前言
本书阐述了炭和石墨制品的基本性能、主要产品和质量要求，对迅速发展中的新型炭素材料作了介绍。其主要内容为以炭和石墨制品为主线的工艺过程，深入论述了各工序的工艺原理、设备构造、技术操作、影响因素等问题。本书还收集并介绍了近年来在炭素工艺方面的新技术、新工艺和新设备。
本书由华东冶金学院钱湛芬任主编，武汉冶金科技大学何选明编写第2、8、9章；武汉冶金科技大学王丽芳编写第3章；华东冶金学院杨俊和编写第4、7章，绪论及其余各章由钱湛芬编写。
本书初稿经上海炭素厂杨国华、鞍山热能学院李志龙、鞍山钢铁学院徐君及华东冶金学院冯映桐等同志组成的审稿小组进行审查和讨论。根据审稿的意见和建议，编者对初稿作了修改。最后由主编对全书作了最终修改和整理。
编者
1996年4月
目录
绪论 (1)
１炭和石墨材料 (5)
１．１炭素材料的基本性质 (5)
１.１.１碳的晶体结构 (5)
１.１.２炭素材料的结构性质 (7)
１.１.３炭素材料的机械力学性质 (10)
１.１.４炭素材料的热学性质 (13)
１.１.５炭素材料的电学和磁学性质 (17)
１.１.６炭素材料的化学性质 (18)
１.１.７炭素材料的核物理性质 (19)
１.１.８炭素材料的生物相容性 (21)
１.２炭制品 (22)
１.２.１炭电极.................................................................. . (22)
１.２.２炭阳极 (22)
１.２.３炭块和炭砖 (23)
１.２.４炭电阻棒 (24)
１.２.５炭棒 (24)
１.３炭糊类产品............................................. (25)
１.３.１电极糊 (25)
１.３.２阳极糊 (25)
１.３.３用于填缝及粘结的炭糊 (26)
１.４人造石墨电极 (26)
１.４.１石墨电极在炼钢中的消耗 (27)
1.4.2 电极质量对电极消耗的影响 (27)
1.4.3 普通石墨电极的要求 (28)
1.4.4 高功率和超高功率电极 (28)
1.4.5 抗氧化涂层石墨电极 (29)
1.5 其它石墨制品 (30)
1.5.1 石墨阳极 (30)
1.5.2 不透性石墨材料 (30)
1.5.3 高纯石墨和高强石墨………………………………………………………………… .31
1.5.4 高密度各向同性石墨材料 (32)
2 炭素生产用原材料 (33)
2.1 固体原料 (33)
2.1.1 石油焦 (33)
2.1.2 沥青焦 (36)
2.1.3 针状焦 (38)
2.1.4 冶金焦 (39)
2.1.5 无烟煤 (40)
2.1.6 其他固体原料 (41)
2.2 粘结剂和浸渍剂 (43)
2.2.1 煤沥青 (43)
2.2.2 树脂 (45)
2.3 辅助材料 (46)
3 原料的煅烧 (48)
3.1 煅烧原理 (48)
3.1.1 煅烧的目的 (48)
3.1.2 煅烧前后焦炭结构及物理化学性能的变化 (48)
3.1.3 煅烧温度与煅烧质量指标 (52)
3.2 煅烧工艺和设备 (53)
3.2.1 罐式煅烧炉 (54)
3.2.2 回转窑 (60)
3.2.3 电煅烧炉 (65)
3.3 煅烧地位的变化与二步煅烧 (68)
3.3.1 煅烧地位的变化 (68)
3.3.2 回转床与二步煅烧 (68)
4 原料的粉碎、筛分、配料及混捏 (70)
4.1 原料的粉碎 (70)
4.1.1 粉碎的概述 (70)
4.1.2 粉碎方法与设备 (71)
4.2 原料的筛分 (76)
4.2.1 粒度组成及粒度分析 (76)
4.2.2 筛分效率与筛分纯度 (77)
4.2.3 筛分设备 (78)
4.2.4 影响筛分作业的因素 (79)
4.3 配料 (81)
4.3.1 适用原料的选择 (81)
4.3.2 粉体混合与粒度组成的确定 (82)
4.3.3 粘结剂用量的确定 (85)
4.3.4 生产返回料的利用 (87)
4.3.5 实用配方的计算 (87)
4.4 混捏 (92)
4.4.1 混捏的目的与方法分类 (92)
4.4.2 固体颗粒与粘结剂的相互作用 (92)
4.4.3 混捏设备与工艺 (94)
4.4.4 粉末混合设备与工艺 (97)
4.4.5 影响混捏质量的因素 (99)
5.1 成型过程的基本概念 (101)
5.1.1 成型过程的剪切力 (101)
5.1.2 压粉及糊料的塑性 (101)
5.1.3 压粉与糊料的流动性 (101)
5.1.4 成型过程中，颗粒的自然取向性 (101)
5.2 模压成型 (102)
5.2.1 模压成型概述 (102)
5.2.2 模压成型的基本原理 (102)
5.2.3 模压成型设备 (105)
5.2.4 模压成型工艺操作 (105)
5.3 挤压成型 (106)
5.3.1 挤压成型过程 (106)
5.3.2 挤压成型的基本原理 (107)
5.3.3 挤压成型设备 (109)
5.3.4 挤压成型操作 (110)
5.3.5 挤压时影响压力大小的因素 (112)
5.3.6 影响挤压制品质量的因素 (112)
5.4 振动成型 (115)
5.4.1 振动成型的原理 (115)
5.4.2 振动成型工艺的特点 (115)
5.4.3 振动成型的设备 (116)
5.4.4 振动成型的操作 (117)
5.5 等静压成型 (117)
5.5.1 冷等静压成型的基本原理及主要特点 (117)
5.5.2 冷等静压成型的设备 (118)
5.5.3 冷等静压成型的操作 (118)
5.5.4 冷等静压成型的规律 (119)
6 炭制品的焙烧 (121)
6.1 焙烧原理 (121)
6.1.1 焙烧过程 (121)
6.1.2 焙烧时粘结剂的迁移 (121)
6.1.3 粘结焦的生成 (122)
6.1.4 生制品在焙烧阶段的变化 (123)
6.2 焙烧的工艺制度 (124)
6.2.1 升温曲线 (124)
6.2.2 焙烧最高温度 (125)
6.2.3 焙烧后出炉温度 (125)
6.2.4 焙烧炉的操作因素 (126)
6.3 焙烧设备及其操作 (126)
6.3.1 倒焰窑 (126)
6.3.2 隧道窑 (128)
6.3.3 环式焙烧炉 (131)
6.3.5 闸钵焙烧 (139)
6.4 影响焙烧制品质量的因素 (139)
6.4.1 焙烧体系中气氛的影响 (140)
6.4.2 压力的影响 (140)
6.4.3 加热制度的影响 (141)
6.4.4 填充料的影响 (141)
6.5 二次焙烧 (143)
6.5.1 二次焙烧的目的 (143)
6.5.2 二次焙烧的特点 (144)
6.5.3 二次焙烧装置 (144)
6.6 加压焙烧工艺 (147)
6.6.1 气体加压焙烧 (148)
6.6.2 气体压力与机械压力同时加压的焙烧 (149)
7 浸渍 (151)
7.1 浸渍的基本概念 (151)
7.1.1 浸渍的意义 (151)
7.1.2 浸渍对象及浸渍剂种类 (151)
7.1.3 评定浸渍效果的方法 (151)
7.1.4 浸渍前后制品气孔的变化 (152)
7.2 浸渍的工艺与设备 (153)
7.2.1 浸渍工艺 (153)
7.2.2 浸渍设备 (157)
7.3 浸渍过程的烟气治理 (158)
7.4 影响浸渍效果的因素 (160)
7.4.1 浸渍剂的性能 (160)
7.4.2 制品的结构及状态 (160)
7.4.3 浸渍的工艺条件 (161)
8 石墨化 (163)
8.1 石墨化原理 (163)
8.1.1 石墨化目的 (163)
8.1.2 石墨化度 (163)
8.1.3 石墨化机理 (164)
8.1.4 石墨化的热力学和动力学分析 (166)
8.1.5 石墨化过程 (173)
8.1.6 材料结构变化与石墨化条件的关系 (174)
8.2 石墨化炉与供电装置 (176)
8.2.1 石墨化炉 (176)
8.2.2 石墨化炉的供电装置 (180)
8.2.3 石墨化炉与供电装置的匹配 (183)
8.3 石墨化生产工艺 (186)
8.3.1 石墨化炉的生产操作 (186)
8.3.3 石墨化炉供电制度 (191)
8.3.4 石墨化炉的温度特性 (195)
8.4 高纯石墨化 (197)
8.4.1 纯化石墨化原理 (197)
8.4.2 通气纯化工艺与通气石墨化炉 (198)
8.5 强化石墨化与内串石墨化 (199)
8.5.1 强化石墨化 (199)
8.5.2 内热串接石墨化 (200)
8.5.3 连续石墨化 (201)
9 新型炭素材料 (203)
9.1 炭纤维及其复合材料 (203)
9.1.1 炭纤维的制备 (203)
9.1.2 炭纤维的特征 (206)
9.1.3 炭纤维及其复合材料的用途 (208)
9.2 热解炭和热解墨石 (209)
9.2.1 概述 (209)
9.2.2 原料气和基体 (209)
9.2.3 制备方法 (209)
9.2.4 热解炭和热解石墨的性能 (210)
9.2.5 热解炭和热解石墨的用途 (210)
9.3 石墨层间化合物 (210)
9.3.1 石墨层间化合物的分类 (210)
9.3.2 石墨层间化合物的合成 (211)
9.3.3 石墨层间化合物的性能与用途 (211)
9.3.4 柔性石墨 (211)
9.4 玻璃炭 (212)
9.5 泡沫石墨 (213)
9.6 金刚石薄膜 (213)
9.6.1 概述 (213)
9.6.2 金刚石薄膜的制备 (213)
9.6.3 金刚石薄膜的性能 (215)
9.6.4 金刚石薄膜的应用 (215)
9.7 富勒烯 (215)
9.7.1 概述 (215)
