜力。
除了石墨烯、金刚石和碳纤维，炭素新材料还包括许多其他类型，如碳纳米管、碳化硅和炭黑等。
这些材料具有各自的特性和应用领域。
例如，碳纳米管具有优异的电子、光学和力学性能，可以用于电子器件、纳米传感器和增强复合材料。
碳化硅是一种耐高温、耐腐蚀的材料，用于制造陶瓷和涂料。
炭黑是一种微米级的柱状碳材料，广泛应用于橡胶、塑料、油墨和涂料等行业。
总之，炭素新材料具有许多独特的特性和广泛的应用领域。
通过研发和应用这些材料，我们可以推动科学技术的发展，并为人类社会的可持续发展做出贡献。
将来，随着对炭素新材料的深入研究，我们有望发现更多新的材料和应用，为人类带来更多的惊喜和机遇。
石墨制品的浸渍方法
石墨制品的浸渍方法
刘琼
【期刊名称】《碳素译丛》
【年(卷),期】1997(000)003
【摘要】本发明是有关结构石墨的生产，能用于侵蚀性介质中使用的热交换设备上。
例如用于制备无机肥料等的设备上。
本发明提高了石墨制品的导热性和耐腐蚀稳定性，改善了安全技术条件，降低了有害气体污染程度及减少了易爆性。
【总页数】3页(P23-25)
【作者】刘琼
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ127.11
【相关文献】
1.高密石墨制品制造方法 [J], 黄德训
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3.国外提高炭—石墨制品性能的一种有效的补强措施——浸渍 [J], 王俐
4.石墨制品的浸渍组分 [J], 无
5.用木质素磺酸盐络合物浸渍制备炭和石墨制品的方法 [J], 无
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Q Pt
式中
P
——平均功率，J/s。
8.4.2 石墨化炉简介 目前，工业石墨化炉都是电热炉。按加热方式区分，可以分为外加热法、内 加热法和间接加热法；按运行方式区分，可以分为间歇式生产与连续生产两 种。
预热的目的： 1）驱除微孔中吸附的气体。 2）排除孔隙中吸附的水分。 3）制品本身的温度与浸渍 剂温度相匹配。
8.4 关于浸渍介质
炭素制品浸渍介质多用煤沥青。浸渍后的沥青返回到沥青贮罐内，一 般在一个月之内更换一次。 沥青更换的原因：浸渍沥青在浸渍过程中，要经过加热、压缩空气搅 拌等，则沥青将发生氧化缩合，轻馏分跑掉，沥青分子增大，沥青软化 点增高，游离碳含量增加。这样便会使沥青浸润能力减弱，以至影响浸 渍效果。 ●对浸渍煤沥青的技术要求 煤沥青技术指标如下： 1）灰分：不大于0.3%。 2）水分：不大于0.2%。 3）挥发分：60～70%。 4）软化点：55～75℃（水银法）。 5）游离碳：18～25%。 煤沥青软化点不符合要求时，用蒽油调节，葱油的质量指标如下：水分 不大于0.5%；苯不溶物不大于0.5%；比重1.1～1.15g/cm3。
1—炉头内墙石墨块砌体；2—导电电极；3—炉头填充石墨粉空间； 4—炉头炭块砌体；5—耐火砖砌体；6—混凝土基础；7—炉侧槽钢支柱； 8—炉侧保温活动墙板；9—炉头拉筋；10—吊挂活动母线排支承板；11—水槽
（2）内串石墨化炉
这是一种不用电阻料的内热式加热炉。电流通过产品产生的“焦耳热”，几乎大部分加 热了产品，所以产品温度比较均匀。这种炉子的工艺特点要求电流密度高，比艾奇逊炉 高15～25倍。由于产品自身加热快，高温时间短，所以电损小，热损少，工艺本身不用 电阻料，简化了工艺操作。炉芯温度可达2700℃以上，石墨化程度高。能量利用率达到 49%。这种炉子只能石墨化大规格产品，并且要用针状焦生产超高功率石墨电极。
1—炉尾电极； 2—导电石墨块； 3—炉头电极； 4—中间隔墙； 5—耐火砖墙； 6—红砖墙