9.7.2 60的制备与提纯 (215)
9.7.3 富勒烯的性能与用途 (216)
参考文献 (218)
绪论
炭素材料是一种古老的材料，又是一种新型材料。早在史前人类就与发物质发生关系。但从原始、粗糙的炭素材料发展到近代的、高质量的工业炭素材料，在世界上只有100 多年的历史，在我国仅有30多年的历史。
公元前8000年人类已经把炭物质作为燃料。公元前3000年开始，有色金属冶炼就用炭。公元2世纪，中国汉代已经开始用煤烟制墨。公元15世纪就出现了以木炭为还原剂及燃料的高炉雏形。早在16世纪（明代）我国冶炼工业已用天然石墨和粘土制成耐火坩埚，这也许是人类最早的炭素制品。16世纪中叶，用细长的石墨条作为铅笔，而用石墨和粘土作成铅笔芯则始于1804年。1810年英国戴维用木炭粉和煤焦油混合、成形、焙烧制成炭棒。作为伏特电池的正极。1842年德国本生制成炭电极代替了电池中昂贵的铂电极。1855年，德国康拉脱公司是第一个生产电池用炭电极的工厂。
19世纪70年代以后，随着蒸汽机的发明，提供了充足的电能，开辟了炭材料在电化学、电热等工业中的应用。这包括了电机用电刷、炭粒、电话用炭质振动膜以及电解制铝、铁合金生产所用的炭电极、阳极糊、电极棚等。但这些电极都是无定形碳，它们在电容量、抗腐蚀性以及抗热震性等方面还是不够理想的。
1896年，美国艾奇逊发明了人造石墨电极，1899年艾奇逊石墨公司成立（其后与美国国家炭素公司合并，现为联合碳化物公司的炭素制品分厂），从事人造石墨电极的生产。人造石墨的出现为炭素工业的发展揭开了新的一页。早期所用炭电极的大部分为人造石墨电极所取代。炭电极则主要用于不需要大电流容量及要求价廉的地方。
除了与电有关的工业应用外，炭制品由于它的耐腐蚀性、耐高温性、自润滑性、导热性等特性，在其它工业也得到了广泛应用。第一种是作为结构用炭制品，如最早用作高炉内衬的炭块。由于其热稳定性好，以及对熔融铁和渣的抗蚀性好，所以在还原气氛中，炭块是性能优于耐火材料的耐热材料。1890年德国就开始使用炭块，但直到第二次世界大战后才在世界上得到广泛应用。第二种是化学工业用炭制品。化学工业需要大量耐腐蚀及导热性好的材料。1910年美国贝克兰发明了酚醛树脂，并用它来浸渍炭制品，制成了不透性炭制品，从此开辟了炭制品在化学工业中的应用。第三种用途是密封材料。由于炭材料具有自润滑性、耐腐蚀性及滑动时不与金属发生烧结现象等特点，扩展了机械用炭材料的应用领域。
1942年，留美的意大利核物理学家弗米建立了最早的核反应堆CP-1。在此核反应堆中，采用高纯、高密石墨作为中子减速材料。其后，英国卡尔德一霍尔反应堆应用了几千吨石墨．为炭素材料的应用开辟了新领域。核反应堆石墨要满足非常苛刻的条件，为此，促进了对炭素制品制造工艺和其物理、化学性质的研究。炭素材料作为材料科学的一个分支，对它进行系统的研究开始于40年代，到50年代达到高潮。
40年代到50年代的重要成果除核反应堆用石墨外，高纯高密石墨还用作精炼半导体单晶炉的发热体和坩埚、舟、皿等。50到60年代的重要成果为热解炭和热解石墨的研制成功，使之用于宇航、医学、生物等各个领域。60年代至70年代的主要成就是制成炭纤维及其复合材料，这方面的研究正在不断持续，并有更为广阔的前景。与此同时，研制成功的还有玻璃炭、柔性石墨等。从70年代以来，石墨层间化合物的研究引起各国炭化工学家的重视。80年代后期以来，又掀起C60化合物的研究热潮。
碳在自然界中的丰度为0．08％，占地壳中各元素含量的第13位。碳的资源以两种形式存在。一种是循环型的资源，大气里的CO2通过植物，海洋里的CO2通过浮游生物，迁移到生物圈，而相近数量的碳则由生物的呼吸和遗骸的分解而回到大气和海洋里。大气和海水还通过海面进行着CO2的交换。这种循环速度是相当高的。另一种是数量极大的堆积物，这种碳资源数量很多，但均为化合物。天然产的近于纯碳的数量非常少，如金刚石和石墨。无烟煤也是最接近纯碳的天然物质。此外碳含量高的原始物还有煤、石油等，是人
类所用含碳物质的主要来源
材料一直是人类社会进化的重要里程碑，有史以来，人类社会的发展和进步，总是与新材料的出现和使用分不开的。如石器时代、青铜时代、铁器时代都是以材料作为时代的主要标志。材料又是技术进步的先导和基础。例如，若没有半导体材料的工业化生产，就不可能有目前的计算机技术；没有现代的高温、高强度结构材料，也就没有今天的宇航工业。材料和元件的突破会导致新技术产业的诞生，对国民经济甚至对人类生活产生重大影响。我国为今后高新技术发展确定了七个重点：即生物、航天、信息、激光、自动化、能源和新材料，而新材料又是其它新兴技术的物质基础。
炭素材料是无机非金属材料，它具有很多独特的物理、化学性质，还具有将其它固体材料（如金属、陶瓷、有机高分子材料）的性质巧妙地结合起来的特点。图0－1表示了炭素材料与金属、陶瓷、有机高分子材料性质的比较。
由图可见，炭素材料在导电性、导热性方面与金属材料有相似之处，在耐热性、耐腐蚀性方面与陶瓷材料有共同性，而在质量轻、具有还原性和分子结构多样性方面又与有机高分子材料有相同之处。由此说明，炭素材料兼有金属、陶瓷和有机高分子三种主要固体材料的特性。而它又有别的材料无法取代的性质，如比弹性率、比强度高，减震率大，生物相容性好和具有自润滑性及中子减速能力等特点。此外，由于呈多晶体碳的生成过程和微晶的成长程度以及它们的集合状态的多样性，使炭素材料的性质易于变化，以适应各种不同的用途。最近30多年来，炭素材料工业得到了迅猛发展，原有产品的质量和性能有了很大提高，又涌现出大量新品种，使它的应用范围日益扩大。当前，炭素材料已广泛应于冶金、化工、电子、电器、机械等工业以及核能和航空航天工业，乃至作为人体生理补缀材料。炭素材料已经成为近代工业中不可缺少的结构材料和功能材料。
随着新技术革命浪潮的到来，材料科学正孕育着新的突破。而复合材料就是实现这个突破的一个重要方面。复合材料就是由两种或两种以上材料组成的新材料。这种新材料既保持了原材料的特点，又使各材料之间取长补短，形成一种崭新的材料。21世纪必将成为复合材料的黄金时代。而炭素材料与其它材料复合的炭／炭复合材料，炭／金属复合材料，炭／树脂复合材料，炭/ 陶瓷复合材料已经诞生，必将在各个工业部门和人类生活以及高科技领域发挥作用。
至80年代末，全世界炭素材料总产量已超过100万t/年，其中使用最广、产量最多的
产量的2／3。所以，本教材还是以制备粘结成型炭和石墨制品的生产工艺为主线。为了跟上新技术发展的步伐，对数量虽少，但其性能优异，应用领域广泛，有极其广阔发展前景的型炭素材料在第9章中予以介绍。
粘结成型炭和石墨制品的生产工艺流程示于图0-2。其基本工艺过程包括原料的选择；原料的预处理（预碎、煅烧）；原料的粉碎和筛分分级；原料组成及粒度配料；加入粘结剂并进行混捏；混捏后糊料成型；成型后生制品的焙烧；焙烧的半成品进行石墨化。当要求高密度、高强度产品时，可以对焙烧后生制品进行一次或多次浸渍，每次浸渍后再作焙烧处理。当要求高纯产品时，还需将石墨化后的制品进行高温纯化处理。最后对炭和石墨
制品的毛坯作机械加工。
l 炭和石墨材料
炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。为了简便起见，有时也把炭和石墨材料统称为炭素材料（或碳材料）。炭和石墨材料可以分为常用炭素材料及新型炭素材料。近年来，新型炭素材料蓬勃发展，它的种类繁多，性能优异，有着广阔的应用前景。但在目前的实际生产中，常用炭素材料的产量还占有绝大多数（约占四分之三以上），在工业生产中已广泛应用。本章主要介绍常用带粘结剂的炭素材料（如炭制品、石墨制品、炭糊类）以及它们的基本性质。
1．1炭素材料的基本性质
1.1.1 碳的晶体结构
到目前为止，已经发现碳有四种晶形，即金刚石、石墨、炔炭和富勒烯（或称巴基球）。
1.1.1.1金刚石的结构（图1－1）
金刚石是最典型的共价键晶体，其中每个碳原子通过Sp3杂化轨道与相邻的4个碳原子形成共价键，键长为1.5445 × 10-10m，键问的夹角为109o28′。金刚石为面心立方晶体，每个晶胞中含有8个碳原子，晶胞边长a=3.5597 × 10-10 m，理论密度等于3．5362g/cm3。金刚石的碳原子之间都是共价键结合，共价键是饱和健，具有很强的方向性，结合力很强，所以金刚石具有很高的硬度及很高的熔点，而且是电绝缘体。
1.1.1.2 石墨的结构
石墨结构是由Sp2杂化轨道形成的，即1个2S电子和2个2p电子杂化形成等价的杂化轨道。位于同一平面上，交角为120o，它们相互结合形成σ键，而1个未参加杂化的2p电子则垂直于平面，形成π键，由此构成石墨的六角平面网状结构，以平行于基面的方向堆砌，见图1－2。
在石墨平面网状层内是σ键叠加π键，而在六角平面网层间则以较弱的范德华分子结合。石墨有两种堆砌形式：一种以AB AB三维空间有序排列（图1—2a）称为六方晶系石墨，其碳原子间键长为1.4211 × 10-10m，层间距d＝3.3538 × 10-10m，晶胞边长a=2.4612 × 10-10m，晶胞高c＝6.7079× 10-10m；另一种是以ABC ABC三维空间有序排列，称为斜方晶系石墨（图1－2b），这种结构实际上是六方晶系的变态，是由于晶体缺陷造成的。这种石墨在天然石墨中占20％～30％，当3000℃处理后，就成为六方晶系，放在人造石墨中不存在。
具有理想石墨晶体结构的巨大石墨单晶是不存在的，即使从天然鳞片石墨中精选出来的单晶，其尺寸也仅几毫米。但它作为一个科学模型，对炭素材料来说具有重要的指导意义。
1．1．1．3 炔炭
炔炭是由S p杂化轨道形成方向相反，交角为180o的σ键，2个未参与杂化的2p电子形成2个π键，生成线状聚合物键（C－C≡C－C≡C－）。因其结构单元与炔烃相对应，故称为炔炭。
1．1．1．4富勒烯（或苏巴基球）
富勒烯的发现得益于碳原子簇的研究。早在70年代就有人设想过球分子的存在。1985年，克罗托等人在用激光轰击石墨靶，作碳的气化试验时发现了一种60个碳原子组成的稳定的原子簇，用质谱检验，它具有720个原子质量单位，即由60个碳原子组成，简写为C60的结构为20个正六角环和12个正五角环组成的笼形结构，其中每个正五角环为正六角环所分隔开；其后又发现大多数偶数碳原子簇都可以形成封闭笼形结构，其五角环数恒定为12个，而六角环数则因笼的大小而定。五种最典型的稳定化的富勒烯结构示于图1-3。
单个C60分子的对称性很高，人们将其描述为平截正20面体形成的32面体，直径为7.1?。C60共有60个顶角，每一个顶角为两个正六角环和一个正五角环的聚会点，在每一个顶角上有一个碳原子，每个碳原子以二个单键、一个双键与相邻的三个碳原子相连结。
每一个六角环，G与C之间以S p2杂化轨道形成共轭双键，而在笼的内外表面都被π电子
覆盖。整个分子是芳香性的。
C70的结构为12个五角环和25个六角环围成的一个37面体，碳原子占据70个顶角位置，有的是两个六角环和一个五角环的聚会点，有的为三个六角坏的聚会点。
最近报导有C76、C84也为稳定分子，并认为还可能存在如C180、C240等碳原子数更大
的成员。
1．1．1．5乱层结构
对于绝大多数炭素材料来说，它们不具备如理想石墨那样的三维有序结构，它们的六角网状平面很不完整，存在空洞、位错、边缘含杂原子以及杂质夹杂等缺陷。它们连结成波浪形层面，近似平行地堆积，这就是乱层结构。这些乱层结构堆积的层片数少，层间距也比理想石墨大。它们没有宏观晶体的性质，但在微细的区域内，其基体还是有一定的有序排列，这些微细结构称为微晶。根据微晶的聚集状态，可以有两种典型的结构，见图1－4。
图1--4a中的微晶定向性较好，微晶间交叉连结较少，层间距在3.44×10-10m左右，为可石墨化炭（或称易石墨化炭）。它在进一步热处理时可转化为石墨炭。图1--4b中微晶定向差。微晶间交叉连结，有许多空隙，层间距为3.7×10-10m，即使经高温热处理，也不可能成为石墨炭。故称为难石墨化炭（或称不可石墨化炭）。可石墨化炭与难石墨化炭可从热处理过程中层间d002和堆积层厚度Lc的变化来加以区别（见图1－5）。
1.1.2 炭素材料的结构性质
炭素材料的结构性质包括密度、气孔率、气孔结构和气体渗透率。
1．1．2．1 密度
炭素材料的真密度反映其石墨化度，比较精确的测定方法是用X射线衍射法测定其晶格常数a和c，然后按下式计算：
公式1-1
式中D t——真密度，g/cm3；
m——碳原子质量，1.65963×10-24g；
N——单位晶格中碳原子数，N＝4；
υ——单位晶体的容积，a2sin60o·c，μm3。
理想石墨的晶格常数a＝2.46×10-10m，c＝6.71×10-10m，经计算，理想石墨的真密度D t 为2．265g／c m3。人造石墨的真密度总要低于此值，这与其晶体缺陷有关。各种人造石墨材料的密度一般为2．16～2．23g／cm3，高密度的核石墨、热解石墨有时也可达到2．24～2．25g/cm3。在实际生产中，常用溶剂置换法来测定真密度（参见GB6155－85），其测值往往低于X射线衍射法，这是因为溶剂无法进入闭气孔所致。
体积密度D v是单位体积炭素材料的质量。该体积包括碳和孔隙的体积。其测定方法参见YB908－78（冶金工业部标准）。一般人造石墨的体积密度为1．50～1．759g／cm3，经特殊处理的产品可达1．90～2．20g／cm3。
1．1．2．2气孔结构
炭素材料的气孔可分为开气孔、闭气孔、贯通气孔；按其尺寸又可分为微孔（＜2nm 过渡孔（2n m～50nm）和大孔（＞50nm）。炭素材料的气孔结构应以多种参数综合描述，如气孔率、孔径及其分布、比表面积、形状因子等。
（1）气孔率炭素材料的全气孔率可以用真密度和体积密室米计算，如下式：
公式1-2
式中P t——全气孔率，％，
D t，D v——真密度和体积密度，g/cm3。
用溶剂置换法（参见Ybg908－78）时，溶剂无法进入闭气孔，故只能测得显气孔率。，
几种常用工业炭素材料的全气孔率列手表1－1。
有时也取与不规则气孔具有相同体积的圆柱形气孔的底面半径作为平均孔半径。
平均孔径有时还不足以描述孔的特征，通常还需要知道孔径分布。孔径分布通常用分布函数来表示，常用的有两种形式：一为数分布函数D N（R），表示孔半径介于R～R十ΔR范围内的气孔数占气孔总数的百分比；二是体积分布函数D V（R），表示孔半径介于R～R十ΔR范围内气孔的体积占气孔总体积的百分比。
（3）比表面积1g材料所具有的总表面积称为比表面积。比表面积在某种程度上反
映了材料可与外界接触的面积，对许多材料来说是一个十分重要的参数。比表面积一般用气体吸附法测定。
（4）形状因子气孔的形状也是描述气孔结构的重要特征参数。形状因子可以定义为气孔的长度与其宽度的比值。在实用上，气孔的长度可取气孔的最大Feret直径，而宽度则取气孔的最小Feret直径。
1．1．2．3 气体渗透率
炭素材料为多孔材料，所以在一定压力下，气体可以透过。气体在多孔材料中流动有三位形式。常压下，气体在较大孔径（孔径大于通过材料气体的平均自由程）内流动属于粘性流动。如果气体压力减小，使气体分子的平均自由程接近孔径时，呈滑动流动。当气体在毛细血管内流动，而且压力不大时，气体分子的平均自由程大于孔径，就产生分子自由流动。一般炭素材料的气体渗透率根据达尔赛定律，按下式计算：
公式1-4
式中K一气体渗透率，cm2/s；
Q—压力一体积流速，MPa·cm3/s；
L—试样厚度，cm；
A—试样截面积，cm2；
ΔP—在试样厚度两侧的压力差，M P a。
一般炭素材料的气体渗透率在0．1～10cm2/s的范围内。它与材料的气孔率没有直接关系，因为只有贯通气孔才能通过气体。经浸渍处理后的不透性石墨的气体渗透率约为10-8cm2/s，玻璃炭和热解炭则可达到10-8/cm2/s，与玻璃的透气率相同。
如果气体渗透率非常小时，通过微孔气流状态很复杂，需用其他公式计算。
1．l．3 炭素材料的机械力学性质，
1．1．3．1 炭素材料的机械强度
炭素材料的机械强度用抗压强度、抗折强度和抗拉强度来表征。石墨电极抗压强度、
抗折强度测定方法可参见GB1431－85和GB3074－82。炭素材料抗拉强度测定参见
YB909-78。它们的机械强度有下列特征。
（1）机械强度有各向异性平行于层面方向（∥）的强度大，而垂直于层面方向（┴）的强度低，见表12。
人造石墨的抗压强度为抗折强度的1．6～2．9倍，而抗拉强度则为抗折强度的0．47～0．60。
（2）炭素材料的比强度在常温下属于中等，但在2500℃以内，它的比强度随温度升高而增大。图1－6为随温度升高，抗拉强度的增加率。图1--7为人造石墨材料和其它几种典型的耐热材料比强度随使用温度升高而变化的曲线。由图可见，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，到2500℃才下降，所以炭素材料作为高温材料有其独特的优越性。
1．1．3．2 炭素材料的弹性模量及蠕变特性
（1）弹性模量是表示材料所受应力与产生应变之间关系，通常采用杨氏模量。石墨
晶体、石墨晶须、热解石墨和高模量炭纤维的弹性模量比较高，而一般炭素材料的弹性模量比较低。表1－3列出了炭素材料与一些金属材料弹性模量的比较。一般炭素材料在温下基本上属干脆性材料，容易发生断裂。炭素材料的弹性模量也具有方向性，对挤压产品
大多数炭素材料的弹性模量随温度升高而增大。图1－8为石墨制品的弹性模量与温度的关系。用石油焦或沥青焦制成的人造石墨，当温度上升到1800℃时，弹性模量比室温时提高了40％～50 ％。
杨氏弹性模量的测定方法可分为静测法和动测法。静测法是将试样夹在万能试验机的夹具上，然后加静拉伸负荷．测出试样的伸长变形，根据下列公式计算。求得弹性模量：公式1-5
式中E—杨氏弹性楼厦，MPa；
L V一试样原来长度，cm ；
（2）弹性体的应力一应变关系在弹性极限内呈线性关系，而且对交应变力是可逆的。炭素材料不同于弹性体，其应力一应变呈非线性关系。随着应力增加，相对于应力的应变比例也增加，即使在很小的应力作用下，也会发生塑性变形，并产生残余变形。在2000℃以上可以看到明显的蠕变。图1－9为人造石墨（挤压成型）在2500℃温度，应力为31MPa 时的蠕变曲线。图1－10为人造石墨（挤压成型）在不同温度下蠕变速度的实例。
还必须说明，炭材料比石墨材料的蠕变更大，且在更低的温度（例如1500℃）下就发生。而且炭素材料的蠕变也呈各向异性，一般平行于晶粒取向方向上蠕变小，而垂直方向
1.1.3.3 石墨材料的摩擦性能
石墨材料的优点在于既耐磨，又具有自润滑性。这是由于石墨晶体易于沿晶体层面剥离，在摩擦面上形成极薄的石墨晶体膜，而使摩擦系数显著降低。石墨对各种材料的摩擦
系数见表1－4。
在实际应用中，材料的耐磨性能与滑动速度有关。滑动速度增大，会使摩擦面的温度增高，摩擦材料发生不可逆的变化，而使其耐摩性降低。但石墨材料具有良好的导热性能，有助于把热量迅速从摩擦面上传走，因而滑动速度对摩擦系数和磨损率的影响很小，不致使其耐磨性能降低。
石墨材料所以能起自润滑作用，主要是因为石墨层与层之间结合力弱，易于相对滑动的缘故。当石墨在金属表面形成石墨薄层后，就成为石墨与石墨之间的摩擦。在水和空气存在情况下，石墨工作面上吸附水和气体分子，增大了层面间距离，减弱了层间引力；另外，水和气体分子占据了石墨边缘自由键的位置，这两个因素都使石墨两摩擦面不易附着。由此可见，石墨的自润滑性有赖于水和空气的存在。作为润滑材料的石墨制品，工作环境中水分临界值为5g／m3。低于此值，则石墨磨损率增大。但在温度为300～400℃的空气