（3）“∏ ”形石墨化炉 “∏”形石墨化炉实际上是将两台艾奇逊石墨化炉合并后串联的一种新炉型， 如图所示。这种炉子由于导电电极都在炉子的一侧，所以省去了一般石墨化 炉两侧必需的移动母线排，因此节约电能。它的缺点是中间炉墙容易损坏， 且全炉产品质量不均等。
浸渍是提高与改善炭素制品物理和化学性能的重要措施，特别是对需要高强度和高密 度、低渗透的炭素制品来说，为了减少孔隙率和提高体积密度、机械强度和降低渗透 率都必须经过一次或多次浸渍作业来实现。
8.2. 炭素制品的孔径分析
经压型后的生制品孔度很低。但是生制品在焙烧后，由于煤沥青在焙烧过 程中一部分分解成气体逸出，另一部分焦化为沥青焦。生成沥青焦的体积 远远小于煤沥青原来占有的体积，虽然在焙烧过程中稍有收缩但仍在产品 内部形成许多不规则的并且孔径大小不等的微小气孔在石墨化制品的总孔 度一般达25-32%，炭素制品的总孔度一般为16～25%。
1—石墨块砌体； 2—炉墙； 3—装入产品（立 装）； 4—导电电极；5— 隔墙
（4）间接加热的石墨化炉
间接加热的石墨化炉中，待石墨化炭制 品不与电源直接接触，加热到石墨化温 度所需的热量是通过感应途径从另一个 发热体传递过来的。最简单的间接加热 石墨化炉如图所示。这是一种用焦粒作 电阻的发热体的管式炉。待石墨化产品 可连续通过一根埋在焦粒中的石墨管而 实现石墨化。炉体尺寸为1m见方，石 墨管的内径只有50mm，长为2m。通 电后，石墨管的中心部位温度可达到 2500℃。这种炉子只能生产小规格产 品，待石墨化产品要借助外力推动并以 一定速度连续通过石墨管。
40～60
2.00～2.05 1.50～1.60 24.50～34.30 20～25 0.5
6～12
2.20～2.23 1.50～1.65 15.68～29.40 25～30 0.3
真密度，g/cm3 体积密度，g/cm3 抗压强度，Mpa 孔度，% 灰分，% 热导率，W/(m·k)
3.6～6.7 (175～675℃) 1.6～4.5 (20～500℃)
1—导电电极；2—炉体外墙；３—焦 粒电阻料；４—炉管；５—冷却水管
课程总结
炭 素 材 料 基 本 知 识
炭素材料定义及其三大常用基础晶型态物质 炭的基本形成过程和存在的形式 炭素材料（制品）的特性和基本类型 铝电解阴极炭块的种类及性能要求 高炉炭块的性能要求 石墨制品的特性及常用原料 炭素材料在国民经济发展中的重要意义
4）催化剂 在一定的条件下，添加一 定数量的催化剂，可以促进 石墨化的进行，如硼、铁、 硅、钛、镍、镁及其某些化 合物等。
催化剂的添加有其最佳加 入量。过多地添加必将适得
其反。目前在炼钢用的石墨
电极中常添加铁粉或铁的氧 化物作添加剂。
8.6 石墨化炉
8.6.1 石墨化炉的加热原理 石墨化炉是采用制品和电阻料做“内热源”的电阻炉。然而电阻料的电 阻率是制品的99倍。因此，实际上全部焦耳热是由电阻料发出的，而电极 制品的加热是通过电阻料颗粒的热传导和热辐射来进行的，所以，在石墨 化炉中电极制品本身的加热是间接式的。因而，石墨化炉的发热主要是电 阻料的发热。根据焦尔-楞次定律：电流通过导体时所产生的热量与通过的 电流的平方成正比，也与导体电阻大小以及通电时间成正比。其计算公式 如下： Q=I2Rt 式中Q——电流通过导体所产生的热量，J； I——电流，A； R——导体的电阻，Ω； t——通电时间，s。
0.00235
相邻晶层距离 Å 3.4233
3.3989
2530
2780
05
3.3743
3.3674
3000
68
0.00085
3.3644
石墨化程度和高温下的停留时间也有一定的关系。但效果远没有提高温度明显。
在实际生产过程中，保温操作是为了使炉内温度达到均匀，致使产品质量均匀。
炭 素 材 料 的 制 备 原 料
主要原料的种类 石油焦的来源及分类 煤的形成以及无烟煤与普通煤的区别 煤沥青的形成及其在炭素材料制备中 的作用 煤沥青性能表征方法
石 油 焦 煅 烧 工 艺 及 设 备