介质中，由于石墨受强烈氧化而导致摩擦系数增高，而在中性或还原性介质中，即使温度
1．1．4 炭素材料的热学性质
固体材料的热学性质实质上是固体材料晶格中原子热振动在各方面的表现。固体材料的比热容、热膨胀、热传导都直接与此有关。
1.1.4.1 热容、熵和焓
通常的晶体遵循杜隆一普蒂定律，即在常温附近的比热容为2．09kJ／（kg·K）。炭素材料的比热容不服从该定律。炭素材料的比热容、比焓和比熵随温度的变化列于表1－5。
炭素材料的比热容不随石墨化度和炭素材料的种类而变化。从理论上讲，各向同性晶体的比热容与T3成正比；而在1．5～10K低温时碳的比热容与T2.4成正比，在0～60K 时则与T2成正比，由此证明石墨晶体为层状结构。
碳的蒸气压与温度关系示于图1-11。由图可见，碳的蒸气压力较低。在标准状态下，2500K时，约为0.1Pa（10-6atm）。因此在低于该温度应用时，蒸气压可以忽略不计。由于碳的这个特性，炭素材料往往可以在高温（例如2000℃左右）真空条件下使用，然而，在更高的温度和高真空情况下，蒸气压接近平衡状态，应注意炭素材料本身的消耗。
1．1．4．3 热导率
在固体材料中，热传导有两种方式。一种是由自由电子流动而实现，多数金属是属于这一类。另一种是靠晶格原子的热振动，非金属包括炭素材料在内属于晶格导热体。晶格热振动的原理是；在一定温度下，晶体中原子的热振动有一定振幅，一个原子振动就会对邻近原子施加周期性作用力，如果邻近原子处在较低温度，振动振幅相应较小，相互作用的结果，发生能量转移。这样就使热量由热端向冷端传递。这种热传导的热导率可用下式计算：
公式1-6
式中λ—热导率，w/(m·K)
C v—体积比热客，kJ/(m3·K)
υ—晶格波传递速度，m/s；
L—晶格波平均自由程，nm。
炭素材料的热导率有下列特点：
1）石墨的热导率呈现各向异性。因为在石墨晶体中晶格波主要沿晶格网平面传递的，而且在平面上还有π电子作用。
2）炭素材料的热导率与石墨化度有密切关系，石墨化度愈高，则热导率愈高。因为在常温或低于常温时，晶格波于平均自由程与微晶尺寸L a成正比。而且炭素材样的晶格缺陷也对晶格波平均自由程有影响。尽管炭材料和石墨材料的比热容相差不多，但热导率可以相差几倍至几十倍。石墨材料是一种良好的导热体，它的热导率可与一些金属媲美（表l－6），但另一些炭素材料（如多孔炭、炭布、炭毡等）为高温隔热体。
3）石墨材料的热导率随温度升高而减小，大致与绝对温度成反比。
1．1．4．4 热膨胀系数（CTE）
团体材料的长度随温度升高而增大的现象称为线热膨胀。线热膨胀系数可用下式计算：
公式1-7
式中a—线热膨胀系数，1／℃；
ΔL—伸长量，cm；
《炭素材料抗折强度测定方法》国家标准修订说明 1、工作概况：（包括任务来源、协作单位、主要过程） 1.1 任务来源 根据钢标委〔2018〕34 号《全国钢标准技术委员会关于下达2018 年第三批国家标准制修订计划项目的通知》要求，由山西西姆东海炭素材料有限公司（现更名为山西鑫贤炭素材料科技有限公司）、中钢集团新型材料（浙江）有限公司、冶金工业信息标准研究院负责修订《炭素材料抗折强度测定方法》标准，计划编号为20181769-T-605。 1.2 标准过程 1.2.1 项目组专门成立了标准修订小组，小组由山西鑫贤炭素材料科技有限公司、中钢集团新型材料（浙江）有限公司、冶金工业信息标准研究院、山东八三石墨新材料厂组成，负责《炭素材料抗折强度测定方法》标准的修制工作； 1.2.2 确定工作方案，对国内外有关炭素的生产和使用情况进行了调查研究、收集资料，根据近几年石墨电极、等静压石墨、铝用预焙阳极和阴极炭块的生产和使用实际情况以及抗折强度检测情况进行了分析对比，根据调研情况、试验数据及分析对比情况，编写了标准修订初稿。 1.2.3 2019年9月，全国钢标准化技术委员会炭素分技术委员会在山西省介休市组织召开了标准修订的研讨会。会上各位专家对标准修订初稿进行了认真的审核、评议，提出了诚恳、宝贵的修订建议，会后标准修订小组根据专家意见进行了补充修改和完善，形成《炭素材料抗折强度测定方法》标准修订的征求意见稿。 2标准修订的必要性 2.1标准要适时修订，GB/T3074.1-2008《炭素材料抗折强度测定方法》国家标准于2008年修订后，距目前已达10年以上时间，已超过修订年限。 2.2随着行业技术的不断进步和检测技术的发展，现行标准中的部分内容已不适应目前炭素材料发展的需求，为更好地满足炭素行业抗折强度的测定，促进行业进步和发展，需要对本标准进行修订。 3标准修订依据 2.2.1 按照中华人民共和国国家标准GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：
74 如何评价炭材料生产用石油焦的质量？炭材料生产用石油焦的质量可用灰分、硫分、挥发分、锻后焦真密度、粉焦量和杂质元素含量来衡量。灰分含量是石油焦的主要质量指标，硫分对于炭材料生产来说是一种有害元素。石油焦的挥发分高低显示了焦炭的焦化程度，其对锻烧操作有较大的影响。锻后焦的真密度大小标志着石油焦的石墨化难易程度，锻后焦真密度越大，石油焦越易石墨化，并且石墨化产品电阻率较低。为了更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能，有时还需要检测石油焦的堆积密度、振实密度与锻后焦的电阻率、热膨胀系数和机械性能长可破碎性、脆性和磨损率）。 101 什么是煤沥青，煤沥青具有哪些用途？ 煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏提取馏分（如轻油、酚油、蔡油、洗油和葱油等）后的残留物。煤沥青常温下为黑色固体，无固定的熔点，呈玻璃相，受热后软化，继而熔化。煤沥青主要用途为：( l ）生产各种类型炭材料的勃结剂和浸渍剂，这一部分产量最大；( 2 ）生产针状焦和炭纤维等高技术产品，产量不大，但附加值很高；( 3 ）防水防腐材料和筑路材料。 123 什么叫锻烧？炭质原料锻烧的目的是什么？ 炭质原料在高温下进行热处理，排出所含的挥发分，并相应地提高原料理化性能的生产工序称为锻烧。煅烧目的:( 1 ）排除炭质原料所含的挥发分；( 2 ）排除炭质原料所含的水分；( 3 ）提高炭质原料的密度和机械强度；( 4 ）提高炭质原料的导电性能；( 5 ）提高炭质原料的化学稳定性和抗氧化性能。 25 影响混捏质量的因素有哪些？ ( l ）混捏温度。混捏温度降低，混捏不均，不易成型，并且生坯疏松且结构不均匀。混捏温度升高，有利于提高混捏质量以及糊料的成型( 2 ）混捏时间。混捏时间短，糊料混捏不均匀，混捏时间过长，使干料粒度组成发生变化，糊料质量变差。( 3 ）干料性质。干料颗粒表面粗糙，糊料塑性好。( 4 ）载结剂用量。勃结剂用量过少、，糊料塑性变差。勃结剂用量增大，糊料的塑性就越来越好。 280 什么是炭材料的成型？炭材料成型方法有哪几种，它们各适用于哪些制品的成型？ 炭材料的成型是指混捏好的炭质糊料在成型设备施加的外部作用力下产生塑性变形，最终压制成为具有一定形状、尺寸、密实度和强度的生坯（或称为生制品）的工艺过程。在炭材料生产中，常用的成型方法有模压法、挤压法、振动成型法和等静压成型法。 ( l ）模压法。模压法是先按制品的形状和尺寸制成模具，然后将混捏好的糊料按一定数量装入模具内，对糊料施加压力，使糊料压缩成型，最后将压制好的生坯从模具中顶出即可。根据对糊料施加压力的形式不同可分为单向模压（从上部或下部对糊料施加压力）和双向模压（上、下同时对糊料施加压力）。模压法适用于压制3 个方向尺寸相差不大、密度均匀以及结构致密的制品。模压法常用设备为立式液压机。( 2 ）挤压法。挤压法是将糊料装入油压机的糊缸内，用压机的主柱塞对糊料施加压力，糊料不断密实和运动，最后通过可更换的嘴子挤出所需形状的生坯，达到要求的长度后用切刀切断。在炭材料生产中挤压成型得到广泛应用，可以压制各种制品的毛坯，具有生产量大和生产效率高等优点，适合于压制长条形的圆柱状或管状生坯。挤压法可半连续生产。挤压成型常用设备有卧式液压挤压机（油压或水压）和螺旋挤压机。 ( 3 ）振动成型法。振动成型法是将糊料装入模具内，同时在糊料上放置重锤和液压装置施加压力，利用机械的高速振动（频率20 一3OHz ，振幅0 . 1 一3mm ) ，使装在成型模内的糊料处于强烈的振动状态，从而使糊料密实成型。振动成型适合于生产3 个方向尺寸相差不大的粗短生坯和异形生坯。振动成型主要设备为振动成型机。 ( 4 ）等静压法。等静压法是将磨好的糊粉装入橡胶或塑料制成的弹性模具内，封好放入高压容器内，用超高压泵打入液体介质（油或水），对装有糊粉的弹性模具从各个方向均匀加压，使糊料受压成型。等静压成型适合生产各向同性生坯和各种异形生坯。等静压成型设备为等静压成型机。 用途：模压成型主要用于电炭行业生产电刷块和机械密封用炭材料的生坯，也可用于尺寸不太大的冷压石墨生坯的生产。挤压成型广泛应用于石墨电极生坯的生产，也可用于炭块和石墨块生坯的成型。振动成型主要用于预焙炭阳极、炭块和炭电极生坯的生产。
碳素材料简介 炭和石墨材料是以碳元素为主的非金属固体材料，其中炭材料基本上由非石墨质碳组成的材料，而石墨材料则是基本上由石墨质碳组成的材料。为了简便起见，有时也把炭和石墨材料统称为炭素材料（或碳材料）。 主要分类： 碳素散热片是以不干胶的形色直接将碳素散热片贴在芯片表面，碳素散热片因其柔软可与所贴附对象十分紧密的粘合，另外因其高热传导性（树脂的5-15倍）、横向的高热传导性（铜的两倍），与传统使用中的导热硅胶、硅胶片、金属片等比较，高碳素散热片能将热量均匀扩散更大幅度的散热。 高热传导平面用散热片： 利用其平面的高热传导性（铜的两倍），可将热迅速传递到金属壳以及散热型材上，降低发热点的温度，从而达到更好的散热效果。 炭素制品按产品用途可分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类、炭素纤维类、特种石墨类、石墨热交换器类等。石墨电极类根据允许使用电流密度大小，可分为普通功率石墨电极、高功率电极、超高功率电极。炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等。炭素制品按原