原料煅烧的目的 煅烧过程中原料的物化性质的变化 煅烧设备的分类 回转窑煅烧中窑内的温度分布 回转窑煅烧的关键工艺控制 回转窑煅烧炭素原料的优点和缺点
2）温度 温度决定着石墨化程度。不同的碳材料，开始石墨化温度不同。石油焦一般 在1700℃就开始进入石墨化，而沥青焦则要在2000℃左右才能进入石墨化的转 化阶段。制品的石墨化程度和温度的关系如表所示。
在该温度下停留时间 min 68
63
温度，℃ 2000
2250
电阻率 · cm 0.00352
8.5.2 石墨化工艺
1）石墨化与焙烧的区别
石墨化制品与焙烧制品的主要差 项 目
电阻率，10-6·m
焙烧品
石墨化品
别在于碳原子和碳原子之间的晶
格在排列顺序和程度上存在着差 异。焙烧品的碳原子排列属于 “乱层结构”，而石墨化品属于 “石墨结构”，内部微观结构不 同。它们在宏观表现的理化性质 也不同。从表上可以看出，焙烧 品经石墨化后，电阻率降低到 1/3:1/4，真密度提高约10%，导 热性提高10倍，膨胀系数约降低 1/2，氧化开始温度提高，杂质气
炭素制品中包括两种不同的气孔： 1）开口气孔：开口气孔是和外界大气相贯通的，其大小差别很大，一 般气孔的孔径在0.01～100μm的范围内，其中孔径大于1μm的开口气孔约 50%以上，0.1～1.0μm孔径的约10～25%；孔径0.01～0.1μm的约10～20%； 小于0.01μm的一般在10%以下。 2）闭口气孔：闭口气孔是不和外界大气相贯通的。所以浸渍对闭口气 孔是不起作用的。
8.5.3石墨化工艺的影响因素
影响石墨化的主要因素是原料、温度、压力和催化剂等。
1）原料 在石墨化制品生产中，选择易石墨化的原料是先决条件，在同样热处理温度下， 易石墨化碳更容易成长为石墨晶体（见表）。因此，高功率、超高功率电极都采用易 石墨化的针状焦故原料。
石墨类型 定向石墨 针状焦石 墨 所用焦炭 定向焦 针状焦 热 处 理 X-光数据
8.5 石墨化
8.5.1 石墨化的定义及其作用 石墨化是把焙烧制品置于石墨化炉内保护介质中加热到高温，使六角碳原 子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠，且具有石墨 结构的高温热处理过程。 石墨化的目的： 1）提高产品的热、电传导性。
2）提高产品的耐热冲击性和化学稳定性。
3）提高产品的润滑性、抗磨性。 4）排除杂质，提高产品强度。
3）压力 加压石墨化有明显的促进作用。研究者把石油焦等碳化物在1～10GPa的压 力下加热时发现，在1400～1500℃的低温下就开始石墨化。相反，减压石墨 化时，对石墨化有抑制作用。实践证明，如果石墨化在真空条件下进行，则 它将达不到一般大气压下能够达到的石墨化程度，如图所示。
石油焦制品层间距与大气压和温度的关系 ●—大气压；○—低气压；—真空
第八章 炭素材料浸渍及石墨化工艺
8.1 浸渍的基本概念
浸渍（ impregnation）的定义:
用非金属物质（如油、石蜡或树脂）填充烧结件的连通开孔孔隙的方法
浸渍的原因：炭素制品经焙烧后由于大量气孔的存在必然会对产品的理 化性能产生一定的影响。一般说来，石墨化制品的孔度增加，其体积密度 下降，电阻率上升，机械强度减少，在一定的温度下的氧化速度加快，耐 腐蚀也变坏，气体和液体更容易渗透。 浸渍的目的：浸渍是一种减少产品孔度，提高密度，增加抗压强度，降 低成品电阻率，改变产品的理化性能的工艺过程。 浸渍机理：在一定的温度和压力下，迫使液态浸渍剂浸入多孔材料的气孔中， 以提高其体积密度和降低其渗透率的机理。
8.3 炭素制品的浸渍
将焙烧出来的半成品装入铁筐内，随铁筐一起放入预热箱，在260～320℃的 温度下预热并保温4h以上。预热后的产品迅速连同铁筐一起装入浸渍罐内 （此前浸渍罐应预热到100℃以上）。关闭罐盖开始抽真空，真空度要求 86659.3Pa以上，抽真空时间不少于45分钟。然后向罐内加入160～180℃的煤 沥青，再加压。加压结束后抽出浸渍剂，并加水冷却制品。