料和生产工艺不同，可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分为多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。 我国炭素制品的国家技术标准和部颁技术标准是按产品不同的用途和不同的生产工艺过程进行分类的。这种分类方法，基本上反映了产品的不同用途和不同生产过程，也便于进行核算，因此其计算方法也采用这种分类标准。下面介绍炭素制品的分类及说明。 主要制品 碳素行业的上游企业主要有：1、无烟煤的煅烧企业；2、煤焦油加工生产企业；3、石油焦生产及煅烧企业。炭和石墨制品： (一)石墨电极类 主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。石墨电极包括：（1）普通功率石墨电极。允许使用电流密度低于17A／厘米2的石墨电极，主要用于炼钢、炼硅、炼黄磷等的普通功率电炉。 （2）抗氧化涂层石墨电极。表面涂覆一层抗氧化保护层的石墨电极，形成既能导电又耐高温氧化的保护层，降低炼钢时的电极消耗。
《碳素结构钢》(GB700—88)标准 编制情况综述 唐一凡 (冶金工业信息标准研究院北京 100730) 摘要：重点介绍《碳素结构钢》(GB700-88)修订的必要性，介绍修订后的标准，并进行评述。(GB700—88)对原普碳钢标准是一次大的改革，采用了国际先进标准和国外技术路线，提锰降碳，减少磷硫含量；分质量等级，按不同质量等级分别规定不同的化学成分和性能指标，提高了基础标准的通用性，适应市场经济发展需要；钢的牌号表示方法改为用屈服点、质量等级、脱氧程度表示，反映了工程结构钢的特点，便于使用选材。新标准与国际接轨，便于与国际进行技术交流和我国产品进入国际市场。 关键词：碳素结构钢标准修订 A COMPILATION SUMMARY OF“CARBON STRUCTURAL STEEL” (GB700—88) Tang yifan (Information Standard Institute of Ministry of Metallurgical Industry Beijing 100730) ABSTRACT This paper highlights the necessity of revising“Carbon Structural Steel”(GB700-88)，introduces the revised standards and gives a review．The content of Mn is raised and the contents of C,P and S are decreased using the international advanced standards and the foreign technical line．The different chemical composition and performance index are specified according t0 different quality classifications，which can meet the development market economy．The yield point, quality grade and deoxidation are used to express the brands Of steels，which reflects the features Of engineering structural steels．The new standards are also favorable for technical exchange internationally for China’s products to enter international market． KEY WORDS carbon structural steel standard revision 普通碳素钢量大面广，占钢总产量75％左右，广泛用于国民经济各个部门。其标准水平高低，不仅关系到整个钢铁企业产品质量、技术进步，也影响到各类应用工程的质量与技术水平。我国最早的普碳钢标准是完全照用前苏联的标准，后虽几经修改，但到1979年及以前的标准始终未能脱离苏标的框框，标准水平落后。把普碳钢分为甲、乙、特等3类，可以随便改钢；一个牌号只有一种成分，一种性能，不能满足不同的使用要求，特别是重要结构用钢的要求；钢材厚度(或直径)大小分档与性能(屈服点、延伸率和冷弯)的关系不合理；牌号的表示方法，既没有反映出钢材的主要性能，和化学成分也没有挂上钩，不直观、不科学、也不便使用选材；钢材的基本保证条件中没有冲击韧性指标，而这是重要结构必须保证的性能项目；此外旧标准的规定与国际标准不接轨、不协调，也很不利于开放与交流。为此，按照国家标准要与国际标准接轨的方针，1987年对普碳钢标准进行了重大的修订，以IS0630一1987标准为主要参照，同时吸取相应国外标准的优点，并注意结合国情，保留自身特点，修订后的标准，即《碳素结构钢》(GB700—88)，从形式到内容都有很大变化，采用了国外技术路线，与国际接轨，标准水平有了显著提高。多年来应用，均有良好的反映与评价。 l 内容与适用范围 GB700～88标准名称改为《碳素结构
铝用炭素材料检测方法磨损率的测定 编制说明 中国铝业股份有限公司 二○○八年六月
《铝用炭素材料检测方法磨损率的测定》 行业标准编制说明 根据中色协综字[2007]132号《关于下达2007年有色金属行业标准制修订和行业标准样品研(复)制项目计划的通知》的安排，中国有色金属标准计量质量研究所归口的有色行业标准YS/T《铝用炭素材料检测方法》中《磨损率的测定》由中国铝业股份有限公司贵州分公司负责起草，为此贵州分公司成立了专门起草小组，负责该标准的编制起草工作。 本次制定遵循了GB/T1.1—2000《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写规则》、GB/20000.1—2001《标准化工作指南第2部分采用国际标准的规则》的规定。 根据标准制定的计划安排，2008年4月15日至4月18日《炭素材料检测方法磨损率的测定》预审会在全国有色金属标准化技术委员会主持下于浙江省杭州市戴斯大酒店召开，参加会议的×个单位的×名代表对中铝贵州分公司申报起草的《炭素材料检测方法磨损率的测定》方法的预审稿进行了认真分析、广泛讨论，提出了9项建议和要求：⑴标准名称由“磨损率的测定”改为“阴极碳块磨损率的测定；⑵标准“1 范围”中“底部阴极碳块”改为“阴极碳块”；⑶标准“2 规范性引用文件”中增加侧部碳块的取样方法；⑷标准“4.2摩擦材料”中注明使用砂纸应符合的标准；⑸标准5.2条中试样的尺寸“长度”改为“高度”；⑹标准中应对摩擦材料砂纸使用过程中产生卷边情况，测试结果是否有效作出说明； ⑺测试样品是如何固定的？⑻参照YS/T63.12标准对本标准的精密度作出说明，在下一次会议上提供有关精密度的测定数据；⑼在标准中应说明该标准测定的阴极碳块磨损率不代表电解槽中阴极碳块的实际磨损值。 起草单位根据预审会的要求，综合代表们提出的上述建议和要求，于6月底前完成了标准修改工作，并同时提出了标准送审稿、意见汇总等资料，标准修改的具体内容如下： ⑴将标准名称由“磨损率的测定”改为“阴极碳块磨损率的测定； ⑵在标准“1 范围”中将“底部阴极碳块”改为“阴极碳块”； ⑶在标准“2 规范性引用文件”中增加了侧部碳块的取样方法；
2 炭素生产用原材料 生产炭和石墨材料的原料都是炭素原料。由于来源和生产工艺的不同，其化学结构、形态特征及理化性能均存在很大差异。按照物态来分类，它们可以分为固体原料（即骨料）和液体原料（即粘结剂和浸渍剂）。其中，固体原料按其无机杂质含量的多少又可以分为多灰原料和少灰原料。少灰原料的灰分一般小于1％，例如石油焦、沥青焦等。多灰原料的灰分一般为10％左右，如冶金焦、无烟煤等。此外，生产中的返回料如石墨碎等也可作为固体原料。由于各种原料的作用和使用范围不同，对它们也有不同的质量要求。在炭素生产中还使用石英砂等作为辅助材料。 2.1 固体原料（骨料） 骨料的种类、制造方法及主要特征和用途归纳于表2-1。 表2-1 骨料的种类、制法及主要特征和用途 石油焦的来源 石油焦是各种石油渣油、石油沥青或重质油经焦化而得到的固体产物。由于焦化的方式不同，石油焦可分为延迟焦和釜式焦。目前，石油行业生产的是延迟焦，釜式焦已被淘
汰。 延迟焦化是将原料油经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。其原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。有时还在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。石油焦的质量主要取决于渣油的性质，同时也受焦化条件的影响，我国几种主要减压渣油及其所产石油焦的性质列于表2-2。 表2-2 几种主要减压渣油及其石油焦的性质 渣油首先与分馏塔馏出的馏分气进行间接换热，然后经加热炉加热到500±10℃，此温度已达到渣油的热解温度，但由于油料在炉管中具有较高的流速（冷油流速达1.4-2.2m/s），来不及反应就离开了加热炉，使焦化反应延迟到焦炭塔中进行，故这种焦化工艺称为延迟焦化。随着油料的进入，焦炭塔中焦层不断增高，直到达到规定的高度为止。生产中，一个焦炭塔进行反应充焦，另一个已充焦的焦炭塔经吹蒸汽与水冷后，用10-12Mpa的高压水通过水龙带从一个可以升降的焦炭切割器喷出，把焦炭塔内的焦炭切碎，使之与水一起由塔底流入焦炭池中。焦炭池中的焦炭经脱水后即得生石油焦。每个焦炭塔一次出焦约250t，循环周期约为48h。分馏塔是分馏焦化馏分油的设备，为了避免塔内结焦，要求控制塔底温度不超过400℃。同时，还须采用塔底油循环过滤的方法滤去焦粉，提高油料的流动性。延迟焦化的典型工艺流程如图2-1所示。 延迟焦化法生产效率高，劳动条件好，但所得焦挥发分较高，结构疏松，机械强度较差。 石油焦的性质与质量要求 石油焦是一种黑色或暗灰色的蜂窝状焦，焦块内气孔多数呈椭圆形，且一般相互贯通。 对其使用影响较大的有灰分、硫分、挥发分和煅后真密度。 （1）灰分石油焦的灰分主要来源于原油中的盐类杂质。原油经脱盐处理后残留的
炭素材料的制备原料 1、石油焦 2、沥青焦 3、冶金焦 4、无烟煤 5、煤沥青 6、其他辅助原料 1、石油焦 石油焦是石油炼制过程中的副产品。石油经过常压或减压蒸馏，分别得到汽油、煤油、柴油和蜡油，剩下的残余物称为渣油。将渣油进行焦化便得到石油焦。因而石油焦的性质主要取决于渣油的种类。 石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。 石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。 延迟焦化是将原料经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。 原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。有时在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。 （1）焦化反应 石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与原油同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。在渣油中还有沥青质组分。它与沥青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分中沥青质脱去一个脂族基便能转化为树脂质。树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。 渣油的焦化反应可归纳为： 1) 渣油中的树脂质—沥青质—焦炭 2) 渣油中的芳香烃等—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭 3) 渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环—芳香烃—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭 （2）石油焦的分类 根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦4种。 根据硫含量的不同，可分为高硫焦和低硫焦。 石油焦按照硫含量、挥发分和灰分等指标的不同,分为3个牌号,每个牌号又按质量分为Ａ、Ｂ两种。 根据原料渣油的不同，石油焦又分为裂化石油焦、常减压石油焦和页岩石油焦 2、沥青焦 沥青焦是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭，它的颗粒结构致密，气孔率小，挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高，其来源是以煤沥青为原料，采用高温干馏（焦化）的方式制备而得。 沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后，真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生产铝用炭素阳极和阳极糊的原料，也是生产石磨电极、电炭制品的原料。 生产沥青焦的原料是中温沥青和高温沥青，高温沥青是中温沥青在氧化釜中用热空气氧化而成。高温沥青粘度大，装炉温度较高，挥发分含量小，有利于装炉操作。 由于沥青焦成焦温度较高，达到1300～1350℃，所以不经煅烧也可以直接使用。但沥青焦从炼焦炉中推出后采用浇水熄火，一般水分含量大，所以在生产中它与石油焦一起按比
炭素材料真密度的测定方法 一、定义 炭素材料的质量与真实体积的比值。 二、测定真密度的意义 １．材料真密度的大小可以说明材料基本质点的质密程度及排列规正化程度。 ２．测定不同品种炭质材料、原料、焙烧半成品或石墨电极的真密度可以了解原料的炭化程度及在不同条件下的热处理程度，如煅烧、焙烧、石 墨化程度等。 ３．测量真密度的大小可以推测炭素材料的其他物理化学性能，如真密度与电阻率成反比，与抗氧化性能成正比。 三、需要测定真密度的炭素材料 １．原料针状焦≥2.13沥青焦≥1.96 冶金焦≥1.95 普煅无烟煤1.71―1.75 (附,沥青焦、冶金焦不作常规分析) ２．煅烧料焙烧品石墨化 四、真密度测定方法 常用的方法有：溶剂置换法，气体置换法及Ｘ射线衍射仪测定法。 １．溶剂置换法 此方法是先将试样破碎至0.05mm以下，用酒精、甲苯或蒸馏水，在一定温度下浸润（用酒精、甲苯或蒸馏水去填充试样颗粒的孔隙），然后用比较称量法，求得真比重的大小。因为溶剂分子也不能全部进入所有孔隙（例如孔径极小的毛细孔和一些即使颗粒破碎到很小仍然封闭的孔），因而得到的溶剂置换体积只是被测试样骨架的近似体积（一般略大于真实体积），所以用溶剂置换法测出的真比重只是一个近似数，用不同大小的试样颗粒，不同溶剂及不同浸润条件时测出的真比重也略有不同。 ２．气体置换法 此方法主要用于精确的科学研究中，如用氦气去填充试样颗粒之间和颗粒上的孔隙，氦气能进入除封闭气孔外的全部毛细孔，因而用氦气置换法求出被测试样骨架的体积更接近真实体积，但费用高。 ３．Ｘ射线衍射仪测定法
本方法用此测定仪测出晶格参数再按下式计算： 五、用溶剂置换法测定试样的真密度 １．质量ｍ用天平即可，本测定方法的关键是求试样的体积ｖ ２．测真实体积v主要存在两个难点ａ、有封闭气孔ｂ、形状不规则解决方法：ａ、破碎，把试样破至一定粒度级，我们认为此粒度 下的颗粒是实心的，规程上要求是１００目以下 （０．１５ｍｍ）。 ｂ、将试样装在一定范围容积容器中加一定压力（４ ０Kg/）使试样变为一定直径和高度的试体后根据公式 计算。 用二甲苯做溶剂，抽真空、恒温、称重、计算 此方法的弊端：ａ、有毒；ｂ、抽真空时易溅料；ｃ、测定用时 长；ｄ、步骤复杂 现在实际生产所执行的标准是部标ＹＢ４０９１－９２ 计算公式 六、校密度瓶 １．空重 将密度瓶浸在浓硫酸重铬酸钾饱和溶液中浸泡1-2小时，取出用水冲洗，再分别用乙醇、丙酮冲洗，最后用蒸馏水冲洗，放入干燥箱中在120±2℃下，烘干2小时。取出放入干燥器中，冷却至室温称量，精确至 0.0001g。重复几次测定,至少有三次称量误差在0.0004g以内，取平 均值为密度瓶质量。 ２．测水值 将蒸馏水注入瓶中，在25±0.5℃的水浴中保温30分钟以上，然后将 瓶中液面吸至刻度线处，擦净后称其质量，精确至0.0001g，重复测定几次，至少有三次以上密度瓶水值称量误差不大于0.0024g，取其平均值为密度瓶水值。 ３．求密度瓶容积 上式可转化为→①
目录 一、公司概况 二、企业财务指标分析 （一）偿债能力分析 （二）盈利能力分析 （三）营运能力分析 （四）发展能力分析 （五）行业间的对比 三、杜邦财务综合分析 四、意见和改进措施
一、公司概况 方大炭素是亚洲最大的炭素制品生产供应基地。公司炭素制品综合生产能力达到26万吨，其中石墨电极和炭素新材料23万吨，炭砖3万吨。方大炭素按照各子公司设备和技术水平，优势互补，规范生产，分工协作，可生产国内外客户所需的各品种、规格的石墨电极和炭素制品。产品分为3大系列，38个品种，126种规格。 方大炭素主导产品有超高功率、高功率、普通功率石墨电极；高炉用微孔炭砖、半石墨质炭砖，铝用普通阴极炭砖、大截面半石墨质阴极炭砖，石墨化阴极炭砖，各种矿热炉用内衬炭砖；高档炭糊；特种石墨制品、生物炭制品、炭毡和炭/炭复合材料等炭素新材料产品，其中多项为国内首创。 二、企业财务指标分析 （一）偿债能力分析 1．短期偿债能力分析 相关指标： 1.营运资本=流动资产—流动负债 2.流动比率=流动资产/流动负债 3.速动比率=速动资产/流动负债 速动资产=流动资产—存货 4.现金比率=货币现金/流动负债*100%
上述指标计算得出该企业虽然有一定的偿还能力，但是短期偿还能力相对比较低，但是现金比率高于标准值。因此虽然流动比率和速动比率值不太理想，但是对于公司的短期偿债能力还是给予肯定评价的，并且在逐年上升。 2．长期偿债能力分析 A 资产规模对长期偿债能力影响的分析 相关指标： 1．资产负债率=负债总额/总资产*100% 2．有形资产负债率=负债总额/(总资产—无形资产) *100% 3．股东权益比率=股东权益/总资产*100% 或=1—资产负债率 4．产权比率=负债总额/股东权益*100% 5．有形净值负债率=负债总额/（净资产—无形资产）*100% 6．固定资产适合率=固定资产净值/（股东权益+非流动负债）*100% 7．固定资产与非流动负债比率=固定资产净值/非流动负债*100% 8．资产非流动负债率=非流动负债/总资产*100%
铝用碳素材料检测方法 第16部分微量元素的测定 X-射线荧光光谱分析方法 编制说明 (审定稿) 中国铝业郑州有色金属研究院有限公司 2018-10
编制说明 1 工作简况 1.1 目的与意义 铝用炭素材料主要作为电解铝生产中电解槽阳极材料使用，在我国每年的铝用炭素材料中仅预焙阳极一项生产量已经超过1500万吨。 X射线荧光光谱法测定铝用炭素微量元素含量是当今最主要的方法，采用压片法，将粉末状碳素样品和一定比例的粘结剂混合，在振动磨上研磨一定时间，压片机压制成片后进行测定。现行铝用炭素材料检测方法YS/T 63.16-2006是2006年颁布实施，该标准是对国际标准ISO 12980:2000的修改采用，距今已超过十年，标准中对铝用碳素类检测的相关规定已经不能完全涵盖当今行业发展的需求。2006年版本中主要问题如下： 第一，2006年版本中规定的铝用炭素的类别明确的只包括预焙阳极，但实际与预焙阳极相似的煅后焦、石油焦等阳极材料有必要明确写入标准中第二，测定元素种类的规定。2006版标准中规定的元素种类规定了硫、钒、钠、钙、硅、铁、镍、钛、铝九类元素，但对于碳素出口企业，因当今国内外环境保护的需要，重金属元素如铅、锌、铬、锰等重金属测定频率直线攀升，这几类元素急需纳入铝用炭素分析检测标准的规定元素中。 第三，YS / T 63.16-2006照搬ISO 12980:2000中样品粒度条件，要求样品粒度全部通过63 μm（230目）筛网，但压片条件却由原标准中的铝环镶边法改为直接压片法。根据实验在碳化钨研钵中一个未研磨预焙阳极样品（30 g左右）要研磨至通过63 μm筛网需要60-100 s的时间，料钵中的钨元素会大量引入样品；石油焦样品本身具有粘结性，经过长时间研磨，样品团聚，粒度先降低随后逐渐增大；同时达到通过63 μm的样品由于粒度过细，按照2006版研磨后直接压片的条件，样品团聚性不强，不易成型；同时国内外标准样品中粒度普遍在70-130 μm左右，仍未达到63 μm要求。故63μm的粒度要求不符合实际情况。 第四，原有标准中规定的元素含量测定范围较窄，不能代表整个行业检测的技术需要，应该予以优化拓宽。 第五，样品的重复性限规定宽泛，需要根据实际测定数据逐一列出。 因此有必要对相关标准YS/T 63.16-2006进行修订。通过制定更加科学、完
碳素材料的应用及发展趋势 摘要 炭素是以高纯度优质无烟煤，经过深加工改变煤的一些性质得出的，原子C，炭素制品按产品用途分为石墨电极类、炭块类、石墨阳极类、炭电极类、糊类、电炭类等等。俗称炭砖或电炉块，主要用于冶金行业：有色金属和无色金属的冶炼以及电石、磷化工企业！炭块按用途可分为高炉炭块、铝用炭块、电炉块等。炭素制品按加工深度高低可分为炭制品、石墨制品、炭纤维和石墨纤维等炭素制品按原料和生产工艺不同，可分为石墨制品、炭制品、炭素纤维、特种石墨制品等。炭素制品按其所含灰分大小，又可分为多灰制品和少灰制品（含灰分低于l％）。 炭素新材料是指用于高技术领域的碳和石\墨材料，主要用于航空、航天、核能、风能、硬质材料制造、电子、医疗、建筑、环保等行业。因此21世纪被称为“碳世纪”。目前已经形成规模应用的炭素新材料主要有各种特种石墨、碳纤维、碳复合材料等。 关键词 金属；碳素；材料；加工
1.导电材料 用电弧炉或矿热电炉冶炼各种合金钢、铁合金或生产电石（碳化钙）、黄磷时，强大的电流通过炭电极（或连续自焙电极-即电极糊）或石墨化电极导入电炉的熔炼区产生电弧，使电能转化成热能，温度升高到2000℃左右，从而达到冶炼或反应的要求。金属镁、铝、钠一般用熔盐电解制取，这时电解槽的阳极导电材料都是采用石墨化电极或连续自焙电极（阳极糊、有时用预焙阳极）。熔盐电解的温度一般在1000℃以下。生产烧碱（氢氧化钠）和氯气的食盐溶液电解槽的阳极导电材料，一般都用石墨化阳极。生产金刚砂（碳化硅）使用的电阻炉的炉头导电材料，也使用石墨化电极。 除上述用途外，炭和石墨制品作为导电材料广泛用于电机制造工业作为滑环和电刷，以及用作干电池中的炭棒或产生弧光用的弧光炭棒，水银整流器中的阳极等。 2.耐火材料 由于炭素制品能耐高温和有较好的高温强度及耐腐蚀性，所以很多冶金炉内衬可用炭块砌筑，如高炉的炉底、炉缸和炉腹，铁合金炉和电石炉的内衬，铝电解槽的底部及侧部。许多贵重金属和稀有金属冶炼用的坩埚、熔化石英玻璃等所用的石墨坩埚，也都是用石墨化坯料加工制成的。 3.耐腐蚀的结构材料 经过有机树脂或无机树脂浸渍过的石墨材料，具有耐腐蚀性好、导热性好、渗透率低等特点，这种浸渍石墨又称为不透性石墨。它大量应用于制作各种热交换器、反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵等设备，广泛应用于石油炼制、石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维，造纸等工业部门，可节省大量的不锈钢等金属材料。 4.耐磨和润滑材料 炭素材料除具有化学稳定性高的特性外，还有较好的润滑性能。在高速、高温、高压的条件下，用润滑油来改善滑动部件的耐磨性往往是不可能的。石墨耐磨材料可以在-200℃到2000℃温度下的腐蚀性介质中并在很高的滑动速度下（可达100m/s）不用润滑油而工作。因此，许多输送腐蚀性介质的压缩机和泵广泛采用石墨材料制成的活塞环、密封圈和轴承。它们运转时无需加入润滑剂。
碳化硅的制备/C-AlPO4多层防护 在C/C复合材料上的涂层 氧化动力学和机理 黄剑锋、温东阳、李云涛 1)重点实验室的辅助化学及技术,适用于化工、教育部，陕西科技大学,西安 710021,中 国 2)光实用材料及光化学实验室、物理与化学技术学院,中国科学院,中国北京100190 [手稿收到12月21日,2009年,在2010年4月6日修订的形式) 摘要 为了提高碳/碳(C / C)复合材料的抗氧化性, 用一种简单的、低成本的方法创造的SiC/ C-AlPO4多层涂料是虚构的碳/碳复合材料。内部碳化硅键合两层法被制备靠胶结作用过程和外 部C-AlPO4涂料被沉淀用热液电泳沉积的过程。用X-射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪（EDS）扫描多层复合材料的相组成和微观结构。对多涂层复合材料的抗氧化性能、氧化行为和破坏特 性进行研究。结果表明:多层涂层显示出明显双层结构。内层由β-SiC、α-SiC相位以一定比 例的硅相组成，这外层是由碳-磷酸铝(C-AlPO4)组成。采用扫描电镜(SEM)观察在内部和外部 的层次之间显示出良好的粘接性。多层涂层表现出了良好的抗氧化性，温度范围从1573到1773 K时，在空气中碳/碳复合材料涂层相应的氧化活化能被计算出是117.2KJ/mol。氧化过程是主要受控于C-AlPO4涂料的氧气的扩散，氧化气体的逃逸所留下的同一时期的产物分子会 导致多层涂层的破坏。 关键词:碳/碳复合材料、磷酸铝;热液电泳沉积；涂层;氧化 1、介绍 作为一种重要的高温结构材料碳/碳(C / C)复合材料提供了许多传统材料所无法比拟的优点,如低密度、高比表率和高温下稳定的力学性能。因此它们在航天飞机和航空器材上可以被 使用。这些应用需要的C / C复合材料要在一个氧化气氛的环境中生成。不幸的是,周围环境温 度在723K以上碳/碳复合材料容易被氧化，氧化速率随着温度的增加而迅速增长。 为了保护高温下的碳/碳复合材料，抗氧化涂层是一种合理的选择。因其在C / C矩阵和外 层具有良好的物理和化学兼容性，在碳/碳复合材料和外面的高温陶瓷层之间碳化硅陶瓷涂层 通常被认为是最好的粘结层之一。因此,外层材料的选择变得更重要。 碳磷酸铝的性质(C-AlPO4)使它成为了一种有前途的候选耐高温材料。这些性质可以被概 括为：高熔点、低杨氏模量、低氧气渗透和抗侵蚀。除此之外，其热膨胀系数（5.5×10-6）和碳化硅（4.3～5.4×10-6)的接近，比SiC有更好的物理和化学兼容性,其结果将导致更少的缺陷及矩阵处氧化的活性。另一方面, 因其众多的优点如低成本、高效和简单的操作，热液电泳技
碳素材料工艺基础 各种新型碳素功能材料 第一章碳素材料的物质结构 § 1.1碳原子及其价态 碳原子的基态电子层结构是1s22s22p x12p y1基态碳原子只有两个未成对的价电子，对外只能形成两个共价键，因此，基态碳原子是二价的。 绝大部分碳化合物的碳为四价，当基态碳原子受到激发，一个2s电子跃迁到2p轨道时，电子层结构就成为1s22s2p x2p y2p z ,碳原子就有了四个为成对的价电子，成为四价。 碳原子从基态到激发态要吸收161.5千卡/摩尔的能量，但和不同的原子化合时需要的能量大小却不一样，例如，C—H的键能为98.8千卡/摩尔，C—O的键能为84.0千卡/摩尔。 在所有的四价碳化合物中，碳原子处于三种价态中的一种状态，这就是四面体、三角形及线形键。 （1）四面体键碳原子的四个等值价键是由1个s—电子和三个p—电子杂化而成sp3杂化态，每个建中S成分占1/4，p成分占3/4，四个键的电子轨道形状相同，但方向不同，每个 轨道的对称轴指向四面体的顶角，任意两键之间的夹角都是109°28′。 （2）三角形键在具有双键的不饱和的有机物、芳香族化合物和石墨中，碳原子中有三个等值价键分布在直角坐标系的xy平面上，互成120°角，这种等值价键是由1个s—电子和2个p—电子杂化而成sp2杂化态，每个键中，s成分占1/3，p成分占2/3，碳原子的第四个电子，又叫π电子，它的哑铃型对称的电子云指向直角坐标的z方向，成为π键。 苯分子中的π键又不同于乙烯中的π键，苯分子成六方平面结构，有六次对称轴即苯分子中所有碳—碳键长都是相等的，这就必须部分采用多中心分子轨道，认为苯分子中六个π电子是共有的，它们按六个碳—碳键平均分布，这种键叫做非定域键或离域键，实验发现，在苯、丁二烯、稠环芳香烃以及石墨中都是这种键，任何其他键结构式都不能反映它们的特性，这种现象称为共轭现象，这类分子称为共轭分子。石墨和类石墨层面，是碳—碳共轭键加共轭键，键长为1.42埃，π电子可以自由地在层间漂移，并对相邻层面提供一种键力，由于它能使石墨具有热、电传导性，与金属的自由电子类似，所以，在碳—石墨物质中π键也称金属键。 石墨层间有一种较弱的键，成为范德华键，它不是电子云离域的原子间作用力，而是分子或原子间一些弱作用力的统称。总之，石墨中有三种键在起作用，即碳—碳共价键（σ键）、共轭π键和范德华引力。 （3）线形键在乙炔（HC≡CH）和氢氰酸（HC≡N）分子中，碳—碳、碳—氮原子间是三键。这类分子的几何构型为直线型，碳原子的一个s—电子与一个p—电子作线性杂化为σ键，其余2个p电子形成二个π键，这样就生成两个杂化了的sp电子云，键角180°。
1.透射电镜中有哪些主要光阑? 分别安装在什么位置? 其作用如何? 答：主要有三种光阑：①聚光镜光阑。在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。作用:限制照明孔径角。②物镜光阑。安装在物镜后焦面。作用: 提高像衬度；减小孔径角从而减像差；进行暗场成像。③选区光阑:放在物镜的像平面位置。作用: 对样品进行微区衍射分析。 2.决定X 射线强度的关系式是试说明式中各参数的物理意义? 3.比较物相定量分析的外标法、内标法、K 值法、直接比较法和全谱拟合法的 优缺点？ 答：外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。内标法最大的特点是通过加入内标来消除基体效应的影响，它的原理简单，容易理解。但它也是要作标准曲线，在实践起来有一定的困难。K 值法是内标法延伸。K 值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K 值法不作标准曲线，而是选用刚玉Al O 作为标准物质，直接比较法通过将待测相与试样中存在的另一个相的衍射峰进行对比，求得其含量的。直接法好处在于它不要纯物质作标准曲线，也不要标准物质，它适合于金属样品的定量测量。 4磁透镜的像差是怎样产生的? 如何来消除和减少像差? 像差分为球差,像散,色差. 球差是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的. 增大透镜的激磁电流可减小球差. 像散是由于电磁透镜的周向磁场不非旋转对称引起的.可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿. 色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的. 稳定加速电压和透镜电流可减小色差 5别从原理、衍射特点及应用方面比较X 射线衍射和透射电镜中的电子衍射在材料结构分析中的异同点。 原理: X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原子内各电 子散射波相互干涉形成原子散射波；晶体内原子呈周期排列，因而各原子散射波间也存在固定的位相关系而产生干涉作用，在某些方向上发生相长干涉，即形成衍射。特点: 1）电子波的波长比X射线短得多 2）电子衍射产生斑点大致分布在一个二维倒易截面内 3）电子衍射中略偏离布拉格条件的电子束也能发生衍射 4）电子衍射束的强度较大，拍摄衍射花样时间短。 应用：硬X射线适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析，软X射线可用于非金属的分析。透射电镜主要用于形貌分析和电子衍射分析（确定微区的晶体结构或晶体学性质） 6子束入射固体样品表面会激发哪些信号? 它们有哪些特点和用途? 答：主要有六种： 1)背散射电子:能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。 2)二次电子:能量较低；来自表层5—10nm深度范围；对样品表面化状态十分敏感。不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。 3)吸收电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬
炭素材料分析测定方法 1 主要内容与适用范围 本标准规定了测定增碳剂、碳包芯线等炭素材料的水分、灰分、挥发分、固定碳的方法提要、试验仪器和设备、试验步骤、试验结果计算及精密度。 本标准适用于增碳剂、碳包芯线等炭素材料水分、灰分、挥发分、固定碳的测定。 2引用标准 YB/T192-2001 炼钢用增碳剂 GB/T1429-2009 炭素材料灰分含量的测定方法 YB/T5189-2007 炭素材料挥发分含量的测定方法 GB/T24527-2009 炭素材料内在水分含量的测定 GB/T2001-1991 焦炭工业分析测定方法 3 水分的测定 3.1方法提要 称取一定质量的增碳剂试样，置于干燥箱中，在一定温度下干燥至质量恒定，以增碳剂试样的质量损失计算出水分的百分含量。 3.2 试剂 3.2.1 变色硅胶：工业用品。 3.2.2 无水氯化钙：化学纯，粒状。 3.3 仪器、设备 3.3.1 干燥箱：带有自动控温装置，并能保持温度150℃和105—110℃。
3.3.2 浅盘：有镀锌薄铁板或薄铝板制成，尺寸约为300 mm×200 mm×20 mm。 3.3.3 玻璃称量瓶：直径40mm，高25mm，并带有严密的磨口盖。 3.3.4 干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。 3.3.5 分析天平：感量0.0001克。 3.3.6 托盘天平：感量1克。 3.4 试验步骤 3.4.1 全水分的测定 3.4.1.1 用预先干燥并称量过的浅盘称取粒度小于13mm的试样约500g（称准至1g），平铺试样。 3.4.1.2 将装有试样的浅盘置于50℃的干燥箱中，1h后取出，冷却5 min，称量。 3.4.1.3 进行检查性干燥，每次10 min，直到连续两次质量差在1克内为止，计算时取最后一次的质量。 3.4.2 分析试样水分的测定 3.4.2.1 试验前试样须达到空气干燥状态，试样制备后应立即进行水分测定，如不能立即测定，应将试样保存在磨口瓶中。 3.4.2.2 用预先干燥至质量恒定并已称量的称量瓶迅速称取粒度小于0.2mm 搅拌均匀的试样1克（称准至0.0002克），平摊在称量瓶中。 3.4.2.3 将装有试样的称量瓶开盖，置于105℃—110℃的干燥箱中干燥2小时，取出称量瓶立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
《炭素材料肖氏硬度测定方法》国家标准编制说明 一、工作简况（包括任务来源、协作单位、主要过程） 1.1任务来源 根据国标委综合〔2018〕41号《国家标准委关于下达2018年第二批国家标准制修订计划的通知》要求，由中钢集团新型材料（浙江）有限公司负责《炭素材料肖氏硬度测定方法》制订，计划编号为20180770-T-605。 1.2标准过程 1.2.1项目组专门成立了标准编制小组，负责整个标准的编制工作； 1.2.2确定工作方案，对国内外有关炭素的生产和使用情况进行了调 研； 1.2.3根据调研情况及试验数据，编写了标准初稿。 二、标准制修订依据 2.1修订标准主要增加了等静压石墨肖氏硬度的测试方法，满足了我国等 静压石墨行业的实际生产和使用需要为原则，提高标准适应性。 2.2以与实际相结合为原则，提高标准的可操作性。 2.3完全按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和 编写》、GB/T 20001.4-2015 《标准编写规则第4部分：试验方法标 准》的要求对本部分进行了编写。 三、标准的主要内容 标准由十一个部分组成：封面、前言、标准名称、范围、规范性引用文件、原理、仪器设备、试样、试验步骤、精密度、试验报告。 3.1试验部分 3.1.1仪器设备 3.1.1.1D型肖氏硬度计或同类型设备。 3.1.1.2游标卡尺：测量范围0-200mm，精度为0.02mm。 3.1.2试样 3.1.2.1按GB/T1427规定进行取样，取样的位置与方向以满足测试 目标为准。
3.1.2.2试样尺寸要求 试样可选择合适尺寸，但厚度至少大于5mm，单次测试面积不小于12mm×12mm，推荐试样尺寸D20mm×10mm。 3.1.2.3试样精度要求 试样的平行度偏差不得大于0.1mm/100mm，试样的粗糙度Ra小于或等于3.2μm。 3.1.2.4外观要求 加工后的试样外观应无可见的裂纹或瑕疵。 3.1.3试验步骤 3.1.3.1将肖氏硬度计放置到结实平稳的台面上并调平。 3.1.3.2确认工作台无灰尘及脏污，保持台面洁净。 3.1.3.3将试样置于工作台面上，将冲头杆降低，接触到试样并压 紧。 3.1.3.4释放冲头、读数，并记录肖氏硬度值。 3.1.3.5升起冲头杆，将试样取出，进行另一点的试验，每个试样 至少测试5次。 3.1.3.6压痕中心到试样边缘距离至少为6mm。 3.1.4精密度 五次平行测试的精密度不大于4%。 3.1.5结果报告 试验报告应包括下列内容： a)委托单位； b)试样编号、名称及试样尺寸； c)试验条件； d)试验结果； e)试验单位； f)实验人员； g)试验日期； h)试验方法。